鋼筋閃光對(duì)焊及氣壓對(duì)焊質(zhì)量控制技術(shù)

李正明，張鴻鵬，楊力列，李文杰

（1.貴州建工集團(tuán)，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.西南能礦建筑工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000；3.貴州省建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，貴州 貴陽(yáng) 550000；4.貴陽(yáng)彰魯建筑勞務(wù)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。施工單位將鋼筋（φ12 及以上）閃光對(duì)焊、氣壓對(duì)焊接頭發(fā)包給分包商或鋼筋班組、或焊接操作工人（下稱焊工）。有的施工單位、班組墊資施工，焊工趕工焊接；施工單位質(zhì)量管理人員不嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)程，出現(xiàn)以包代管、包了少管或不管，不隨機(jī)切取試件，讓焊接班組、或焊工自行制作試件送檢等，引發(fā)鋼筋對(duì)焊接頭質(zhì)量問(wèn)題，造成鋼筋接頭隱患。

1 鋼筋閃光和氣壓對(duì)焊共性問(wèn)題控制

1.1 對(duì)焊工未進(jìn)行嚴(yán)格考核

雖然相關(guān)規(guī)定要求焊工必須持證上崗，但有不少人認(rèn)為只要是持證焊工，就可以讓其上崗。殊不知焊工參加培訓(xùn)時(shí)，由于培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)、時(shí)間不足等情況，培訓(xùn)老師安全生產(chǎn)知識(shí)強(qiáng)調(diào)較多，實(shí)際焊接和操作技術(shù)培訓(xùn)不夠，焊接方法只培訓(xùn) 1～2 種常用方法，無(wú)法滿足實(shí)際施工焊接工藝試驗(yàn)考核深度要求。因此還需要大力強(qiáng)化焊工焊接技術(shù)水平以應(yīng)對(duì)焊接工作中的重點(diǎn)難點(diǎn)。

控制措施：在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員監(jiān)督管理下，鋼筋工程焊接開工之前，必須對(duì)參加施焊的焊工進(jìn)行技術(shù)交底，逐一進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)條件下焊接工藝試驗(yàn)考核、培訓(xùn)交流，讓焊工掌握焊接方法對(duì)應(yīng)的焊接工藝技術(shù)，經(jīng)嚴(yán)格的焊接工藝試驗(yàn)考核合格后，才能準(zhǔn)許焊工正式進(jìn)行焊接作業(yè)。

1.2 讓焊接班組或焊工自行制作、提供焊接試件

在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員放松監(jiān)管情況下，沒(méi)有在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件，讓焊接班組或焊工提供其特制的、或選擇外觀質(zhì)量好的焊接試件（回避焊接質(zhì)量差的焊接試件），這類焊接試件的焊接試驗(yàn)報(bào)告雖然合格，但實(shí)際給建筑結(jié)構(gòu)留下了隱患。這類疑似假的焊接試驗(yàn)報(bào)告，蒙蔽了施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員的眼睛，導(dǎo)致焊接質(zhì)量控制形同虛設(shè)，起不到督促管理焊工抓好焊接質(zhì)量的作用。

有人認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件后，要用鋼筋綁扎搭接接頭進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，比較麻煩。這種思想完全違背了相關(guān)規(guī)程規(guī)定，對(duì)控制焊接質(zhì)量極其有害，必須堅(jiān)決抵制并徹底糾正。

控制措施：施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員和焊工均需執(zhí)行 JGJ 18－2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》第 5.1.6 條“隨機(jī)切取試件進(jìn)行試驗(yàn)”的規(guī)定，在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員見證下，施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件、封樣，見證送檢、試驗(yàn)并記錄，確保焊接試驗(yàn)報(bào)告具有真實(shí)代表性。

筆者建議：縱向鋼筋每個(gè)檢驗(yàn)批 300 個(gè)接頭，可現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取 3 個(gè)試件，只作單向拉伸試驗(yàn)，確保主控項(xiàng)目的關(guān)鍵項(xiàng)，適度減少現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件后的補(bǔ)強(qiáng)工作量。

隨機(jī)切取試件方法：施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員見證，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)工程劃分的施工段、檢驗(yàn)批，對(duì)每層的梁或每層的柱，分別計(jì)算出鋼筋對(duì)焊接頭數(shù)量，確定每個(gè)檢驗(yàn)批應(yīng)切取試件組數(shù)，按每個(gè)檢驗(yàn)批分布的施工面，大致均勻分布來(lái)確定隨機(jī)切取試件的位置。

2 鋼筋閃光對(duì)焊接頭個(gè)性問(wèn)題控制技術(shù)

2.1 鋼筋切頭歪斜

鋼筋切頭歪斜，會(huì)使夾緊、對(duì)準(zhǔn)的鋼筋，在閃光對(duì)焊過(guò)程中沿?zé)匿摻钋蓄^斜面滑移錯(cuò)位，導(dǎo)致軸線偏移超過(guò) 1 mm 的規(guī)定，如圖 1 所示。產(chǎn)生原因是鋼筋切斷機(jī)使用多年后，剪切刀塊松動(dòng)、歪斜、刀口間隙偏大、有缺損等問(wèn)題，沒(méi)有及時(shí)維修。建議施工單位及時(shí)淘汰老舊鋼筋切斷機(jī)，或更換剪切刀塊。

圖1 閃光對(duì)焊接頭錯(cuò)位，不合格

必須采取以下措施：一是作業(yè)前觀察切斷機(jī)剪切刀塊，發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題及時(shí)維修固定，調(diào)整固定刀塊與活動(dòng)刀塊間隙約 0.3 mm（一張 A4 紙厚度），如圖 2 所示。建議用更好的合金鋼剪切刀塊可靠固定，提高運(yùn)行使用年限。 二是改用切割機(jī)切割鋼筋，先用木枋墊平，讓被切鋼筋中心線垂直于砂輪片，再夾緊被切鋼筋，確保切割后的鋼筋端面垂直于鋼筋中心線，如圖 3 所示。

圖2 鋼筋切斷機(jī)

圖3 切割機(jī)切割鋼筋

2.2 鋼筋閃光對(duì)焊預(yù)熱次數(shù)少 熱影響區(qū)偏短

對(duì)于φ12 及以上的鋼筋應(yīng)該采用預(yù)熱閃光對(duì)焊。如焊工用連續(xù)閃光對(duì)焊焊接鋼筋，其接頭質(zhì)量很難合格。鋼筋閃光對(duì)焊時(shí)，預(yù)熱次數(shù)（時(shí)間）不足，接頭處高溫溫度（火候）不足，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)（熱塑段）偏短，就進(jìn)行頂鍛，造成接頭出現(xiàn)頂鍛壓裂及飛刺，外觀質(zhì)量不合格，經(jīng)不起抗拉試驗(yàn)，如圖 4 所示。主要原因是焊工沒(méi)有進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，盲目追求焊接速度，預(yù)熱次數(shù)少，接頭電阻產(chǎn)生的高溫?zé)崃窟_(dá)不到鋼筋熔化或軟塑狀態(tài)，就強(qiáng)行用力頂鍛，導(dǎo)致接頭外觀質(zhì)量和抗拉強(qiáng)度不合格。

圖4 接頭外觀質(zhì)量不合格

治理措施：施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員應(yīng)對(duì)焊工進(jìn)行鋼筋閃光對(duì)焊焊接工藝試驗(yàn)考核。

焊接工藝試驗(yàn)?zāi)康模菏菑闹泻Y選得出比較合適的、不同直徑的鋼筋焊接工藝。特別是預(yù)熱閃光的次數(shù)、手法，和焊工手上掌握的頂鍛力度，以及預(yù)熱持續(xù)時(shí)間（特別是焊接大直徑的鋼筋時(shí)，預(yù)熱頂鍛持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度就要更長(zhǎng)一點(diǎn)）。

每個(gè)焊工都有自己的焊接手法，如不同直徑鋼筋每次預(yù)熱時(shí)間的長(zhǎng)短，預(yù)熱次數(shù)，最后帶電閃光強(qiáng)烈程度及頂鍛力度，頂鍛后斷電等，需由焊工通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)自己選擇確定。

鋼筋閃光對(duì)焊需要多次預(yù)熱閃光加熱，每次預(yù)熱閃光就是一次快速升溫過(guò)程。預(yù)熱使鋼筋接頭處達(dá)到足夠的電阻熱產(chǎn)生足夠的高溫（1 200 ℃ 左右），就能使鋼筋接頭中心熔化，接頭中心兩側(cè)鋼筋直徑的 1～2 倍（連續(xù)閃光及頂鍛消耗部分）為軟塑狀態(tài)，距接頭中心兩側(cè)鋼筋直徑的 2～3 倍范圍成高溫狀態(tài)（稱為熱影響區(qū)），為頂鍛鋼筋使焊接接頭礅粗 1～3 mm 做準(zhǔn)備。這時(shí)焊工帶電閃光頂鍛，斷電結(jié)束后并施加合適的頂鍛力保持幾秒鐘，讓鋼筋焊接接頭降溫冷卻產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度，再松開夾緊的電極銅塊，完成焊接。

某焊工閃光對(duì)焊 φ20 mm 鋼筋（供參考）：先預(yù)熱 3～4 次，每次預(yù)熱時(shí)間為 2 s。最后一次連續(xù)閃光3～4 s，帶電閃光頂鍛焊接同步完成，開關(guān)延遲 1 s 斷電。得到對(duì)焊接頭外觀質(zhì)量：接頭處軸線對(duì)準(zhǔn)不錯(cuò)位，接頭表面圓滑無(wú)裂紋，接頭處直徑不小于鋼筋母材直徑并礅粗了 1～3 mm，接頭兩側(cè)各 1～1.5 倍鋼筋直徑范圍的熱影響區(qū)長(zhǎng)度符合規(guī)定（鋼筋母材被高溫加熱、冷卻過(guò)程中形成特有的鋼藍(lán)色氧化膜，就是熱影響區(qū)長(zhǎng)度），接頭外觀質(zhì)量合格，如圖 5 所示。

圖5 接頭外觀質(zhì)量合格

力學(xué)性能檢測(cè)：在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員督促下，按 JGJ 18－2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》第 5 章 5.3 節(jié)，在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取閃光對(duì)焊試件，進(jìn)行彎曲和抗拉試驗(yàn)。

焊工自檢方法：切取一組閃光對(duì)焊試件，進(jìn)行 180°彎曲試驗(yàn)，觀察彎曲后鋼筋接頭的外弧沒(méi)有任何裂紋，對(duì)應(yīng)的閃光對(duì)焊試件抗拉試驗(yàn)定能合格，如圖 6 所示。

圖6 φ20 mm 鋼筋彎曲 180°外弧無(wú)裂紋

在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員督促下，焊工通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件檢測(cè)等實(shí)戰(zhàn)考核，才能真正掌握各種鋼筋牌號(hào)、鋼筋直徑的閃光對(duì)焊焊接工藝，和焊接控制技術(shù)要領(lǐng)，焊接出合格產(chǎn)品。

3 鋼筋熔態(tài)氣壓對(duì)焊?jìng)€(gè)性問(wèn)題控制

3.1 鋼筋氣壓對(duì)焊接頭外觀質(zhì)量不合格

鋼筋氣壓對(duì)焊接頭外觀質(zhì)量不合格，出現(xiàn)鋼筋接頭軸線偏移、礅粗直徑和礅粗長(zhǎng)度都達(dá)不到 JGJ 18－2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》第 5.7.2 條合格要求，如圖 7 所示。

圖7 氣壓對(duì)焊接頭外觀質(zhì)量不合格

有的施工單位沒(méi)有督促焊工進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，焊工沒(méi)有掌握氣壓對(duì)焊過(guò)程中必須的“寬幅加熱技術(shù)”，或焊工片面追求焊接產(chǎn)量，鋼筋對(duì)焊接頭范圍沒(méi)有達(dá)到接頭中間熔化、兩側(cè)軟塑狀態(tài)；或頂鍛用力偏大，頂鍛速度過(guò)快，導(dǎo)致鋼筋接頭軸線偏移、礅粗直徑和礅粗長(zhǎng)度不合格。

控制措施：首先，鋼筋切斷后端頭表面要與鋼筋軸線垂直。并用氣壓對(duì)焊專用夾具對(duì)準(zhǔn)夾緊。

對(duì)焊工進(jìn)行焊工藝試驗(yàn)考核，目的是從中選出比較合適的“寬幅加熱長(zhǎng)度”，即焊工用焊炬（焊槍）沿鋼筋接頭長(zhǎng)度往復(fù)擺動(dòng)的加熱長(zhǎng)度，加熱長(zhǎng)度約為鋼筋直徑的 3～5 倍。

3.2 焊工“寬幅加熱技術(shù)”

氣壓對(duì)焊時(shí)，先用焊炬對(duì)準(zhǔn)鋼筋接頭中心擺動(dòng)幅度為鋼筋直徑的 1～2 倍，鋼筋被加熱至熔軟；隨即擺動(dòng)幅度為鋼筋直徑的 2～4 倍，加熱至接頭中心熔化、兩側(cè)軟塑，再適當(dāng)加大擺動(dòng)幅度為鋼筋直徑的 3～5 倍，讓鋼筋接頭內(nèi)部?jī)?chǔ)存足夠的高溫?zé)崃?，即可開始頂鍛，在頂鍛過(guò)程中應(yīng)繼續(xù)寬幅加熱，使鋼筋與接頭礅粗直徑的過(guò)渡段圓滑合格美觀。這個(gè)過(guò)程大約持續(xù) 1.5～3.0 min（大直徑鋼筋耗時(shí)會(huì)稍多）。

頂鍛過(guò)程操作工人應(yīng)適當(dāng)用力，有節(jié)奏地頂進(jìn)，達(dá)到鋼筋接頭礅粗直徑、礅粗長(zhǎng)度要求，得到外觀質(zhì)量合格的接頭，如圖 8 所示，符合 JGJ 18－2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》鋼筋氣壓焊接接頭外觀質(zhì)量要求，如圖 9 所示。

圖8 外觀質(zhì)量合格的氣壓對(duì)焊接頭

圖9 鋼筋氣壓焊接接頭外觀質(zhì)量要求

力學(xué)性能檢測(cè)：氣壓對(duì)焊接頭采用寬幅加熱技術(shù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取焊接試件，其抗拉和抗彎試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告 100 % 合格。

4 焊接設(shè)備和焊接方法選擇

4.1 鋼筋焊接設(shè)備選擇

施工現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)焊工手工操作普通焊機(jī)，鋼筋焊接接頭質(zhì)量受焊工焊接技術(shù)、身體體力、焊接設(shè)備性能影響較大。尤其是焊接關(guān)鍵技術(shù)，如鋼筋閃光對(duì)焊焊接的“夾緊、預(yù)熱閃光、帶電閃光頂鍛、熱影響區(qū)”控制技術(shù)；鋼筋氣壓對(duì)焊焊接的“夾緊、寬幅加熱階段、頂鍛礅粗”控制技術(shù)。因此，保證鋼筋焊接接頭質(zhì)量的出路在于提高焊接設(shè)備的自動(dòng)化水平。

建議：采用半自動(dòng)化或自動(dòng)化的焊接設(shè)備。目前已經(jīng)有半自動(dòng)化鋼筋閃光對(duì)焊機(jī)，通過(guò)控制關(guān)鍵焊接技術(shù)，使鋼筋接頭質(zhì)量合格且穩(wěn)定性好。鋼筋氣壓對(duì)焊設(shè)備已經(jīng)有自動(dòng)氣壓泵，焊工自行完成全部焊接作業(yè)（在頂鍛礅粗環(huán)節(jié)上節(jié)省一個(gè)工人）。

4.2 鋼筋焊接方法選擇

鋼筋焊接方法，要求選擇焊接質(zhì)量可靠，具備焊接作業(yè)條件，性價(jià)比合適，焊接速度滿足施工進(jìn)度。

1）鋼筋閃光對(duì)焊是一種質(zhì)量可靠、焊接速度最快、性價(jià)比（成本低）最好的焊接方法，但現(xiàn)有的焊接設(shè)備自動(dòng)化程度不高，只適合鋼筋加工房集中加工，不適合現(xiàn)場(chǎng)工作面焊接。盼望研發(fā)出自動(dòng)化程度更高的，能用于施工工作面的鋼筋閃光對(duì)焊機(jī)。（我國(guó)高鐵鋼軌焊接采用閃光對(duì)焊約占 87 %，氣壓對(duì)焊占 10 %，其中移動(dòng)式鋼軌閃光焊機(jī)用于鋼軌的線上焊接以及鋼軌鎖定焊。鋼軌閃光焊機(jī)的自動(dòng)化程度和焊接效率高，焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定）。

2）鋼筋氣壓對(duì)焊焊接工藝容易掌握，是一種質(zhì)量好、焊接速度較快、性價(jià)比高（成本較低）的焊接方法，有熔態(tài)氣壓對(duì)焊設(shè)備、固態(tài)氣壓對(duì)焊設(shè)備，適合施工現(xiàn)場(chǎng)焊接，或鋼筋加工房集中加工，施工作業(yè)面較廣（大風(fēng)、雨雪天氣除外）。

5 工程實(shí)例

某報(bào)告廳二層樓看臺(tái)普通混凝土結(jié)構(gòu)工程，設(shè)計(jì)看臺(tái)大梁跨度 36 m，梁縱向鋼筋φ36。

①施工單位項(xiàng)目部組織焊工進(jìn)行鋼筋氣壓對(duì)焊工藝試驗(yàn)考核、培訓(xùn)，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取鋼筋氣壓對(duì)焊接頭試件一組。

②項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人見證鋼筋氣壓對(duì)焊試件的單向抗拉試驗(yàn)，結(jié)果為：鋼筋氣壓對(duì)焊接頭試件抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)合格。

③施工項(xiàng)目部決定所有梁縱向鋼筋連接采用氣壓對(duì)焊接頭。

經(jīng)多次隨機(jī)切取鋼筋氣壓對(duì)焊接頭試件合格，得到業(yè)主、監(jiān)理項(xiàng)目部肯定。

實(shí)踐證明：在施工、監(jiān)理單位質(zhì)量管理人員督促下，無(wú)論是鋼筋閃光對(duì)焊還是氣壓對(duì)焊接頭，焊工通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)考核合格，現(xiàn)場(chǎng)堅(jiān)持焊接關(guān)鍵控制技術(shù)，鋼筋對(duì)焊接頭外觀質(zhì)量好，經(jīng)得起現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取試件做抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)，能保證焊接質(zhì)量合格。

6 結(jié)語(yǔ)

在建筑市場(chǎng)激烈竟?fàn)帡l件下，控制工程焊接質(zhì)量是難題。國(guó)家施行質(zhì)量振興戰(zhàn)略，倡導(dǎo)工匠精神，我們唯有拿出責(zé)任擔(dān)當(dāng)，按國(guó)家現(xiàn)行焊接規(guī)程規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝試驗(yàn)考核，堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)切取焊接抗拉試件檢驗(yàn)，才能有效控制焊接質(zhì)量通病，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量合格率 100 %。