钢筋的接头连接有焊接和机械连接两类。常用的钢筋焊接机械有电阻焊接机、电弧焊接机、气压焊接机及电渣压力焊机等。钢筋机械连接方法主要有钢筋套筒挤压连接、锥螺纹套筒连接等。

5.2.3.1　钢筋焊接

钢筋焊接方式有闪光对焊、电阻点焊、电弧焊、电渣压力焊、埋弧压力焊、气压筋等,其中对焊用于接长钢筋、点焊用于焊接钢筋网、埋弧压力焊用于钢筋与钢板的焊接、电渣压力焊用于现场焊接竖向钢筋。

1.电阻焊

(1)钢筋点焊。钢筋点焊机是利用电流通过焊件时产生的电阻热作为热源,并施加一定的压力,使交叉连接的钢筋接触处形成一个牢固的焊点,将钢筋焊合起来。点焊时,将表面清理好的钢筋叠合在一起,放在两个电极之间预压夹紧,使两根钢筋交接点紧密接触。当踏下脚踏板时,带动压紧机构使上电极压紧钢筋,同时断路器也接通电路,电流经变压器次级线圈引到电极,接触点处在极短的时间内产生大量的电阻热,使钢筋加热到熔化状态,在压力作用下两根钢筋交叉焊接在一起。当放松脚踏板时,电极松开,断路器随着杠杆下降,断开电路,点焊结束。

(2)钢筋闪光对焊。闪光对焊是利用电流通过对接的钢筋时,产生的电阻热作为热源使金属熔化,产生强烈飞溅,并施加一定压力而使之焊合在一起的焊接方式。对焊不仅能提高工效,节约钢材,还能充分保证焊接质量。对焊机分为手动对焊机和自动对焊机。

闪光对焊机由机架、导向机构、移动夹具和固定夹具、送料机构、夹紧机构、电气设备、冷却系统及控制开关等组成,如图5.18所示。闪光对焊机适用于水平钢筋非施工现场连接；适用于直径为10～40mm的各种热轧钢筋的焊接。

图5.18　钢筋闪光对焊原理

1—焊接的钢筋；2—固定电极；3—可动电极；4—机座；5—变压器；6—平动顶压机构；7—固定支座；8—滑动支座

2.电弧焊接

钢筋电弧焊是以焊条作为一极,钢筋为另一极,利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。电弧焊具有设备简单、操作灵活、成本低等特点,且焊接性能好,但工作条件差、效率低。适用于构件厂内和施工现场焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊,可在各种条件下进行各种位置的焊接。电弧焊又分手弧焊、埋弧压力焊等。

(1)手弧焊。手弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的一种电弧焊。手弧焊用的焊机有交流弧焊机(焊接变压器)、直流弧焊机(焊接发电机)等。

手弧焊用的焊机是一台额定电流500A以下的弧焊电源：交流变压器或直流发电机；辅助设备有焊钳、焊接电缆、面罩、敲渣锤、钢丝刷和焊条保温筒等,如图5.19所示。

图5.19　BX3—300型交流弧焊机(单位：mm)

1—初级线圈；2—次级线圈；3—电源转换开关；4—调节手柄；5—滚轮

电弧焊是利用电焊机(交流变压器或直流发电机)的电弧产生的高温(可达6000℃),将焊条末端和钢筋表面熔化,使熔化了的金属焊条流入焊缝,冷凝后形成焊缝接头。

焊条的种类很多,根据钢材等级和焊接接头形式选择焊条,如结420、结500等。焊接电流和焊条直径应根据钢筋级别、直径、接头形式和焊接位置进行选择。钢筋电弧焊的接头形式有三种：搭接接头、帮条接头及坡口接头,如图5.20所示。

图5.20　钢筋电弧焊的接头形式

(a)搭接焊接头；(b)帮条焊接头；(c)立焊的坡口焊接头；(d)平焊的坡口焊接头

(2)埋弧压力焊。埋弧压力焊是将钢筋与钢板安放成T形形状,利用焊接电流通过时在焊剂层下产生电弧,形成熔池,加压完成的一种压焊方法。具有生产效率高、质量好等优点,适用于各种预埋件、T形接头、钢筋与钢板的焊接。预埋件钢筋压力焊适用于热轧直径6～25mm HPB235光圆钢筋、HRB335月牙肋带肋钢筋的焊接,钢板为普通碳素钢,厚度为6～20mm。埋弧压力焊机主要由焊接电源、焊接机构和控制系统(控制箱)三部分组成,如图5.21所示。工作线圈(副线圈)分别接入活动电极(钢筋夹头)及固定电极(电磁吸铁盘)。焊机结构采用摇臂式,摇臂固定在立柱上,可作左右回转活动；摇臂本身可作前后移动,以使焊接时能取得所需要的工作位置。摇臂末端装有可上下移动的工作头,其下端是用导电材料制成的偏心夹头,夹头接工作线圈,成活动电极。工作平台上装有平面型电磁吸铁盘,拟焊钢板放置其上,接通电源,能被吸住而固定不动。

图5.21　埋弧压力焊机

1—立柱；2—摇臂；3—压柄；4—工作头；5—钢筋夹头；6—手柄；7—钢筋；8—焊剂料箱；9—焊剂漏口；10—铁圈；11—预埋钢板；12—工作平台；13—焊剂储斗；14—机座

在埋弧压力焊时,钢筋与钢板之间引燃电弧之后,由于电弧作用使局部用材及部分焊剂熔化和蒸发,蒸发气体形成了一个空腔,空腔被熔化的焊剂所形成的熔渣包围,焊接电弧就在这个空腔内燃烧,在焊接电弧热的作用下,熔化的钢筋端部和钢板金属形成焊接熔池。待钢筋整个截面均匀加热到一定温度,将钢筋向下顶压,随即切断焊接电源,冷却凝固后形成焊接接头。

3.气压焊接

气压焊是利用氧气和乙炔气,按一定的比例混合燃烧的火焰,将被焊钢筋两端加热,使其达到热塑状态,经施加适当压力,使其接合的固相焊接法。钢筋气压焊适用于14～40mm各种热轧钢筋,也能进行不同直径钢筋间的焊接,还可用于钢轨焊接。被焊材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢和耐热合金等。钢筋气压焊设备轻便,可进行水平、垂直、倾斜等全方位焊接,具有节省钢材、施工费用低廉等优点。钢筋气压焊接机由供气装置(氧气瓶、溶解乙炔瓶等)、多嘴环管加热器、加压器(油泵、顶压油缸等)、焊接夹具及压接器等组成,如图5.22所示。

图5.22　气压焊装置系统图

(a)竖向焊接；(b)横向焊接
1—压接器；2—顶头油缸；3—加热器；4—钢筋；5—加压器(手动)；6—氧气；7—乙炔(www.daowen.com)

钢筋气压焊采用氧—乙炔火焰对着钢筋对接处连续加热,淡白色羽状火焰前端要触及钢筋或伸到接缝内,火焰始终不离开接缝,待接缝处钢筋红热时,加足顶锻压力使钢筋端面闭合。钢筋端面闭合后,把加热焰调成乙炔稍多的中性焰,以接合面为中心,多嘴加热器沿钢筋轴向,在两倍钢筋直径范围内均匀摆动加热。摆幅由小变大,摆速逐渐加快。当钢筋表面变成炽白色、氧化物变成芝麻粒大小的灰白色球状物继而聚集成泡沫,开始随多嘴加热器摆动方向移动时,再加足顶锻压力,并保持压力到使接合处对称均匀变粗,其直径为钢筋直径的1.4～1.6倍,变型长度为钢筋直径的1.2～1.5倍,即可终断火焰,焊接完成。

4.电渣压力焊

钢筋电渣压力焊是将两根钢筋安放成竖向对接形式,利用焊接电流通过两钢筋端面间隙,在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程,产生电弧热和电阻热,熔化钢筋,加压完成的一种焊接方法。钢筋电渣压力焊机操作方便,效率高,适用于竖向或斜向受力钢筋的连接,钢筋牌号为HPB235光圆钢筋、HRB335月牙肋带肋钢筋,直径为14～40mm。

电渣压力焊机分为自动电渣压力焊机及手工电渣压力焊机两种。主要由焊接电源(BX2—1000型焊接变压器)、焊接夹具、操作控制系统、辅件(焊剂盒、回收工具)等组成。图5.23为电动凸轮式钢筋自动电渣压力焊机基本构造示意图。将上、下两钢筋端部埋于焊剂之中,两端面之间留有一定间隙。电源接通后,采用接触引燃电燃,焊接电弧在两钢筋之间燃烧,电弧热将两钢筋端部熔化,熔化的金属形成熔池,熔融的焊剂形成熔渣(渣池),覆盖于熔池之上。熔池受到熔渣和焊剂蒸气的保护,不与空气接触而发生氧化反应。随着电弧的燃烧,两根钢筋端部熔化量增加,熔池和渣池加深,此时应不断将上钢筋下送。至其端部直接与渣池接触时,电弧熄灭。焊接电流通过液体渣池产生的电阻热,继续对两钢筋端部加热,渣池温度可达1600～2000℃。待上下钢筋端部达到全断面均匀加热的时候,迅速将上钢筋向下顶压,液态金属和熔渣全部挤出；随即切断焊接电源。冷却后,打掉渣壳,露出带金属光泽的焊包。

图5.23　电渣焊构造

1、2—钢筋；3—固定电极；4—活动电极；5—药盒；6—导电剂；7—焊药；8—滑动架；9—手柄；10—支架；11—固定架

5.2.3.2　钢筋机械连接

钢筋机械连接的种类很多,如钢筋套筒挤压连接、锥螺纹套筒连接、精轧大螺旋钢筋套筒连接、热熔剂充填套筒连接、平面承压对接等。这类连接方式是利用钢筋表面轧制或特制的螺纹(或横肋)和套筒之间的机械咬合作用来传递钢筋所受拉力或压力。

1.钢筋套筒挤压连接

钢筋套筒挤压连接工艺的基本原理是将两根待接钢筋插入钢连接套筒,采用专用液压压接钳侧向(或侧向和轴向)挤压连接套筒,使套筒产生塑性变形,从而使套筒的内周壁变形而嵌入钢筋螺纹,由此产生抗剪力来传递钢筋连接处的轴向力。

挤压连接有径向挤压和轴向挤压两种方式,宜用于连接直径20～40mm HRB335、HRB400月牙肋钢筋。当所用套筒外径相同时,连接钢筋直径相差不宜大于两个级差。钢筋接头处宜采用砂轮切割机断料,端部的扭曲、弯折、斜面等应予校正或切除,钢筋连接部位的飞边或纵肋过高应采用砂轮机修磨,以保证套筒能自由套入钢筋。

(1)径向挤压连接。其主要设备有挤压机、超高压油泵、平衡器、吊挂小车、划标志用工具及检查压痕卡板等。

(2)轴向挤压连接。其主要设备有超高液压泵站、半挤压机、挤压机、压模、垫块、手拉葫芦、画线尺、量规等。施工时先用半挤压机进行钢筋半接头挤压,再在现场用挤压机进行钢筋连接挤压。

挤压连接工艺为：钢筋、套筒验收→钢筋断料、划出套筒套入长度定长标志→套筒套入钢筋、安装压接钳→开动液压泵、逐步扣压套筒至接头成型→卸下压接钳→接头外形检查。

2.锥螺纹套筒连接

锥螺纹套筒连接是采用锥螺纹连接钢筋的一种机械式钢筋接头,如图5.24所示。它能在施工现场连接HRB335、HRB400月牙肋16～40mm的同径或异径的竖向、水平或任何倾角钢筋。所连钢筋直径之差不宜超过9mm。

图5.24　锥螺纹钢筋接头

1—锥形螺纹套筒；2—变形钢筋

锥螺纹套筒连接的设备主要由钢筋套丝机、量规(牙形规、卡规、锥螺纹塞规)、力矩扳手、砂轮锯、台式砂轮等组成。螺纹钢筋连接,首先将钢筋用钢筋切断机或砂轮锯下料；然后将被连接的钢筋端部,在专用钢筋套丝机上套丝,加工成锥形状外螺纹,最后用手和力矩扳手旋入锥形状内螺纹套筒。