一种高耐蚀高强钢筋的闪光焊接方法与流程

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种高耐蚀高强钢筋的闪光焊接方法。

背景技术：

中国沿海工程高速发展的今天，钢筋混凝土结构越来越多的应用于沿海及近海地区，但是由于海水的腐蚀作用，采用普通钢筋的混凝土结构在沿海或近海地区中服役10-15年后就会出现严重的腐蚀破坏现象，大大缩短工程建筑的整体寿命，也会带来严重的安全隐患。因此，钢筋的耐腐蚀性能成为国内外工程界关注的热点问题。

高耐蚀高强钢筋由于其良好的耐腐蚀性能和较低的价格，近年来成为钢铁行业的研究热点，高耐蚀高强钢筋的焊接是其推广应用的必不可少的一环，闪光对焊是一种方便、高效、可靠性高的自动化固相焊接方法，广泛应用于普通建筑用钢筋的焊接，高耐蚀高强钢筋的焊接性差，普通热轧钢筋闪光焊工艺并不适用于此类钢筋，而实现耐蚀钢筋可靠连接的闪光对焊方法尚未见报道，因此有必要开发出针对耐蚀钢筋的全新的闪光对焊工艺方法。

目前，高耐蚀高强钢筋的连接可采用套筒进行机械连接，其工艺为：对钢筋端部依次进行机械切平、镦粗、剥肋、滚丝，最后用套筒对接钢筋。此方法虽然能够实现接头的可靠连接，但加工过程复杂、效率较低、生产成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种高耐蚀高强钢筋的闪光对焊工艺方法，能够实现钢筋可靠、高效的永久连接，同时焊接接头强度不低于母材，满足JGJ 18-2003《钢筋焊接及验收规程》对焊接接头性能的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高耐蚀高强钢筋的闪光焊接方法，包括以下步骤：

(1)焊前预处理：对钢筋待焊端面进行打磨，使端面光泽、平整；

(2)装夹：将待焊钢筋装夹于闪光焊机的电极上，装夹时保证两侧待焊钢筋位于同一直线上，调伸长度范围12-25mm，并在两焊接端面间预留出1-3mm的间隙；电极间距设置为间隙宽度加两倍调伸长度；

(3)焊接参数设定：闪光留量6-15mm、闪光速率0.5-1.5mm/s、闪光输出功率52-105kW、带电顶锻时间0-0.6s、顶锻应力57-102MPa，根据样品规格设定好具体参数；

(4)焊前预热：利用电阻热对位于电极间的钢筋进行预热，端面预热温度为350-650℃；

(5)焊接过程：点击启动按钮后，焊接依次进入闪光阶段、一次顶锻阶段、压力维持阶段；

(6)短时回火：在压力维持阶段再次进行通电，利用电阻热对电极之间的部分进行短时回火，并引入二次顶锻过程，具体参数为：顶锻后间隔时间1-5s，回火输出功率20-65kW，回火持续时间0.1-1.2s；

(7)焊后空冷。

与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

1.生产效率高，操作简单方便，不需要任何焊材、过渡件等辅助材料，不用对钢筋端头进行机械加工，连接成本低，适用于复杂的现场工况条件。

2.通过合理的工艺设计并引入二次顶锻，消除焊接接头中的铁素体软化区，保证接头组织为铁素体基体+连续带状贝氏体，获得稳定可靠的焊接接头。

附图说明

图1是高耐蚀高强钢筋的母材金相组织

图2是未经回火的焊接接头金相组织(对比例1)

图3是未经回火的焊接接头拉伸断裂后的金相组织(对比例1)

图4是经回火的焊接接头金相组织(实施例1)

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步阐述。

以某牌号高耐蚀高强钢筋的闪光焊接为例，其母材组织(纵向)由铁素体基体和带状贝氏体构成，如附图1所示。

实施例1

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊：

(1)焊前预处理：对钢筋待焊端面进行打磨，使端面光泽、平整；

(2)装夹：将待焊钢筋装夹于闪光焊机的电极上，装夹时保证两侧待焊钢筋位于同一直线上，设置调伸长度20-25mm，并在两焊接端面间预留出2-3mm的间隙，电极间距设置为间隙宽度加两倍调伸长度；

(3)焊接参数设定：闪光留量10-14mm、闪光速率0.6-1.0mm/s、闪光输出功率65-82.5kW、带电顶锻时间0.1-0.2s、顶锻应力57-72MPa；

(4)焊前预热：利用电阻热对位于电极间的部分进行焊前预热，使待焊钢筋接触并通电，端面预热温度为400-600℃；

(5)焊接过程：点击启动按钮后，焊接依次进入闪光阶段、一次顶锻阶段、压力维持阶段；

(6)短时回火：在顶锻完成之后的压力维持阶段，再次通电对电极间部分进行加热，利用电阻热对电极之间的部分进行短时回火，引入二次顶锻过程，具体参数为：顶锻后间隔时间1.5-2.5s，回火输出功率40-50kW，回火持续时间0.5-0.8s。

(7)焊后空冷。

对比例1

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊，与实施例1比较，取消短时回火工艺，其他工艺过程不变。

实施例2

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊：

(1)焊前预处理：对钢筋待焊端面进行打磨，使端面光泽、平整；

(2)装夹：将待焊钢筋装夹于闪光焊机的电极上，装夹时保证两侧待焊钢筋位于同一直线上，设置调伸长度18-25mm，并在两焊接端面间预留出2-3mm的间隙，电极间距设置为间隙宽度加两倍调伸长度；

(3)焊接参数设定：闪光留量8-12mm、闪光速率0.8-1.2mm/s、闪光输出功率60-75kW、带电顶锻时间0.1-0.2s、顶锻应力68-98MPa；

(4)焊前预热：利用电阻热对位于电极间的部分进行焊前预热，使待焊钢筋接触并通电，端面预热温度为400-600℃；

(5)焊接过程：点击启动按钮后，焊接依次进入闪光阶段、一次顶锻阶段、压力维持阶段；

(6)短时回火：在顶锻完成之后的压力维持阶段，再次通电对电极间部分进行加热，利用电阻热对电极之间的部分进行短时回火，引入二次顶锻过程，具体参数为：顶锻后间隔时间1-2s，回火输出功率45-55kW，回火持续时间0.4-0.8s。

(7)焊后空冷。

对比例2

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊，与实施例2比较，取消短时回火工艺，其他工艺过程不变。

实施例3

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊：

(1)焊前预处理：对钢筋待焊端面进行打磨，使端面光泽、平整；

(2)装夹：将待焊钢筋装夹于闪光焊机的电极上，装夹时保证两侧待焊钢筋位于同一直线上，设置调伸长度12-16mm，并在两焊接端面间预留出1-2mm的间隙，电极间距设置为间隙宽度加两倍调伸长度；

(3)焊接参数设定：闪光留量7-10mm、闪光速率1.0-1.3mm/s、闪光输出功率52-68kW、带电顶锻时间0-0.2s、顶锻应力70-102MPa；

(4)焊接过程：点击启动按钮后，焊接依次进入闪光阶段、一次顶锻阶段、压力维持阶段；

(5)短时回火：在顶锻完成之后的压力维持阶段，再次通电对电极间部分进行加热，利用电阻热对电极之间的部分进行短时回火，引入二次顶锻过程，具体参数为：顶锻后间隔时间0.5-1.5s，回火输出功率35-45kW，回火持续时间0.4-0.8s。

(6)焊后空冷。

对比例3

对规格的高耐蚀高强钢筋进行闪光对焊，与实施例3比较，取消短时回火工艺，其他工艺过程不变。

对上述实施例和对比例进行拉伸和弯曲试验，结果见表1。实施例均符合JGJ18-2003《钢筋焊接及验收规程》对焊接接头性能的要求；而对比例抗拉强度均低于母材抗拉强度。

采用实施例所述方法焊接的各规格耐蚀钢筋接头强度均达到母材强度，拉伸断裂于距离焊缝较远的母材区域，并呈现为塑性断裂，采用实施例所述方法焊接的各规格耐蚀钢筋接头均能承受180°折弯而不开裂。

而对比例所述方法焊接的各规格耐蚀钢筋接头经拉伸、弯曲试验，多数断于焊缝及热影响区，呈现脆性断裂特征，且抗拉强度值波动幅度大，不符合相关标准要求。

表1实施例与对比例焊接接头力学性能

截取焊接接头的纵截面，通过盐酸偏重亚硫酸钠溶液腐蚀可得耐蚀钢筋金相组织，通过对比能观察到：对比例由于没有回火过程，焊缝熔合线两侧会出现明显的铁素体区，如附图2所示。

铁素体区是以铁素体为主的相区，其间仅含有少量的粒状贝氏体，与含有连续带状贝氏体的母材相比，铁素体区更容易发生裂纹的萌生和扩展，是整个焊接接头最薄弱的部位，如附图3所示。

采用实施例焊接的接头，由于添加回火和二次顶锻的引入，能有效避免在焊缝区形成铁素体为主的软化组织，而是形成与母材相近的铁素体基体+连续带状贝氏体组织，如附图4所示，表现出优异的组织性能。

因此，按照本发明，可以实现高耐蚀高强钢筋的闪光对焊，特别是能够消除焊接接头中的铁素体软化区，从而提供满足工业要求的可靠的焊接方法。

需要注意的是，本发明所述的方法不限于实施例中所提到的钢种、规格，凡是满足本发明所述的组织、性能特征的高耐蚀高强钢筋的闪光焊接方法、工艺改进均在本发明的保护范围之内。