钢筋的焊接连接与机械连接技术

摘 要：当今国内混凝土结构中钢筋的焊接与机械连接方式在受力性能、质量稳定及施工等多方面进行了分析比较，并分析产生质量缺陷的原因，认为钢筋滚轧直螺纹连接在国内外都有着广泛的应用与发展，是未来钢筋发展的趋势，必将以其优异的性能成为工程上主要的钢筋连接方式。 

关键词：钢筋；焊接接头；机械连接；滚轧直螺纹连接 

钢筋在混凝土中主要是起到抗拉、抗扭的作用，钢筋接头连接作为钢筋工程中的一个重要部分，是工程施工中效率最低，工厂化程度最少的一个环节。目前，常用的钢筋连接为焊接和机械连接，工程中部分钢筋接头见证取样送检不合格，严重影响了工程进度，并为工程的质量留下了安全隐患，钢筋接头连接的效率与质量成为决定工程进度与安全的一个关键性因素。因此，工程中对钢筋连接工艺、连接类型的研究选择显得尤为重要。 

1 钢筋的主要连接类型 

1.1 钢筋的焊接连接 

1.1.1 钢筋电弧焊接头 

钢筋电弧焊接头可分为搭接焊、帮条焊、坡口焊、熔槽帮条焊、窄间隙焊等接头形式。钢筋电弧焊技术由于是在面罩下观察和进行操作的，工作条件较差，视野不清，焊接的质量依托于施工人员的个人能力，要保证焊接质量，必须有较为熟练的操作技术和高度集中的注意力， 

1.1.2 钢筋闪光对焊接头 

钢筋闪光对焊技术是指在进行钢筋连接时，将被连接的两段钢筋的顶端对接，然后利用焊接机产生的电流发出的热量把两段钢筋的接触点部位熔化、形成强烈的闪光，然后及时利用顶锻力将两根钢筋连接在一起。 

1.1.3 电渣压力焊接头 

电渣压力焊属于熔化压力焊的范畴，适用于竖向钢筋连接，但不适用于水平钢筋、倾斜钢筋以及可焊性差的钢筋的连接，而且对于直径28mm 以上钢筋的焊接技术难度也比较大。同时，焊接对焊工技术水平、气候、防火、供电条件等环境要求较高。 

1.2 钢筋的套筒机械连接 

1.2.1 套筒挤压连接接头 

套筒挤压连接是把两根待接钢筋的端头先插入一个优质钢套筒，然后用挤压机在侧向加压数道，套筒塑性变形后即与带肋钢筋紧密咬合达到连接的目的。 

1.2.2 锥螺纹连接接头 

锥螺纹连接是将两根钢筋端头对接在一起后用锥形螺纹套筒进行连接，利用机械咬合力传递钢筋的拉力和压力。 

1.2.3 滚轧直螺纹连接接头 

直螺纹连接是将钢筋连接端头采用专用滚轧设备和工艺，通过滚丝轮直接将端头滚轧成直螺纹，并用相应的连接套筒对接钢筋，达到传递钢筋拉力和压力的一种机械连接，是近年来开发的一种新的螺纹连接方式。 

2 钢筋焊接连接质量通病及原因分析 

在实际的施工焊接中，由于各方面的因素影响，钢筋焊接存在各种宏观及微观缺陷，比如焊包不匀、内裂缝、气孔夹渣、组织偏析等，体现在拉伸试验中就表现为部分钢筋焊接拉伸后断裂在接头部位，造成焊接接头不合格率较高。目前工程施工中钢筋连接常用的焊接方法主要是电渣压力焊和闪光对焊。 

影响钢筋焊接的因素有很多。首先，金属受热后不可避免的要引起膨胀，在焊接加工过程中，正在膨胀的金属挤压着周围的冷金属，因而受热的金属可能产生塑性变形或翘曲。随后的收缩必定使得残余应力增高或发生变形，或二者情况都有。其次，母材晶相组织和化学成分方面都有不均匀性存在，当化学成分波动足够大时也会产生偏析。还有，焊接工艺对焊接性能的影响也不可忽视的。 

从微观组织上来看，钢筋焊接接头主要分为焊缝区、融合区和热影响区。通常，焊接热影响区由于晶粒长大，硬度、强度成为焊接接头的最低区域，但也略高于钢筋基材。规范的焊接试件在拉伸试验中断裂应该发生在基材，而强度也为钢筋基材的抗拉强度，但是由于焊接过程出现了各种焊接缺陷，使得钢筋焊接试件达不到所要求的性能。 

钢筋焊接在施工中常见的缺陷及原因有： 

第一，接头处轴线偏移或弯折：钢筋切割时钢筋端部不直、断面不齐变形，夹具本身扭曲变形、同心度没调好，钢筋安放不规范而造成上下钢筋错位；焊接后接头处熔融金属没有完全固化时过早拆卸夹具，此时接头的强度和刚度不足以支撑上部钢筋，上部钢筋晃动导致接头处弯折。 

第二，接头有气孔、夹渣：钢筋锈蚀严重、焊剂受潮未烘培，焊接时自身产生气体或外部气体进入熔池，在熔池凝固前没有溢出熔池而残留在焊缝中形成气孔；而焊接过程中药皮等杂质残留在熔池中，或挤压过程钢筋未形成凸面即顶压使熔渣无法排出，熔池凝固后形成焊缝中的夹渣。闪光对焊时预热不足、顶锻速度及压力小也易产生气孔夹渣。 

第三，接头未熔合：焊接过程中挤压速度过慢、电流小使得钢筋端部熔化不良熔化量不足，接合面焊包中存在裂缝，不能很好的熔在一起。 

第四，接头焊包不匀，出现无包、过小、偏包或薄而大现象：钢筋端面不平整，端面熔化量不足，接头处不能完全结合，上下钢筋挤压时金属液体向四周排挤不均匀；电弧电压过高，产生偏弧现象，使钢筋熔液一侧偏少或偏多；焊接电流过小或挤压时间短，钢筋熔化不完全熔融量不足，使钢筋不能完全结合，形成焊包不匀，无包、焊包过小、偏包现象。焊接电流过大或挤压过程的时间过长，使钢筋熔融的金属液体过多，从而造成挤压后焊包薄而大。 

第五，焊包下淌：焊剂缝隙堵塞不严，焊接过程中焊剂泄漏，致使钢筋熔液失去约束顺观察焊接不合格的断裂截面，发现大多数断裂截面都能发现各种焊接的质量缺陷，如气孔、夹渣、未熔合等现象。综合焊接接头断裂产生的主要原因，是由于焊接质量缺陷使接头的有效焊接面积减小，焊接连接强度降低。钢筋焊接接头受各种因素影响易形成各种焊接缺陷使得工程施工中焊接质量不稳定、不合格率较高。 

3 钢筋机械连接的性能特点 

机械连接是近年来发展起来的一种较新的钢筋连接技术，适用于混凝土结构中对延性要求高和要求充分发挥钢筋强度的重要部位，目前已经广泛应用于一些重点工程和大型工程中。钢筋锥螺纹连接，其优越性在于操作简单、快速，安装前可先批量进行钢筋连接端头的滚丝处理，连接丝头提前工厂化预加工，现场连接占用工期短，但由于锥螺纹安装要求的精度很高，连接接头质量不够稳定，钢筋滚轧直螺纹连接和剥肋滚轧直螺纹连接都属于直螺纹连接，其接头性能可靠且操作方便，不受气候影响，容易保证接头质量，成本相对较低，是当前施工大力推广应用的钢筋连接方式。 

3.1 筋滚轧直螺纹机械连接作用机理 

滚轧直螺纹接头的强度主要是由螺柱、螺纹牙和套筒的强度决定的，要保证钢筋机械连接的等强、安全有效要根据等强理论确定机械连接的螺纹牙距，再根据牙距及钢筋直径确定连接套筒的直径和长度。滚轧直螺纹接头在加工过程中形成塑变强化，从宏观方面说，通过滚压在金属表面产生一个弹塑性变形层和加工硬化，而从微观组织角度来看，滚压造成的残余压应力引起变形层内位错的增殖、运动以及位错之间的交互作用，从而形成很大的微观内应力，使得螺纹强度大幅提高。 

3.2 钢筋滚轧直螺纹机械连接的优点 

与其他连接方式相比，钢筋滚轧直螺纹连接技术具有以下优点：操作简单，施工速度快，工效明显提高；强度高，质量稳定可靠；节材、节能、经济，比传统焊接节省连接用钢材60%左右；适用范围广，适用于各种方位及同、异径钢筋的连接；不受钢筋的化学成分、人为因素、气候、电力等诸多因素的影响；无污染，符合环保要求、无明火操作施工安全可靠。 

要保证工程质量必须加强对机械连接套筒的质量检查，质量不合格的套筒会直接导致钢筋拉伸性能达不到要求，大量使用不合格套筒会对工程质量造成不可忽视的质量缺陷。 

4 结语 

钢筋的连接方式成为建筑结构设计和施工的关键因素，并直接影响到工程质量、施工速度、经济效益和施工安全性，使用机械直螺连接接头目前已经成为一种必然趋势。钢筋滚轧直螺纹接连技术在钢筋连接中的使用，减少了现场施工中人为因素对钢筋连接质量的影响，将质量中不易控制的人为因素降到最低，有效的提高了钢筋连接的质量，并且极大地提高了施工工艺水平，必将以其优异的性能成为工程上主要的钢筋连接方式。 

参考文献 

[1] 中国建筑科学研究院.JGJ107-2010钢筋机械连接通用技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. 

[2] 张厚先，王志清.建筑施工技术（2版）[M].北京：机械工业出版社，2011. 

[3] 中国建筑工业出版社编.滚扎直螺纹钢筋连接接头[M].北京：中国建筑工业出版社出版，2010.