鋼筋氧液化石油氣熔態氣壓焊的研究與應用

吳文飛1  張宣關2  鄒士平3袁遠剛4

(1．西安朝訊塑業有限公司工程部；2．陜西省建筑科學研究設計院；

3．無錫日新機械廠；4．貴州鋼龍焊接技術有限公司)

    鋼筋氣壓焊的基本原理是采用氧——燃料氣體火焰將兩鋼筋對接處進行加熱，使其達到塑性溫度約1250℃，或者達到熔化溫度l540℃以上，加壓完成的一種壓焊方法。達到塑性溫度的稱為固態氣壓焊，即閉式氣壓焊；達到熔化溫度的稱為熔態氣壓焊，即開式氣壓焊。

    在以往，常用的為氧乙炔固態氣壓焊。在行業標準《鋼筋焊接及驗收規程》JGJl8—96中規定的，亦是這種焊接方法。它有很多優點，熱效率高、溫度高，接頭質量好，設備輕便，可進行鋼筋在水平位置、垂直位置、傾斜位置等全位置焊接，因此，曾在全國大量推廣使用。

1、問題的提出

    隨著時間的推移和施工實踐發現，氧乙炔固態氣壓焊存在2個問題：

    (1)由于乙炔提價，增加了施焊成本；

    (2)采用固態氣壓焊工藝時，對鋼筋端面平整度和清潔度的要求過于苛刻，費工費錢。

    因此，通過試驗研究，尋求新的燃料氣體，改變焊接工藝方法。

2、液化石油氣及氧液化石油氣火焰

    液化石油氣是油田開采或煉油工業中的副產品，它在常溫常壓下呈現氣態，其主要成分是丙烷(C3Ha)，占50％～80％，其余是丁烷(C4H10)，還有少量丙烯(c3H6)及丁烯(C4H8)，為碳氫化合物組成的混合物。

    液化石油氣約在0.8—1.5Mpa壓力下即變成液體，便于瓶裝貯存運輸。

    液化石油氣與氧氣混合燃燒的火焰溫度為2200~2800℃，稍低于氧乙炔火焰。

    丙烷完全燃燒的整個化學反應式是：

    C3H8+502→3C02+4H20+530.38 kJ／mol

    燃燒分兩個階段，第一階段是：

    C3H8+1.502→3CO+4H2

    來源于氧氣瓶的氧與液化石油氣瓶中丙烷的有效混合而燃燒，形成焰芯；并產生中間產物3CO+4H2，見圖l。

    第二階段是：中間產物與火焰周圍空氣中供給的氧燃燒，形成外焰：

    3CO+4H20+3.502→3C02+4H20

    同樣，丁烷完全燃燒的整個化學反應式是： 

    C4H10+6.502→4C02+5H20+687.94 kJ／mol

    第一階段燃燒是：

    C4H10+202→4CO+5H2

    第二階段燃燒是：

    4CO+5H2+4.502→4C02+5H20

    從以上第一階段燃燒反應式可以看出：一份丙烷需要從氧氣瓶供給l.5份氧；一份丁烷需要2.0份氧。所以在氧液石油氣火焰調節時，若是中性焰，氧與液化石油氣的比例應該是約1.7：1(體積比)；實際施焊時，氧的比例還要高一些。

3、氧液化石油氣壓焊設備

    氧液化石油氣壓焊所需設備，大部分與氧乙炔氣壓焊相同，但以下幾件設備略有差異應該提出：

    3.1工業用液化石油氣瓶

    容量較家用的大，一般為50k9規格，主要參數如下：

    外徑      406   mm   

    壁厚       3    mm

    高度      l215   mm 

    容積     ≥118    L

    瓶內公稱壓力(當室溫為l5℃)  1.57MPa。

    氣瓶最大工作壓力為1.6MPa，水壓試驗為3.0MPa，氣瓶體涂銀灰色，注有“液化石油氣”的紅色字樣。

    3.2多嘴環管加熱器

    無錫日新機械廠生產多嘴環管加熱器外形和射吸式構造與氧乙炔氣壓焊的基本相同；但噴嘴端面為梅花式，中間一個大孔，周圍6個小孔，見圖2。

    應選用耐油橡膠，以防腐蝕。

    3.4減壓器

    減壓器外形和工作原理與用于乙炔的相同。但減壓表采用碳三表，或丙烷表，參數見表1。

表1主要技術規格參數

4、焊接工藝

    4.1安裝前，兩鋼筋端面之間應預留間隙3～5mm。

    4.2氣壓焊開始時，首先使用中性焰加熱，待鋼筋端頭至熔化狀態，附著物隨熔滴流走，端部呈凸狀時，即加壓，擠出熔化金屬，使兩鋼筋密合牢固。

    4.3適當增大氧氣用量。

    4.4氧氣工作壓力為0.08MPa左右；液化石油氣的工作壓力為0.04MPa左右。

5、焊接接頭的金相檢驗和硬度測定

    5.1母材HR_B400熱軋帶肋鋼筋(20MnSiV)，直徑25mm。

    5.2焊接工藝氧液化后油氣熔態氣壓焊。

    5.3宏觀照片見圖3(注：圖中2個黑點系試樣機加工時不小心留下凹坑)。

    5.4顯微組織見圖4-圖7。

    通過金相檢驗，分析如下：

    ①焊縫(圖3中白亮帶)利熔合區為交叉分布的晶粒，說明熔合良好。

    ②焊縫、熔合區和粗晶區顯微組織見圖4。原奧氏  體粗大晶粒邊界為先共析鐵素體，晶內多數為針狀鐵素體、珠光體和少量粒狀見氏體(以下簡稱粒貝)，偶見方向性粒貝，粒貝中島相已有分解。

    ③正火區見圖5，珠光體+鐵索體，晶粒細。

    ④不完全重結晶區見圖6，珠光體+鐵素體，晶粒  大小相間。

    ⑤母材為珠光體+鐵素體，熱軋后狀態。 

    5.5硬度測定

    接頭維氏硬度測定結果見表2。

表2接頭維氏硬度

    以上測定結果表明，焊縫和粗晶區的維氏硬度與母材相當，無淬硬表現，焊接接頭性能良好。

6、接頭質量檢驗與驗收

    根據行業標準《鋼筋焊接及驗收規程》JGJl8—2003中“鋼筋氣壓焊接頭”有關規定進行質量檢驗與驗收。

7、工程應用

    在江蘇、浙江、貴州等地已大量推廣應用，特別是在貴州地區獲得顯著效果。以貴州鋼龍焊接技術有限公司為例，公司自1991年以來，在貴州地區推廣應用 HR_B335鋼筋氣壓焊接頭120萬個以上；自1995年開始全面采用熔態氣壓焊(開式)；自1998年9月起采用液化石油氣代替乙炔進行熔態氣壓焊；并在貴州電力小區(建筑面積約12．6萬m2)工程中對HR_B400鋼筋進行焊接。目前，采用氧液化石油氣熔態氣壓焊工藝，已完成HR_B400鋼筋接頭5萬個，鋼筋直徑最大為32mm；經檢驗，接頭質量全部合格。

8、優越性及技術經濟效益

    采用鋼筋氧液化石油氣熔態氣壓焊工藝，操作方便簡單，工效高，成本低，與氧乙炔固態氣壓焊相比，可節省成本30％，質量好，得到建設單位、質量監督部門的認可和贊賞。新修訂的行業標準《鋼筋焊接及驗收規程》JGJl8—2003已將氧液化石油氣熔態氣壓焊工藝列入；可以預見，該項技術今后將會獲得更大的發展。

參考文獻：

[1]行業標準《鋼筋焊接及驗收規程》JGJl8—2003。

[2]吳成材《鋼筋焊接及驗收規程講座》中國建筑工程出版社，l996

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)