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摘要：本文通過(guò)試驗(yàn)研究介紹一種新的鋼筋氣壓焊技術(shù)，以熔態(tài)氣壓焊代替過(guò)去的固態(tài)氣壓焊，以氧液化石油氣火焰代替過(guò)-L-的氧乙炔火焰，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。...

鋼筋氧液化石油氣熔態(tài)氣壓焊的研究與應(yīng)用

吳文飛1  張宣關(guān)2  鄒士平3袁遠(yuǎn)剛4

(1．西安朝訊塑業(yè)有限公司工程部；2．陜西省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院；

3．無(wú)錫日新機(jī)械廠；4．貴州鋼龍焊接技術(shù)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(duì)接處進(jìn)行加熱，使其達(dá)到塑性溫度約1250℃，或者達(dá)到熔化溫度l540℃以上，加壓完成的一種壓焊方法。達(dá)到塑性溫度的稱為固態(tài)氣壓焊，即閉式氣壓焊；達(dá)到熔化溫度的稱為熔態(tài)氣壓焊，即開(kāi)式氣壓焊。

    在以往，常用的為氧乙炔固態(tài)氣壓焊。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》JGJl8—96中規(guī)定的，亦是這種焊接方法。它有很多優(yōu)點(diǎn)，熱效率高、溫度高，接頭質(zhì)量好，設(shè)備輕便，可進(jìn)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(guó)大量推廣使用。

1、問(wèn)題的提出

    隨著時(shí)間的推移和施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，氧乙炔固態(tài)氣壓焊存在2個(gè)問(wèn)題：

    (1)由于乙炔提價(jià)，增加了施焊成本；

    (2)采用固態(tài)氣壓焊工藝時(shí)，對(duì)鋼筋端面平整度和清潔度的要求過(guò)于苛刻，費(fèi)工費(fèi)錢。

    因此，通過(guò)試驗(yàn)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(kāi)采或煉油工業(yè)中的副產(chǎn)品，它在常溫常壓下呈現(xiàn)氣態(tài)，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?xì)浠�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(yùn)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(gè)化學(xué)反應(yīng)式是：

    C3H8+502→3C02+4H20+530.38 kJ／mol

    燃燒分兩個(gè)階段，第一階段是：

    C3H8+1.502→3CO+4H2

    來(lái)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(chǎn)生中間產(chǎn)物3CO+4H2，見(jiàn)圖l。

    第二階段是：中間產(chǎn)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(gè)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)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(diào)節(jié)時(shí)，若是中性焰，氧與液化石油氣的比例應(yīng)該是約1.7：1(體積比)；實(shí)際施焊時(shí)，氧的比例還要高一些。

3、氧液化石油氣壓焊設(shè)備

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

    3.1工業(yè)用液化石油氣瓶

    容量較家用的大，一般為50k9規(guī)格，主要參數(shù)如下：

    外徑      406   mm   

    壁厚       3    mm

    高度      l215   mm 

    容積     ≥118    L

    瓶?jī)?nèi)公稱壓力(當(dāng)室溫為l5℃)  1.57MPa。

    氣瓶最大工作壓力為1.6MPa，水壓試驗(yàn)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(huán)管加熱器

    無(wú)錫日新機(jī)械廠生產(chǎn)多嘴環(huán)管加熱器外形和射吸式構(gòu)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(gè)大孔，周圍6個(gè)小孔，見(jiàn)圖2。

    3.3膠管及密封墊

    應(yīng)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(shù)見(jiàn)表1。

表1主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)

4、焊接工藝

    4.1安裝前，兩鋼筋端面之間應(yīng)預(yù)留間隙3～5mm。

    4.2氣壓焊開(kāi)始時(shí)，首先使用中性焰加熱，待鋼筋端頭至熔化狀態(tài)，附著物隨熔滴流走，端部呈凸?fàn)顣r(shí)，即加壓，擠出熔化金屬，使兩鋼筋密合牢固。

    4.3適當(dāng)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(yàn)和硬度測(cè)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(tài)氣壓焊。

    5.3宏觀照片見(jiàn)圖3(注：圖中2個(gè)黑點(diǎn)系試樣機(jī)加工時(shí)不小心留下凹坑)。

    5.4顯微組織見(jiàn)圖4-圖7。

    通過(guò)金相檢驗(yàn)，分析如下：

    ①焊縫(圖3中白亮帶)利熔合區(qū)為交叉分布的晶粒，說(shuō)明熔合良好。

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

    ③正火區(qū)見(jiàn)圖5，珠光體+鐵索體，晶粒細(xì)。

    ④不完全重結(jié)晶區(qū)見(jiàn)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(tài)。 

    5.5硬度測(cè)定

    接頭維氏硬度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2接頭維氏硬度

    以上測(cè)定結(jié)果表明，焊縫和粗晶區(qū)的維氏硬度與母材相當(dāng)，無(wú)淬硬表現(xiàn)，焊接接頭性能良好。

6、接頭質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收

    根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》JGJl8—2003中“鋼筋氣壓焊接頭”有關(guān)規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收。

7、工程應(yīng)用

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

8、優(yōu)越性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

    采用鋼筋氧液化石油氣熔態(tài)氣壓焊工藝，操作方便簡(jiǎn)單，工效高，成本低，與氧乙炔固態(tài)氣壓焊相比，可節(jié)省成本30％，質(zhì)量好，得到建設(shè)單位、質(zhì)量監(jiān)督部門的認(rèn)可和贊賞。新修訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》JGJl8—2003已將氧液化石油氣熔態(tài)氣壓焊工藝列入；可以預(yù)見(jiàn)，該項(xiàng)技術(shù)今后將會(huì)獲得更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》JGJl8—2003。

[2]吳成材《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程講座》中國(guó)建筑工程出版社，l996

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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