埋弧螺柱焊机及其应用

埋弧螺柱焊机及其应用

摘要文章介绍“埋弧螺柱焊机”的性能、特点及其应用范围。使用RSM-3150-2埋弧螺柱焊机焊接的钢筋直径已达到Φ32mm。成都斯达特焊接研究所研制的RSM-2500-2已成功应用到国家体育场（北京鸟巢）预埋件Φ20mm钢筋埋弧焊接，其焊缝外观、力学性能均达到了有关标准的规定，并进行了宏观金相和金相组织的检查。

关键词埋弧螺柱焊机螺柱焊预埋件焊接

在大型钢——混凝土结构建筑、体育场馆、展览馆及桥梁建设中都有大量的预埋件焊接。预埋件的焊接类型除了板——板焊接、钢筋对焊外，还有大量的板——钢筋焊接。因此，研制钢筋焊接专用焊机——埋弧螺柱焊机，并探讨其焊接特性，对满足预埋件的焊接需要及提高其焊接质量具有重要意义。

1埋弧螺柱焊机的结构及其特点

1．1埋弧螺柱焊机的构成及应用范围

埋弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊接电缆、接地钳和施焊器具---焊枪等部份组成。焊机的主要性能指标见表1。焊接电源是由晶闸管控制的直流电源，焊接电流连续可调。

当电源电压波动+10%～-15%时，其输出电流变化±4%。焊接电源通常与控制器合并为一体，称为主机。焊枪有手持式和落地式两种。手持式焊枪只能用于≤Φ20mm的钢筋焊接；落地式焊枪则用于>Φ20mm的钢筋焊接。因为大直径的钢筋很重，如Φ32×700mm的钢筋，其自重为4.34kg，再加上“内锚板”的重量，可达到6kg以上。因此，需要设计特殊的提升装置，才能满足焊接的需要。

埋弧螺柱焊机按已设定的程序自动进行焊接。当调好提升高度，夹紧钢筋，并装好焊剂后，按启动开关→引弧→提升→引燃主弧→焊接时间到→钢筋插入熔池→断弧，焊接结束。

分别使用RSM-2500-2、RSM-3150-2焊机焊接Φ20mm、Φ32mm钢筋试件见图1。

埋弧螺柱焊实际上是埋弧焊与电弧螺柱焊两种焊接方法的有机结合，是电弧螺柱焊机的一个派生系列，其焊机的结构、焊接程序和钢筋（栓钉）的夹持方法都与电弧螺柱焊机极其相似。

a)Φ20mm钢筋 b) Φ32mm钢筋

图1 钢筋“埋弧螺柱焊”试件

（钢筋：HRB400 钢板：12mm Q345B）

埋弧螺柱焊机主要应用于大直径（≥Φ20mm）螺纹钢的焊接。因为钢筋的表面凹凸不平，使用瓷环保护，其效果不佳。通过对瓷环保护的钢筋焊接试件的金相检查，发现焊缝内有大量的气孔，这无疑降低了焊接接头的力学性能，而用埋弧螺柱焊焊接的接头，其焊缝内很少找到气孔、夹渣、裂纹等缺陷，这说明埋弧螺柱焊是钢筋焊接的理想方法。

1.2埋弧螺柱焊的特点

埋弧螺柱焊具有以下特点：

a) 对熔池和焊缝的有效保护

预埋件焊接，多数是大直径的钢筋，如Φ32mm的钢筋。如何保护这样大的焊接熔池，是能否得到高质量焊缝的关键。采用焊剂埋弧的办法，可使焊接时形成的熔渣薄膜覆盖在熔滴和熔池的表面，把液态金属与空气隔开，防止氧化、氮化和合金元素的蒸发和烧损，使焊接过程稳定。比重较轻的熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，防止处于高温状态的焊缝金属免受空气的侵害，从而提高了焊缝的质量。

另外，采用埋弧的焊接方法，还可以稳定电弧，避免飞溅和弧光辐射，改善了劳动条件，增加了操作的舒适性。

b) 冶金反应充分

焊接时，金属熔液与焊渣之间能够发生一系列的物化反应，不仅能除去焊缝中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷、去氢等，避免焊缝出现气孔，而且还可以使焊缝金属合金化，改善焊缝的性能。

c) 熔深大，焊缝强度高

埋弧螺柱焊的焊接电流大（1000～3150A），电弧的穿透能力强，而焊接时间又短（仅几秒钟），热量损失少，因此能得到大的熔深和小的热影响区，从而提高了焊接接头的力学性能。

d) 将钢筋插入熔池

当焊接结束时，对钢筋施加压力，使之插入熔池，以获得高强度的焊接接头。

e) 高高隆起的焊缝

用埋弧螺柱焊焊接的试件，其外观的一个显著特点是高高隆起的光亮的焊缝，其高度一般都超过6mm，见表2。对于Φ32mm钢筋的焊缝高度均超过8mm，这无疑又增加了焊接接头的力学强度。

总之，埋弧螺柱焊是一种新方法，具有“埋弧”、“压力”和高强度及快速的特点，其焊缝的力学性能达到或超过母材，在预埋件的钢筋焊接时完全能代替手工电弧焊和穿孔塞焊。

与交流压力埋弧焊相比，焊接速度快、焊缝强度高是其突出的特点。

2钢筋埋弧焊接的工艺试验

2．1预埋件对焊接的要求

国家体育场（北京鸟巢）需要焊接一批“柱脚极和支撑搭架”预埋件。预埋件的焊接结构分两类，如图2中的a)和b),其中对锚筋和锚板的要求如下：

锚筋：Φ20mm，HRB400 内锚板：20×80×80mm，Q345B

外锚板：30×500×500mm，30×540×860mm，Q345B

图2 钢筋埋弧焊接的预埋件结构

对于图2a)所示结构，先把锚筋焊接在内锚板上，然后再将锚筋的另一端按规定的间隔分别焊接在30×500×500mm和30×540×860mm的外锚板上。对于图2b)所示结构，将锚筋按规定的间隔直接焊接在30×500×500mm的外锚板上。预埋件的所有埋弧焊接均应在熔剂层下进行。焊缝的力学性能应不小于母材。焊后锚筋的倾斜度应小于1°。焊前应进行质量评定并有权威机构出具的检验报告。焊后应对焊点逐个进行验收。

2. 2钢筋埋弧焊接的工艺试验

成都斯达特焊接研究所使用埋弧螺柱焊机进行了工艺试验，试验结果如表2，试验条件如下：

使用焊机：RSM-2500-2 钢筋：Φ20mm,HRB400

钢板：12mm, Q345B 焊剂：HJ431

表2 钢筋埋弧焊接工艺试验情况

焊接电流

格焊接时间

格

提升高度

mm

钢筋长度 mm 焊缝成型

焊前焊后熔化量高度mm 直径mm 包络情况

3.5 5 3 321 316 5 7.5 27 360°连续

3.5 5 4 337 331 6 10.5 29 360°连续

3.5 5 4 331 324 7 7 27 360°连续

3.5 5 3 310 303 7 6 28 360°连续

3.5 5 4 235 228 7 7 27 360°连续

3.5 5 4 278 271 7 6 27 360°连续

3.5 5 4 326 319 7 9 27 360°连续

3.5 5 4 246 238 8 8 27 360°连续

a) 就Φ20mm钢筋而言，按上述工艺参数进行焊接，其试件的焊缝均360°连续，焊缝高度平均7.5mm，焊缝宽度平均3.7mm，这是其它焊接方法难以达到的。当然，要想获得更高、更宽的焊缝，还需增加钢筋的熔化长度。