焊接技术论文范文

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一、工程概况

本工程为一高层商住楼，总建筑面积78126m2，设有一层地下室，层高5米；首层、二层作为商场，层高4．8米，第三层为停车场，层高5．3米：四～三十一层为住宅，分为四座塔楼，标准层高3．0米。因本项目住宅的档次较高，在结构设计时采用了暗柱的方式，而且工期紧，因此施工中钢筋工程的主要特点是：规模大，钢筋连接数量多，为了配合工期的要求，要求钢筋连接技术能够实现快速施工的效果，能够满足全天候施工要求，由于采用暗柱的设计方式，柱截面小，配筋密集且大量采用粗直径钢筋(最大钢筋直径28mm)，要求粗直径钢筋连接技术能够减少混凝土浇筑时的施工难度；要求粗直径钢筋连接技术能够节约钢材、降低工程成本。为此，采用了粗直径钢筋机械连接技术。钢筋机械连接施工具有操作简单、施工速度陕、质量稳定、接头强度高、增加与混凝土问握裹力等优点，不受钢筋的可焊性、化学成分及气候影响。针对工程的工期要求和设计特点，在工程的施工中对直径18mm以上竖向钢筋的连接采用了等强锥螺纹套筒连接技术。

锥螺纹套筒连接技术是近年来开发的一种新的粗直径钢筋连接方式，对于地下室底板、独立柱和暗柱等关键受力结构部位，粗直径钢筋连接全部采用了锥螺纹套筒连接技术，共有使用锥螺纹接头87292个，其中28mm(10786个)：25mm(22420个)，22mm(17760个)，20mm(14963个)，18mm(16350个)。

二、钢筋镦粗直螺纹连接接头施工工艺

1.工艺流程

切割下料液压镦粗加工螺纹抽检10％丝头(用螺纹规检查)安装保护套做标识分类堆放现场安装。

2.施工工艺及质量要求

（1）切割下料

钢筋所有检验结果均应符合现行规范的规定和设计要求。对端部不直的钢筋要预先调直，切口的端面应与轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲。采用砂轮、切割机按配料长度逐根切割下料。:

（2）液压镦粗

用专门设计的镦头机将钢筋端部镦粗，要求有足够镦压力和套丝所需的镦头行程。可镦粗12～40㎜的建筑钢筋，每个镦头所需时间约为50秒，适宜于工地现场加工钢筋。丝头的施工质量要求是：①钢筋下料时，切口端面应与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲。端部不直的钢筋应调直后下料，镦粗头不得有与钢筋直径轴线相垂直的横向表面裂纹。②不合格的镦粗头，应及时割除重新镦粗，不得对镦粗头进行二次镦粗。③镦粗头的基圆直径应大于丝头螺纹外径，长度应大于1／2套筒长度，并应在丝头作出明显标记，过度段坡度应≤1：3。④钢筋丝头的螺纹应与连接套筒的螺纹相匹配，公差带应符合GB／T197(普通螺纹公差与配合的要求)。

（3）镦粗段套丝直螺纹

镦粗工序完成后，将带有镦粗头的钢筋放在专用套丝机上加工直螺纹，套丝机具能适用各种不同直径钢筋的套丝加工，并达到设计螺纹精度和直径的稳定性，确保与连接筒的配合。每个镦粗段的套丝所需时间约为50秒。钢筋的端头螺纹规格应与连接套筒的型号匹配。加工后立即用配套的量规逐根检测。

（4）连接套筒对接钢筋

连接套筒是在工厂按设计标准的规格、精度加工的成品，应有出厂合格证，供货质量保证书。套筒一般为低合金钢或优质碳素结构钢，并经严格配套检验后，封上保护盖装箱使用。运输、存储过程中，要防止锈蚀和玷污。套筒的表面应进行防锈处理。套筒内螺纹的公差带应符合GB／T197。

现场只需将带螺纹的钢筋利用连接套筒旋转钢筋或直接旋转连接套筒，达到规定的牙数连接质量就可保证。施工质量检查目测即可，力学性能按规定进行抽样试验。接头拼接时可借助普通管钳扳手使两个丝头于套筒中央位置顶紧。拼接完成的接头，套筒每边应落在丝头标色线上，或不得有两扣以上的完整丝扣外露；加长形接头的丝扣数不受限制，但应有旋入量的明显标记。

三、经济效益分析

1.材料节约

结构设计采用《混凝土结构设计规范)(GBS0010-2002)，规范规定，受拉区受力钢筋的搭接长度为35d，有抗震要求为35d+5d=40d。

在各种接头材料比较表1数据中，以25钢筋为例，每个搭接接头钢筋为3．85kg，冷挤压接头每只套简重1．03kg，等强直螺接头套简重0．6kg，单一个接头就比搭接少用钢材3．25kg，比冷挤压接头少用钢材2．82kg。各种规格直螺纹连接接头有：2O接头299只；22接头1860只；25接头13374只；32接头2208只。

用等强直螺纹接头比搭接连接节约20．416万元，比冷挤压套简连接节约18．2万元。

2.能源节约

等强直螺纹钢筋连接机械设备功率为4千瓦，每台设备一天完成400只接头，若一台班以8h计算，则1．2×2=2．4min完成一个完整的接头，用电量为4×2．4／60=0．16度，而闪光对焊每只接头用电量约为2．5度，仅用电量节约15．6倍，而闪光对焊机的功率至少在lOOkW，故不仅费电，且对施工现场的配电要求也较高。

四、结语

随着我国建设工程质量标准的提高及各类高层建筑、大跨度建筑、桥梁、水工、核电等迅速的发展．钢筋混凝土结构在建筑工程中的应用日益广泛。Ⅲ级和Ⅲ级以上的钢筋应用日趋普遍，高强度、粗直径钢筋的水平、竖向、斜向连接技术的运用已成为建筑结构设计和施的关键因素，工程技术人员合理选择粗钢筋的连接技术对工程的质量、工期、效益及施工安全性至关重要。从价格上看，以25接头为例，目前市场价格在8．5元／个，比冷挤压、锥螺纹接头接头低，较为适中，一般甲方能够接受。且从接头的可靠性上比锥螺纹接头要高，具有接头强度高、与母材等连接速度快、性能稳定、应用范围广、操作方便、用料省，已在国内不少重大工程中推广应用，得到很多建设、设计、监理、施工单位的好评，滚轧直螺纹接头推广应用前景较好。

参考文献：

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当前高能束流焊接被关注的主要领域是：①高能束流设备的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。②新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。③设备的智能化以及加工的柔性化。④束流品质的提高及诊断。⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。⑥束流的复合。⑦新材料的焊接。⑧应用领域的扩展。

1、激光焊接的最新进展

1.1新型激光器

（1）直流板条式（DCSlab）CO2激光器、（2）二极管泵浦的YAG激光器、（3）CO激光器、（4）半导体激光器、（5）准分子激光器。

1.2激光器功率的大型化、脉冲方式以及高质量的光束模式

以美国PRC公司为例，几年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W，而近期的主导产品是4000~6000W，6000W可切割的不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35mm和40mm.

1.3设备的智能化及加工的柔性化

尤其是对YAG激光，由于可用光纤传输，给加工带来了极大的方便。

其主要特点是：①一机多用。②采用一台激光机可进行多工位（可达6个）加工。③光纤长度最长可达60m.④开放式的控制接口。⑤具有远距离诊断功能。

1.4束流的复合

最主要的是激光－电弧复合。深熔焊接时，熔池上方产生等离子体，复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。

激光－电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA.通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。

GMA成本低，使用填丝，适用性强，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。激光焊可形成深而窄的焊缝，焊速高、热输入低，但投资高，对工件制备精度要求高，对铝等材料的适应性差。Laser-GMA的复合效应表现在：电弧增加了对间隙的桥接性，其原因有二：一是填充焊丝，二是电弧加热范围较宽；电弧功率决定焊缝顶部宽度；激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力，使电弧更稳定；激光功率决定了焊缝的深度；更进一步讲，复合导致了效率增加以及焊接适应性的增强。

从能量观点看，激光电弧复合对焊接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应，一是较高的能量密度导致了较高的焊接速度；二是两热源相互作用的叠加效应。

GMA、激光加丝和激光电弧复合三种方法焊接时线能量、焊缝断面以及能量利用率的比较。

Laser-TIGHybrid可显著增加焊速，约为TIG焊接时的2倍；钨极烧损也大大减小，寿命增加；坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了一种激光双弧复合焊接，与激光单弧复合焊相比，焊接速度可增加约1/3，线能量减小25%.

英国Conventry大学现代连接中心亦有Laser-plasma复合焊接的报导。其优点是：提高焊接速度和熔深；由于电弧加热，金属温度升高，降低了金属对激光的反射率，增加了对光能的吸收。在小功率CO2激光试验基础上，还要在12000WCO2激光以及光纤传输的2kWYAG激光器上进行，并为机器人进行PALW打基础。

1.5激光、工件与保护气体相互作用的研究

1.6铝合金的激光焊接

铝合金由于比强度高、抗腐蚀性好而得以广泛应用。CO2激光焊接铝合金的困难主要在于高的反射率以及导热性好，难以达到蒸发温度、难于诱导小孔的形成（尤其是对Mg含量比较小时）以及容易产生气孔。提高吸收率的措施除了表面化学改性（如阳极氧化）、表面镀层、表面涂层等外，也有用激光－TIG、激光－MIG的报道，其中MIG－DCelectrodeposition方法由于表面的清理作用强和加丝的合金化作用效果为好。

最近，比利时的LCretteur和法国的SMarya对6061铝合金进行了混合气和焊剂的CO2激光焊。在给定的试验条件下表明：70%He+30%Ar、气流方向与焊接方向相反时效果为好；针对穿透焊接时焊缝背面容易产生下垂缺陷，采用75%LiF+25%LiCl的焊剂，起到了祛除氧化、改善熔化金属与背面母材的接合，使背面焊缝具有“上翘”效应，在较宽的参数区间内形成了规整的焊道。对6061铝合金的焊接表明，焊缝强度可达到母材的90%.

1.7激光熔覆

激光熔覆与其它表面改性方法相比，加热速度快、热输入少，变形极小；结合强度高；稀释率低；改性层厚度可精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高。

激光熔覆除用于民品外，英、美等国也已用于航空机发动机Ni基涡轮叶片的耐热、耐磨层的熔覆及修复。

2、电子束焊接和等离子弧焊接的最新进展

国外电子束焊接发展可归结为：超高能密度装置研制、设备智能化柔性化、电子束流特性诊断、束流与物质作用机制研究以及非真空电子束焊设备及工艺的研究等。

在日本，加速电压600kV、功率300kW的超高压电子束焊机已问世，一次可焊200mm的不锈钢，深宽比达70：1.

日、俄、德开展了双枪及填丝电子束焊技术的研究。在对大厚度板第一次焊接的基础上，通过第二次填丝来弥补顶部下凹或咬边缺陷；日本采用双抢实现了薄板的超高速焊接，反面无飞溅，成形良好。法国研制成功的双金属和三金属薄带材电子束焊接机也颇引人关注。

关于非真空电子束焊接，德国实现了母材为AlMg0.4Si1.2的旋转件的填丝焊接，加丝材料为AlMg4.5Mn，送丝速度35m/min，焊接速度高达60m/min.该研究在斯图加特大学的25kW电子束焊机上完成。

非真空电子束焊接在汽车制造领域一直倍受重视。例如，手动变速器中同步环与齿轮的非真空电子束焊接，生产率已超过500件/小时。

最近，德国和波兰的学者共同研制了真空电子束焊接时安装于真空室中的非接触测温装置，测量点最小直径1.8mm，主要用于陶瓷和硬质合金的钎焊，该装置可排除随机的热流的干扰，测量精度高。

在等离子弧焊接方面，变极性等离子弧焊以及铝合金穿孔等离子立焊是关注点之一。

3、国内高能束流焊接现状

在国内，高能束流焊接越来越引起更多相关人士诸如焊接、物理、激光、材料、机床、计算机等工作者的关注。国内在设备水平上，与国外有一定差距，但在工艺研究上，水平则较为接近，甚至在某些方面还有自己的特色。

3.1激光焊接

在设备生产与研究上，主要生产千瓦级的CO2激光设备和1千瓦以下的固体YAG激光设备。

国内对激光焊接研究主要集中在激光焊接等离子体形成机理、特性分析、检测、控制、深熔激光焊接模拟、激光-电弧复合热源的应用、激光堆焊等。清华大学从声和电的角度，分析了熔透状态的声信号，提出了激光焊接等离子体的等效电路及电特性数学模型；在抑制等离子体的负面效应方面，清华大学张旭东、陈武柱等提出了侧吸法；国家产学研激光技术中心的肖荣诗、左铁钏提出了双层内外圆管吹送异种气体法；西北工业大学的刘金合提出了外加磁场法。

3.2电子束焊接

我国自行研制电子束焊机始于1960年代，至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产的技术队伍，能为国内市场提供小功率的电子束焊机。

近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套的引进方式，这种方式的优点是：设备既保持了较高的技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善的售后服务。

目前，以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额；我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平，而价格仅为国外同类产品的1/4左右，有明显的性能价格比优势。

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1再制造技术

(1)无损检测技术。采用超声波检测等手段对制糖机械的废旧产品内部缺陷进行检测，以确定缺陷部位和性质，以此制定再制造方案。(2)焊接技术。根据制糖机械废旧产品损坏的具体情况，采用不同的焊接方法，如焊条电弧焊、CO2气体保护焊、钎焊等及相应的焊接材料和工艺等对其进行修复。(3)电弧喷涂技术。用于恢复旧件的几何尺寸和提高工件表面耐磨性、耐蚀性等。(4)电刷镀技术。用于失效零部件表面的再制造和强化。(5)振动时效技术。利用振动时效仪器找出再制造产品的共振频率，然后在产品的共振频率部位施加激振力，并使其振动，起到消除应力的作用，从而防止再制造产品在使用过程中因应力而产生裂纹。在上述再制造技术中，焊接技术(设备、材料和工艺)在制糖机械废旧产品的再制造中起到关键作用。绝大部分制糖机械废旧产品是通过焊接手段使其成为再制造产品，其焊接质量会直接影响再制造产品的质量和使用寿命。

2制糖机械废旧产品及其适用的焊接技术

(1)制糖机械废旧产品分类。通常把已失去使用功能或使用价值的机械或零部件等称作废旧产品。据统计，在经过一个榨糖周期(5～6个月)的使用后，制糖机械中约有60％以上的零部件变成了废旧产品，这样在制糖产业中就形成了一个巨大的再制造工程。在制糖机械的废旧产品中常见的有19种(见表1)，其中最典型的有榨辊轴颈表面磨损、撕解机刀磨损和榨辊轴颈裂纹、泵壳内壁腐蚀等，如图1～图4所示。根据废旧产品产生的原因可将其分为两大类：一类是因磨损、拉伤、腐蚀等原因导致零部件的几何尺寸发生变化，或耐磨层和耐蚀层失去功能的表面磨损型废旧产品；另一类是在使用过程中因残余应力和工作疲劳等原因，零部件产生裂纹、甚至断裂的裂纹型废旧产品。从数量上讲，在制糖机械废旧产品中，前者占绝大多数。在废旧产品中，除个别的断裂废旧产品不能再制造外，其他废旧产品都可变成再制造产品。(2)制糖机械废旧产品适用的焊接技术。制糖机械的废旧产品经过再制造后，成为有使用功能或使用价值的再制造产品。由表1可知，制糖机械常见的废旧产品的再制造绝大部分都是采用焊接技术完成的。

3焊接技术在制糖机械再制造中应用实例

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2纳米技术在焊接领域的应用

2．1在焊接材料中的应用

2．1．1在焊丝涂层中的应用。为了让焊丝暴露在空气环境下不至于生锈氧化，人们往往会对焊丝表面进行一些处理，如最常见的就是在焊丝表面镀上一层铜粉，用以保护焊丝和延长焊丝的使用寿命。但这样做的副作用却是使表面经常会出现点蚀现象。随着科技的发展，对原材料的强度提出了越来越高的要求，而焊缝中的Cu元素对焊缝强度无益，反而被指会削弱焊缝的性能和材料强度。因此，在现阶段实际应用中，高强度钢焊丝则不再镀铜，而这样就对焊丝材料的表面处理工艺提出了新的要求，需要运用一种新的材料去做焊丝涂层。而近来，国内著名学府天津大学，就运用了纳米技术和现代金属表面工程技术相结合的方法，采用特殊工艺对焊丝表面进行了处理，形成了一层非常薄的保护膜，从根本上解决了焊丝制造业传统镀铜防锈带来的问题，对焊丝保护起到了非常好的作用。

2．1．2在焊条药皮中添加纳米材料。在焊接工艺里，焊条药皮的制造是至关重要的一环，它担负着造渣、稳弧、脱氧、造气等多重使命，更要向焊缝过渡合金元素。为了保证焊条有良好的性能和精良的制作工艺，通常要在药皮中要加入共计十多种材料糅合而成各种组成物。现今在制作原料中加入纳米材料，而纳米材料本身有着较强的体积效应和表面效应，能使熔滴和焊条药皮的接触面积大大增大，并使相互的化学反应速度加快，在焊接冶金等反应过程中，有助于反应过渡有益合金元素，同时减少杂质。同时，在焊缝的制作过程中添加纳米材料元素过渡到焊缝，可以使得焊缝中的有益元素分布发生改变，通过对焊缝内部组织的调整，从而使其性能更加优异。

2．1．3在焊剂制造中的应用。由于用烧结焊剂在烧结过程温度要求不高，且会使合金元素损耗较少，最重要的是烧结焊剂的成分简单比较容易控制，因此，和传统的熔炼焊剂相比，前者正代替后者成为焊接时的必备工具。但烧结焊剂的使用仍要耗费很多的能源，因为其烧结温度一般在400℃～1000℃之间，并且，焊剂中重要的组成部分，如碳酸锂达到了一定高温的条件下，会产生化学分解，使该焊剂性能减弱乃至失灵。与此不同，纳米材料各组成物，得益于纳米材料充足的活性，在烧结过程中用时更短，能耗更低，在低温情况下也可以烧结而不至于产生材料分解现象。

2．2在焊接结构中的应用

2．2．1改善接头组织不均匀性。不同焊接接头的性能差异，主要是由于热影响区、焊缝之间的微粒组织不均匀性引起的，解决方法通常是表面纳米化处理，这样就可以使内部组织均匀，使接头表面晶粒大小基本一致。通过高能喷丸纳米化技术的处理，表层原始组织的内部结构发生了改变，有截然不同的3个区域形成了等轴状纳米晶的形状，且微粒之间尺寸均匀。

2．2．2提高焊接接头的抗磨损性能，延长工件使用寿命。在焊接接头的表面，经纳米化处理的比不经纳米化处理的对比件材料硬度更大，晶粒更小。因此，经纳米化处理的工件更为耐磨，实际使用寿命更长。

2．2．3提高焊接接头疲劳寿命。运用纳米化处理，如超声速微粒轰击等表面机械加工处理，可以转化接头工件表层的残余拉伸应力，使之变为残余压应力，这样相比起未经该方法加工的工件裂纹发生率会减少，焊接接头的疲劳寿命得到延长。

2．2．4改善接头抗应力腐蚀性能。接头工件本身所具有的残余拉应力，会使接头更容易被腐蚀。但若经过米化处理，即会使晶粒比以前更细小，加之所产生的压应力协同作用，将会使接头抗腐蚀能力更强。但必须看到，当压应力超过一定限度，比如超过接头材料本身的屈服强度，就会产生不良后果，如发生塑性变形，进而在表层一些硬度较高的地方产生裂痕，这样就会使材料的抗腐蚀应力反而降低，应该特别注意。

2．3难焊材料中的应用原子的短程扩散途径和纳米结构也有关系，在纳米材料中我们会看见有很多界面，因此，保证了该种材料扩散时能保持较高的速度。相比于普通材料，纳米材料熔点低，明显更容易熔化，正因为这一点，一些在高温形成的稳定或介稳相可以存在于低温环境，也可以降低高熔点材料烧结温度。

2．4其他方面的应用纳米技术和材料在很多方面和领域都应用广泛，如纳米材料应用在元器件的制造上，能提高芯片的集成程度，使电子元件更小更便携；纳米材料应用在焊接设备，能使设备体积更小，容量更大；相比起其他材料，采用纳米材料加工而成的传感器，比普通传感器更加灵敏，精度更高更精密，能准确控制焊接参数，使焊接产品质量更好；尤其是采用纳米材料加工的导电嘴比普通导电嘴更耐磨，更耐腐蚀，被广泛应用在高强度焊丝的大电流焊接等众多工序和领域。