影響焊接鋼筋質量的因素及建議

1 前言

鋼筋是工程建設的主要用材之一，廣泛應用于混凝土結構中，其連接通常采用焊接方法，主要有電弧焊、電渣壓力焊等。鋼筋焊接質量的好壞直接關系到結構的安全，但由于環境條件惡劣或焊接人員素質低下等原因造成其達不到要求的情形并不少見。 我們在質量檢測中經常遇到上述違反《鋼筋焊接及驗收規程》規定的情況，但某些施工人員甚至管理人員卻抱著不以為然的態度，在此筆者根據從事鋼筋試驗觀察、收集到的一些資料，并通過鋼筋焊接試件試驗證明控制焊接施工質量的重要性，以引起施工人員和管理人員對這一問題的足夠重視。

2 焊接試驗統計資料

筆者曾對鋼筋搭接焊試驗的10659個試樣進行觀察統計，發現搭接焊試驗中異常斷裂（規程規定不合格的斷裂）的比例約為10%，其中在焊縫段或熱影響區發生的脆性斷裂占76%，成為主要的斷裂形式，其次是沿焊縫的縱向開裂，約占21%，詳見表1。

從以上統計結果看來，各種焊接試驗中異常斷裂雖僅占約10%，但由于這些均是取樣送檢的試件，因此不排除它們在焊接質量上優于現場其它鋼筋的可能性，也就是說，現場實際的焊接頭達不到要求的比例可能要大得多。據觀察分析，這種異常斷裂基本上是因焊接質量不過關而造成的，既有鋼筋自身的材質因素，也與焊接不當有直接關系，因大部分鋼筋都明顯有燒傷的跡象。

3 異常斷裂的原因分析：

鋼筋異常斷裂的原因較為復雜，總的來說包括材質本身、焊接工藝或試驗等幾方面的因素，而且它們都并非完全獨立，而是有機聯系和相互影響的。

3.1 材質因素：

鋼筋本身的材質好壞是影響焊接質量的首要因素，若化學成分中的有害雜質如磷、硫、氧等含量低，其焊接性就較好；有些合金元素當含量適中時會有利于改善鋼材的性能，另一方面當其含量＞0.3%時又會明顯降低可焊性。晶體組織和結構的變化既與碳和合金元素含量的變化有關，同時也與溫度和外力的變化有關。

3.2 焊接工藝因素：

焊接時的設備性能、電流大小和穩定性，焊接材料與木材金屬的匹配程度，焊工的技術水平和熟練程度，焊接的順序、操作速度、環境溫濕度、焊件的冷卻速度等都會對焊接質量造成直接的影響。若焊接熱量過大和溫度過高，加熱速度過快，則焊接后的急劇冷卻會使晶體組織和結構發生變化，影響鋼材的機械性能并使其變脆。

4 焊件在試驗中異常斷裂的幾種現象

4.1 母材強度過高，在高應力狀態下熱影響區發生脆性斷裂。表1中實際最大拉應力σЬ≥標準強度值σ0的比率高達76.47%~87.84%，這一現象可能是母材碳含量或硅等元素含量偏高，使得其強度較高但又較硬脆而造成的。如有1組Ⅰ級鋼Φ14鋼筋焊接試件，3個試件均發生脆斷，拉斷力分別為105.000，10.000，96.000N，比標準值57.000N高出68%~84.2%。Ⅱ級鋼筋也有很多類似的例子，如1組3個Φ25搭接焊試件均發生脆性斷裂，其中2個拉斷力分別為410.000，408.000N比標準值224.000N高出82.8%，而第3個試件為218.000N，說明受焊接施工的影響，試件會產生熱脆而達不到規定強度值。從大量例子中可以看出，凡是母材原材拉伸試驗表現為強度高、伸長率低、塑性差的鋼筋，在焊接試驗中具有熱脆性，易發生脆性斷裂。因此凡是原材料在機械性能試驗中表現較差時，不宜采用焊接，且最好不在重要結構中使用。

4.2 低應力狀態下熱影響區發生脆性斷裂。這種情況的性質較嚴重，破壞時應力尚未達到規定強度值，甚至低得驚人。如1組Φ22搭接試樣，3個試件均在焊縫邊發生脆性斷裂，力值分別為42.000，53.000，134000N，僅為標準值187.000N的22.4%~73%。取其中力值最低的1個試樣進行化學分析，其結果見表2。

從表2可以看出，C、Si、Mn、S這4個元素的含量均在標準范圍內，而P值比標準值要高，這可能是鋼筋產生熱脆的原因。再取雙倍同規格鋼筋焊接試樣進行復檢，也同樣出現這種斷裂現象，6個試件的拉斷里分別為60.000，60.000，142.000，272.000，446.000，454.000N，前4個試件均突發脆性斷裂，后2個雖不脆裂但延伸率不高，說明該母材強度高，塑性差。

上述例子和許多實例表明，這種現象的母材屬高強低塑，因此凡機械性能試驗和化學分析中出現高強低塑或化學成分遠比標準值高時，應避免使用。

5 對鋼筋焊接的幾點建議：

通過上述試驗中出現異常斷裂現象的分析，有必要追溯到施工現場的焊接質量，同樣潛伏著質量隱患，應引起現場施工人員和質量管理人員的高度重視，提高認識，采取有效措施消除焊接所產生的潛在隱患。

5.1 鋼筋在焊接試驗前必須進行機械性能試驗和化學分析，對可焊接性差（如高強低塑、化學成分含量明顯超標）的鋼筋，不宜采用焊接。

5.2 手工電弧焊不要在母材上引弧?！朵摻詈附蛹膀炇找幊獭分幸幎ǎ骸昂附訒r引弧應在墊板、幫條或形成焊縫的部位進行，不得燒傷主筋”。焊接底線與鋼筋應接觸緊密。

6 結語

上述鋼筋焊接問題看似微小，但一旦忽視就可能成為日后安全質量事故的禍根，因此在工程質量管理中應高度重視并克服麻痹思想，要求焊接人員嚴格按《規程》操作，質檢人員應嚴加監管，一旦有上述缺陷應予以處理，確保結構安全。

參考文獻：

[1] 金屬材料學（高等學校材料），西安交通大學

[2] 金屬學《高等學校教材》，上海交通大學