湖北水利水电职业技术学院 教 师 授 课 教 案 课程名称：水利水电工程施工技术 200 年至200 年第 学期第 9 次课 授课班级： 03级水工 编制日期： 年 月 日 课题（章节）：第四章 钢筋工程  4.3 钢筋接头的连接  传授主要知识点：  钢筋焊接、钢筋机械连接  传授主要技能点：   钢筋的配料、加工及绑扎方法及施工质量控制检查要求、方法   （5）掌握模板施工安全知识。 （3）掌握砌筑工程施工安全知识。  教学步骤安排： 1、复习上节课内容  2、讲述钢筋接头的连接  3、小结本次课内容  授课方式： 1、课堂讲授  2、多媒体演示   3、介绍典型的施工实例  教学手段：  板书、多媒体、相关施工图片  作业布置情况：  利用课后习题进行练习，巩固知识，补充习题。    课后分析与小结：             第三节 钢筋接头的连接 钢筋的接头连接有焊接和机械连接两类。常用的钢筋焊接机械有电阻焊接机、电弧焊接机、气压焊接机及电渣压力焊机等。钢筋机械连接方法主要有钢筋套筒挤压连接、锥螺纹套筒连接等。 钢筋焊接 钢筋焊接方式有闪光对焊、电阻点焊、电弧焊、电渣压力焊、埋弧压力焊、气压筋等，其中对焊用于接长钢筋、点焊用于焊接钢筋网、埋弧压力焊用于钢筋与钢板的焊接、电渣压力焊用于现场焊接竖向钢筋。 (一)电阻焊 1、钢筋点焊 钢筋点焊机是利用电流通过焊件时产生的电阻热作为热源，并施加一定的压力，使交叉连接的钢筋接触处形成一个牢固的焊点，将钢筋焊合起来。点焊机又分电动凸轮式点焊机、气压传动式点焊机及多头点焊机等。 点焊机主要由点焊变压器、时间调节器、电极和加压机构等部分组成，如图4-22。根据点焊机传动方式不同又分为电动凸轮式及气压传动式。 点焊时，将表面清理好的钢筋叠合在一起，放在两个电极之间预压夹紧，使两根钢筋交接点紧密接触。当踏下脚踏板时，带动压紧机构使上电极压紧钢筋，同时断路器也接通电路，电流经变压器次级线圈引到电极，接触点处在极短的时间内产生大量的电阻热，使钢筋加热到熔化状态，在压力作用下两根钢筋交叉焊接在一起。当放松脚踏板时，电极松开，断路器随着杠杆下降，断开电路，点焊结束。  钢筋点焊作业应注意： 1)操作人员必须懂得点焊机的工作原理和正确的使用方法，并经考试合格后才准单独操作。 2)工作前，应根据焊件的尺寸调好点焊机各个焊接参数(焊接电流、通电时间和电极压力)，打开冷却水，进行试焊。试焊合格方可正式焊接成品。 3)在调节焊接变压器档次时，一定要先切断电源。 4)上电极的工作行程通过调节气缸下面的两个螺母来调整。 5)在点焊过程中发现质量不合格时，要及时调整处理：①如果在焊点周围没有熔化金属挤出，出现未焊透现象时，可增大焊接电流。②出现过烧或过热，发脆的情况时，要减小焊接电流或缩短通电时间。③如果焊点的压入深度不够，就要增大电极压力。④焊点熔化金属飞溅，或者表面有“咬肉”烧伤现象时，要清洁电极和钢筋接触表面，并适当增大电极压力和减小焊接电流。 6)每班工作完毕，必须拉开电闸，切断电源。 2、钢筋闪光对焊 闪光对焊是利用电流通过对接的钢筋时，产生的电阻热作为热源使金属熔化，产生强烈飞溅，并施加一定压力而使之焊合在一起的焊接方式。对焊不仅能提高工效，节约钢材，还能充分保证焊接质量。对焊机分为手动对焊机和自动对焊机。 闪光对焊机由机架、导向机构、移动夹具和固定夹具、送料机构、夹紧机构、电气设备、冷却系统及控制开关等组成，如图4-23。闪光对焊机适用于水平钢筋非施工现场连接；适用于直径10～40mm的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋、10～25mm的Ⅳ级钢筋，以及直径10～25mm的余热处理Ⅲ级钢筋的焊接。  对焊属于塑性压力焊接。对焊机的电极分别装在固定平板和滑动平板上，滑动平板可以沿机身上的导轨移动，并与压力机构相连。接通电源后，电流通过变压器次级线圈传到电极上，当推动压力机构使两根钢筋端头接触到一起时，造成很大的短路电阻，使通过的电流产生很强的热量，钢筋端部温度升高而熔化，燃后利用压力机构施压，使钢筋端部牢固地焊接在一起。 钢筋闪光对焊作业应注意： 1)调整两钳口间距离：旋动调节螺钉使操纵杆位于左极限时，钳口间距离应为两焊件总伸出长度与挤压量之差；当操纵杆处于右极限时，钳口间距离应为两焊件总伸出长度再加上2～3mm，此即焊前原始位置。 2)调整断路限位开关，使其在焊接结束时(到达预定挤压量)能自动切断电源。 3)按焊件形状，调整钳口并使钳口位于同一水平，然后夹紧焊件。 4)为防止焊件的瞬间过热，须逐次增加调节级数，选用适当次级电压。 5)对焊钢筋端头150mm范围内要除污除锈，调直。禁止焊接超过规定直径的钢筋。 6)施焊时，要先通水，后通电，使电极及次级绕组冷却，同时检查有无漏水现象。 7)焊接长钢筋时，要设置活动支架。配合搬运钢筋的操作人员，焊接时注意不要被火花烫伤。已焊接好的钢筋，要按规格长度堆放整齐，不能靠近易燃物品。 (3)日常维护保养 1)焊接现场的周围不能有易燃、易爆物品；易燃物品离焊接现场的距离要大于10m，易爆物品离焊接现场的距离要大于20m。 2)对焊机一般要安装在室内，要有可靠的接地，如果有多台对焊机并列安装时，两台焊机之间的距离最少要有3m，并且要求接在不同相位的电源上。每台对焊机都要有各自的闸刀开关；闸刀开关与对焊机之间的导线，要用套管加以保护。 3)施焊前要检查对焊机的手柄、压力机构、夹具等是否灵活可靠。 4)对焊机所有活动部分要定期加油，以保持良好的润滑。 5)对断路器的接触点，要求每隔2～3d用砂纸擦净，电极要定期用锉刀锉光。 6)焊接车间(或工场)，除了不能堆放易燃物品外，还必须备有消防设备。操作人员必须戴有防护眼镜、手套和帽子等，站立的地方要垫木块或其他绝缘材料，才能进行操作。 7)在冬季施焊时，室内温度不能低于8℃。在0℃以下工作时，焊机使用后要用压缩空气吹掉冷却水管内的存水，以防水管冻裂和堵塞。 (二)电弧焊接 钢筋电弧焊是以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。 电弧焊具有设备简单，操作灵活、成本低等特点，且焊接性能好，但工作条件差、效率低。适用于构件厂内和施工现场焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊，可在各种条件下进行各种位置的焊接。 电弧焊又分手弧焊、埋弧压力焊等。 1、手弧焊 手弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的一种电弧焊。手弧焊用的焊机有交流弧焊机(焊接变压器)、直流弧焊机(焊接发电机)等。 手弧焊用的焊机是一台额定电流500A以下的弧焊电源：交流变压器或直流发电机；辅助设备有焊钳、焊接电缆、面罩、敲渣锤、钢丝刷和焊条保温筒等。如图4-24、图4-25。   电弧焊是利用电焊机(交流变压器或直流发电机)的电弧产生的高温(可达6000℃)，将焊条末端和钢筋表面熔化，使熔化了的金属焊条流入焊缝，冷凝后形成焊缝接头。BX3-300型交流弧焊机是一台动绕组式单相焊接变压器，其降压特性是借助于初、次级线圈间的漏磁作用而获得的。AX-320型直流弧焊机是由一台12kW的三相感应电动机和一台裂板式直流弧焊发电机组成，其降压特性是借电枢反应的退磁作用而获得。空载时，由于无焊接电流通过，不产生电压下降，所以空载电压下较高，便于引燃电弧，电弧能产生光和热。焊接时，由于有焊接电流通过，弧焊机产生的漏磁或退磁作用而使电压下降到相当于电弧稳定燃烧的电压。焊接过程中，随着电弧长度的增加，由于电阻增加，焊接电流下降，电压增加；相反则电压减小，电流增加，从而满足了焊接时的实际需要。 手弧焊接作业应注意： 1)焊机必须装设接地线。地线电阻不应大于4Ω。手柄、焊钳把手应绝缘。新焊机或长期停用的焊机，在第一次启动前，必须检查发电机和电动机的接线是否正确可靠，螺帽是否紧固等。焊接前应将钢材的焊接区进行清理，除去油污、浮锈、露水、粘着物等。 2)在对焊的闪光区域内需设置薄钢板或石棉挡板；焊接时其他人员不应进入闪光区内；在对焊机与操作人员之间可在机上装置活动顶罩，防止火花射灼操作人员。 3)焊接工人(包括辅助工人)操作时必须穿戴好劳保用品。 4)在室内进行手工电弧焊，应该有排气通风装置；焊工操作处应有挡板，防止弧光伤害眼睛或皮肤。 5)焊机必须专人操作、管理，非专机人员不得擅自操作；亦不允许两台焊机使用同一闸刀开关电源。 6)焊接时，不允许用铁板搭接等方式来代替焊件的电缆，否则将因接触不良或降压过大，致使电弧不稳定，影响焊接质量。 7)焊接运行过程中，调节焊接电流和极性开关，不应在负荷时进行，只能在空运转时进行。 8)当焊机发生故障，应立即切断电源并检修。 9)焊机在未切断电源前，切勿触碰焊机导电部分。工作完毕或临时离开，必须切断电源。 2、埋弧压力焊 埋弧压力焊是将钢筋与钢板安放成T型形状，利用焊接电流通过时在焊剂层下产生电弧，形成熔池，加压完成的一种压焊方法。具有生产效率高、质量好等优点，适用于各种预埋件、T型接头、钢筋与钢板的焊接。预埋件钢筋压力焊适用于热轧直径6～25mmⅠ级、Ⅱ级钢筋的焊接，钢板为普通碳素钢A3，厚度6～20mm。 埋弧压力焊机主要由焊接电源(BX2-500、AX1-500)、焊接机构和控制系统(控制箱)三部分组成。图4-26是由BX2-500型交流弧焊机作为电源的埋弧压力焊机的基本构造。其工作线圈(副线圈)分别接入活动电极(钢筋夹头)及固定电极(电磁吸铁盘)。焊机结构采用摇臂式，摇臂固定在立柱上，可作左右回转活动；摇臂本身可作前后移动，以使焊接时能取得所需要的工作位置。摇臂末端装有可上下移动的工作头，其下端是用导电材料制成的偏心夹头，夹头接工作线圈，成活动电极。工作平台上装有平面型电磁吸铁盘，拟焊钢板放置其上，接通电源，能被吸住而固定不动。  在埋弧压力焊时，钢筋与钢板之间引燃电弧之后，由于电弧作用使局部用材及部分焊剂熔化和蒸发，蒸发气体形成了一个空腔，空腔被熔化的焊剂所形成的熔渣包围，焊接电弧就在这个空腔内燃烧，在焊接电弧热的作用下，熔化的钢筋端部和钢板金属形成焊接熔池。待钢筋整个截面均匀加热到一定温度，将钢筋向下顶压，随即切断焊接电源，冷却凝固后形成焊接接头。 埋弧压力焊接作业应注意： 1)焊接钢筋直径不同，负载持续率不同，应选择不同的焊接电源。 2)焊接电缆与铜板电极联结时，宜采用对称接地，以减少电弧偏吹，使接头成形良好。 3)根据焊接钢筋直径大小，调节钢筋夹钳的钳口，使其松紧适宜，通电导电性能良好；如钳口和钢筋接触不好，产生电火花，烧伤钢筋表面，可在夹钳尾部安装顶杠和弹簧，使其自行调节夹紧。 4)焊接机构的立柱可上下调整，以适应不同长度的钢筋预埋件的焊接。 5)引弧、燃弧(钢筋维持原位或缓慢下送)和顶压等环节应密切配合：接通高频引弧装置和焊接电源后，立即将钢筋上提2.5～4mm，引燃电弧；若钢筋直径较细，适当延时，使电弧稳定燃烧，若钢筋直径较粗，则继续缓慢提升3～4mm，再逐渐下送，使钢筋端部和钢板熔化；熔化到一定时间后，迅速顶压，顶压时，不要用力过猛，防止钢筋插入钢板表面之下，形成凹陷。 6)及时消除电极钳口的铁锈和污物，修理电极钳口的形状。 7)焊接过程中，如发现焊接缺陷，应及时采取措施消除。 (三)气压焊接 气压焊是利用氧气和乙炔气，按一定的比例混合燃烧的火焰，将被焊钢筋两端加热，使其达到热塑状态，经施加适当压力，使其接合的固相焊接法。钢筋气压焊适用于14～40mm热轧Ⅰ～Ⅳ级钢筋，也能进行不同直径钢筋间的焊接，还可用于钢轨焊接。被焊材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢和耐热合金等。钢筋气压焊设备轻便，可进行水平、垂直、倾斜等全方位焊接，具有节省钢材、施工费用低廉等优点。 钢筋气压焊接机由供气装置(氧气瓶、溶解乙炔瓶等)、多嘴环管加热器、加压器(油泵、顶压油缸等)、焊接夹具及压接器等组成，如图4-27所示。  钢筋气压焊采用氧—乙炔火焰对着钢筋对接处连续加热，淡白色羽状火焰前端要触及钢筋或伸到接缝内，火焰始终不离开接缝，待接缝处钢筋红热时，加足顶锻压力使钢筋端面闭合。钢筋端面闭合后，把加热焰调成乙炔稍多的中性焰，以接合面为中心，多嘴加热器沿钢筋轴向，在两倍钢筋直径范围内均匀摆动加热。摆幅由小变大，摆速逐渐加快。当钢筋表面变成炽白色、氧化物变成芝麻粒大小的灰白色球状物继而聚集成泡沫，开始随多嘴加热器摆动方向移动时，再加足顶锻压力，并保持压力到使接合处对称均匀变粗，其直径为钢筋直径的1.4～1.6倍，变型长度为钢筋直径的1.2～1.5倍，即可终断火焰，焊接完成。 气压焊接作业应注意： (1)焊接钢筋的端部要清洁无污垢，并切平打磨。 (2)把焊接夹具卡紧在待焊接钢筋端头，注意不要夹伤钢筋、无偏心、无弯折。 (3)当对接的钢筋直径不同时，其径差不得大于7mm。否则，容易造成小直径钢筋过烧，而大直径钢筋温度不足未焊透的情况。 (4)使用强功率多嘴环管加热器时，乙炔从瓶内输出的速率不得超过15m３／h。若不够使用时，可将两瓶乙炔并联使用。乙炔钢瓶必须安放在垂直的位置。当瓶内压力减低到0.2MPa时，应停止使用。 (5)乙炔发生器使用时，按以下规定：①先将清水灌入乙炔发生器贮气罐和回火防止器内，至各自的溢水阀，然后关闭溢水阀；②移动电石篮的升降调节杆，加入电石，使电石篮沉入水中，开始产生乙炔气；③电石用完后，如需使用，先把溢水阀打开，使发生器内的压力降低，再打开发生器上盖，装入电石；④每天工作完毕，应放出电石渣，并经常清洗。 (6)加热器的加热能力应与所焊钢筋直径的粗细相适应。加热器各连接处，应保持高度的气密性。 (7)加压器的加压能力应达到现场焊接最大直径钢筋时所需要的轴向压力；顶压油缸的有效行程应大于或等于最大直径钢筋焊接时所需要的压缩长度。 (四)电渣压力焊 钢筋电渣压力焊是将两根钢筋安放成竖向对接形式，利用焊接电流通过两钢筋端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种焊接方法。钢筋电渣压力焊机操作方便，效率高，适用于竖向或斜向受力钢筋的连接，钢筋级别为Ⅰ、Ⅱ级，直径为14～40mm。   电渣压力焊机分为自动电渣压力焊机及手工电渣压力焊机两种。主要由焊接电源(BX2-1000型焊接变压器)、焊接夹具、操作控制系统、辅件(焊剂盒、回收工具)等组成。图4-28为电动凸轮式钢筋自动电渣压力焊机基本构造示意图。图4-29为手工电渣压力焊示意图。将上、下两钢筋端部埋于焊剂之中，两端面之间留有一定间隙。电源接通后，采用接触引燃电燃，焊接电弧在两钢筋之间燃烧，电弧热将两钢筋端部熔化，熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂形成熔渣(渣池)，覆盖于熔池之上。熔池受到熔渣和焊剂蒸气的保护，不与空气接触而发生氧化反应。随着电弧的燃烧，两根钢筋端部熔化量增加，熔池和渣池加深，此时应不断将上钢筋下送。至其端部直接与渣池接触时，电弧熄灭。焊接电流通过液体渣池产生的电阻热，继续对两钢筋端部加热，渣池温度可达1600～2000℃。待上下钢筋端部达到全断面均匀加热的时候，迅速将上钢筋向下顶压，液态金属和熔渣全部挤出；随即切断焊接电源。冷却后，打掉渣壳，露出带金属光泽的焊包。 电渣压力焊接作业应注意： (1)必须清除被焊钢筋端部120mm范围内的铁锈污泥等杂质。 (2)根据钢筋直径大小选择焊接参数(渣池电压、焊接电流、焊接通电时间等)；异径钢筋焊接时，按小直径钢筋选用。 (3)焊接夹具的上下钳口应夹紧于上、下钢筋的适当位置，钢筋一经夹紧，严防晃动，以免上、下钢筋错位和夹具变形。 (4)引弧宜采用铁丝圈或焊条头引弧法，亦可采用直接引弧法。 (5)引燃电弧后，先进行电弧过程，然后转变为电渣过程的延时，最后在断电的同时，迅速下压上钢筋，挤出熔化金属和熔渣。略等数秒钟，待钢筋接头初步冷却再松开操纵杆，以保证焊接质量。 (6)将烘烤合格的焊剂装满焊盒，且保持焊剂不漏，再关闭焊剂盒。落地的焊剂可以回收使用。使用前先筛去熔渣，经2h烘烤再用铜箩筛筛一遍，与新焊剂按1∶1比例拌合使用。 (7)在焊接生产中应认真进行自检，若发现接头偏心、弯折、烧伤等焊接缺陷，应查找出原因并采取一定措施消除。 二、钢筋机械连接 钢筋机械连接的种类很多，如钢筋套筒挤压连接、锥螺纹套筒连接、精轧大螺旋钢筋套筒连接、热熔剂充填套筒连接、平面承压对接等。这类连接方式是利用钢筋表面轧制或特制的螺纹(或横肋)和套筒之间的机械咬合作用来传递钢筋所受拉力或压力。 (一)钢筋套筒挤压连接 钢筋套筒挤压连接工艺的基本原理是将两根待接钢筋插入钢连接套筒，采用专用液压压接钳侧向(或侧向和轴向)挤压连接套筒，使套筒产生塑性变形，从而使套筒的内周壁变形而嵌入钢筋螺纹，由此产生抗剪力来传递钢筋连接处的轴向力。 挤压连接有径向挤压和轴向挤压两种方式，宜用于连接直径20～40mmⅡ、Ⅲ级变形钢筋。当所用套筒外径相同时，连接钢筋直径相差不宜大于二个级差。钢筋接头处宜采用砂轮切割机断料，端部的扭曲、弯折、斜面等应予校正或切除，钢筋连接部位的飞边或纵肋过高应采用砂轮机修磨，以保证套筒能自由套入钢筋。 1、径向挤压连接。其主要设备有挤压机、超高压油泵、平衡器、吊挂小车、划标志用工具及检查压痕卡板等。 挤压连接工艺为：钢筋、套筒验收→钢筋断料、划出套筒套入长度定长标志→套筒套入钢筋、安装压接钳→开动液压泵、逐步扣压套筒至接头成型→卸下压接钳→接头外形检查。 2、轴向挤压连接。其主要设备有超高液压泵站、半挤压机、挤压机、压模、垫块、手拉葫芦、划线尺、量规等。施工时先用半挤压机进行钢筋半接头挤压，再在现场用挤压机进行钢筋连接挤压。 (二) 锥螺纹套筒连接 锥螺纹套筒连接是采用锥螺纹连接钢筋的一种机械式钢筋接头。它能在施工现场连接Ⅱ、Ⅲ级16～40mm的同径或异径的竖向、水平或任何倾角钢筋，不受钢筋有无花纹及含碳量的限制。它连接速度快，对中性好，工艺简单，安全可靠，无明火作业，不污染环境，节约钢材和能源，可全天候施工，有利于工业化文明施工，有明显的技术、经济和社会效益。所连钢筋直径之差不宜超过9mm。 1、锥螺纹套筒连接设备  锥螺纹套筒连接的设备主要由钢筋套丝机、量规(牙形规、卡规、锥螺纹塞规)、力矩扳手、砂轮锯、台式砂轮等组成。如图4-30所示。 (1)钢筋套丝机。加工钢筋连接端锥螺纹，加工钢筋直径16～50mm。 (2)量规。根据钢筋直径大小配备。其中，牙形规用于检查钢筋锥螺纹牙形加工质量；卡规检查钢筋锥螺纹小端直径；锥螺纹塞规检查连接套的锥螺纹加工质量。 (3)力矩扳手。是保证钢筋连接质量的测力扳手。它有多种力矩值，当达到调定的力矩值时，便发生“咔嗒”响声。使用时，根据连接的钢筋直径大小，按规定的拧紧力矩值进行调定。 (4)砂轮锯。是用于切断钢筋端头的马蹄形或挠曲头。 (5)台式砂轮。用于施工现场修磨。  2、锥螺纹套筒连接钢筋作业 锥螺纹钢筋连接，首先将钢筋用钢筋切断机或砂轮锯下料；然后将被连接的钢筋端部，在专用钢筋套丝机上套丝，加工成锥形状外螺纹，最后用手和力矩扳手旋入锥形状内螺纹套筒。当听到扳手发出“咔嗒”声响时，表明钢筋接头已拧紧，两根钢筋已连接在一起。 (1)钢筋端部锥形螺纹是在专用套丝机上加工而成，长度约为16d；套丝牙形质量必须与牙形规吻合；钢筋锥螺纹小端直径必须在卡规的允许误差范围。 (2)连接套筒内的锥形螺纹是在锥形螺纹旋切机上加工而成，套筒材料采用30号～40号优质碳素钢，长度约为3.5～4.2d，直径约为1.3～1.5d。连接套规格必须与钢筋规格协调一致。 (3)连接好的钢筋接头丝扣，不准一个完整丝扣外露；如果发现有这样的钢筋接头，必须查明原因重新拧紧到规定的力矩值，并且无一个完整丝扣外露。 (4)连接钢筋时，应先回收钢筋连接端的塑料密封盖和塑料保护帽，检查丝扣牙形是否完好无损、清洁，钢筋规格与连接套筒规格是否一致，确认无误后才能开始拧紧。