3.1.4 钢筋连接

钢筋连接是在钢筋与钢筋接头处使用的，用以延长钢筋的一个部件，一般分成三种：绑扎、焊接、机械连接。

1．钢筋绑扎

钢筋绑扎是目前常用的一种钢筋连接形式，其工艺简单，效率高，不需要连接设备。受拉钢筋和受压钢筋接头的搭接长度及接头位置应符合施工质量及验收规范的规定，钢筋的搭接长度一般是指钢筋绑扎连接的搭接长度。

同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。绑扎搭接接头中钢筋的横向净距不应小于钢筋直径，且不应小于25mm。钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值（如图3-4所示）。

2．钢筋焊接

钢筋焊接是钢筋连接的主要方法，焊接可改善钢筋结构的受力性能，节约钢材和提高工效。钢筋焊接包括电阻点焊、闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊、预埋件埋弧压力焊，其适用范围如表3-1所示。

（1）电阻点焊

电阻点焊是将两钢筋安放成交叉叠接形式，压紧于两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，加压形成焊点的一种压焊方法。混凝土结构中的钢筋焊接骨架和钢筋焊接网宜采用电阻点焊制作。它的生产率高，节约材料，应用广泛。点焊通常采用搭接接头和折边接头，可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组成，如图3-5所示。

电阻点焊的工艺流程大致分为四个阶段：预压阶段、通电加热阶段、维持阶段、休止阶段。

（2）闪光对焊

闪光对焊是将两根钢筋安放成对接形式，利用焊接电流通过两根钢筋接触点产生的电阻热，使接触点金属熔化，产生强烈飞溅，形成闪光，伴有刺激性气味，释放微量分子，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。闪光对焊适用范围广，原则上能铸造的金属材料都可以用闪光对焊焊接。闪光对焊广泛应用于焊接各种板件、管件、型材、实心件、刀具等，是一种经济、高效率的焊接方法。钢筋闪光对焊的焊接工艺可分为连续闪光焊、预热闪光焊和闪光预热闪光焊等，根据钢筋品种、直径、焊机功率、施焊部位等因素选用。

1）闪光对焊的基本程序

一般的闪光对焊的基本程序可以分成预热、闪光（亦称烧化）、顶锻等阶段，连续闪光对焊时无预热阶段。

①预热阶段

只有预热闪光对焊才有预热阶段。预热可以提高焊件的端面温度，以便在较高的起始速度或较低的设备功率下顺利地开始闪光，并减少闪光留量，节约材料。同时也可以使纵深温度分布较缓慢，加热区增宽，焊件冷却速度减慢，以便减少顶锻时产生的塑性变形并使液态金属及其面上的氧化物较易排除，同时亦可减弱焊件的淬硬倾向。预热闪光对焊是在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热焊件，利用短接时的快速加热和间隙时的匀热过程使焊件端面较均匀地加热到预定温度，然后进入闪光和顶锻阶段。

②闪光阶段

闪光阶段是闪光对焊加热过程的核心。闪光阶段的发热和传热不但使焊件端面温度均匀上升，还使焊件沿纵深加热到合适且稳定的温度分布状态。

③顶锻阶段

顶锻是实现焊接的最后阶段，顶锻封闭焊件端面的间隙，排除液态金属层及其表面的氧化物杂质。顶锻时对焊接区的金属施加一定的压力，使其获得必要的塑性变形，从而使焊件界面消失，形成共同晶粒。顶锻是一个快速的锻击过程。它的前期是封闭焊件端面的间隙，防止再氧化。这段时间愈快愈好，一般受焊机机械部分运动加速度的限制。常在顶锻的初期继续进行通电，称为有电顶锻，用以补充热量。顶锻留量包括间隙、爆破留下的凹坑、液态金属层尺寸及变形量。加大顶锻留量有利于彻底排除液态金属和夹杂物，保证足够的变形量。

2）闪光对焊的焊接工艺

焊接工艺方法选择：当钢筋直径较小，钢筋级别较低，可采用连续闪光焊。采用连续闪光焊所能焊接的最大钢筋直径应符合表3-2的规定。当钢筋直径较大，端面较平整时，宜采用预热闪光焊；当端面不够平整时，则应采用闪光-预热闪光焊。

①连续闪光焊的工艺过程：

先闭合一次电路，使两钢筋端面轻微接触，此时端面的间隙中即射出火花般熔化的金属微粒——闪光，接着徐徐移动钢筋使两端面仍保持轻微接触，形成连续闪光，当闪光到预定长度，使钢筋头加热到接近熔点时，就以一定的压力迅速进行顶锻（先带电进行顶锻，再无电顶锻，到一定长度时停止）。焊接接头即告完成。

②预热闪光焊的工艺过程：

预热、闪光和顶锻过程中，施焊时先闭合电源，然后使两钢筋端面交替地接触和分开，这时钢筋端面的间隙中即发出连续的闪光，而形成预热过程。当钢筋达到预热温度后进入闪光阶段，随后顶锻而成。焊接接头即告完成。

③闪光-预热闪光焊的工艺过程：

在一次闪光、预热、二次闪光及顶锻过程中，施焊时首先连续闪光，使钢筋端部闪平，然后同预热闪光焊。钢筋直径较粗时，宜采用预热闪光焊和闪光-预热闪光焊。

（3）电弧焊

电弧焊是以焊条作为一级，钢筋作为另一极，利用焊接电流通过上传产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法，简称弧焊。其基本原理是利用电弧是在大电流（10～200A）以及低电压（10～50V）条件下通过一电离气体时放电所产生的热量，来熔化焊条与工件使其在冷凝后形成焊缝。电弧焊按其自动化程度可分为手工电弧焊、半自动电弧焊、自动电弧焊；按其工艺可大致分为钨极气体保护电弧焊、熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊、等离子体电弧焊。

1）钢筋电弧焊的工艺流程

检查设备→选择焊接参数→试焊、做模拟试件→送试→确定焊接参数→施焊→质量检验。

2）钢筋电弧焊的施焊操作

①引弧：带有垫板或帮条的接头，引弧应在钢板或帮条上进行；无钢筋垫板或无帮条的接头，引弧应在形成焊缝的部位进行，防止烧伤主筋。

②定位：焊接时应先焊定位点再施焊。

③运条：运条时的直线前进、横向摆动和送进焊条三个动作要协调平稳。

④收弧：收弧时应将熔池填满，拉灭电弧时应将熔池填满，注意不要在工作表面造成电弧擦伤。

⑤多层焊：当钢筋直径较大，需要进行多层施焊时，应分层间断施焊，每焊一层后，应清渣再焊接下一层。应保证焊缝的高度和长度。

⑥熔合：焊接过程中应有足够的熔深。主焊缝与定位焊缝应结合良好，避免气孔、夹渣和烧伤缺陷，并防止产生裂缝。

⑦平焊：平焊时要注意熔渣和铁水混合不清的现象，防止熔渣流到铁水前面。熔池也应控制成椭圆形，一般采用右焊法，焊条与工作表面成70°。

⑧立焊：立焊时，铁水与熔渣易分离。要防止熔池温度过高，铁水下坠形成焊瘤，操作时焊条与垂直面形成60°～80°角。使电弧略向上，吹向熔池中心。焊第一道时，应压住电弧向上运条，同时做较小的横向摆动，其余各层用半圆形横向摆动加挑弧法向上焊接。

⑨横焊；焊条倾斜70°～80°，防止铁水受自重作用坠到厂坡口上。运条到上坡口处不做运弧停顿，迅速带到下坡口根部做微小横拉稳弧动作，依次均速进行焊接。

⑩仰焊：仰焊时宜用小电流短弧焊接，熔池宜薄，且应确保与母材熔合良好。第一层焊缝用短电弧做前后推拉动作，焊条与焊接方向成8°～90°角。其余各层焊条横摆，并在坡口侧略停顿稳弧，保证两侧熔合。

3）钢筋电弧焊的接头形式

钢筋电弧焊包括帮条焊、搭接焊、坡口焊、熔槽帮条焊、窄间隙焊、预埋件T形接头、钢筋与钢板搭接焊等接头形式。

①帮条焊

帮条焊是将两根待焊的钢筋对正，使两端头离开2～5mm，然后用短帮条，帮在外侧，在与钢筋接触部分，焊接一面或两面，称为帮条焊。它分为单面焊缝和双面焊缝，如图3-6所示。若采用双面焊，接头中应力传递对称、平衡，受力性能好；若采用单面焊，则受力情况差。因此，应尽量可能采用双面焊，而只有在受施工条件限制不能进行双面焊时，才采用单面焊。

帮条焊适用于直径为10～40mm的HPB235级、HRB400级钢筋和直径为10～25mm的余热处理HRB400级钢筋。本工艺不需特殊设备，操作工艺简单，技术易于掌握，可用于各种形状钢筋和工作场所焊接，质量可靠，施工费用较低。帮条焊宜采用与主筋同级别、同直径的钢筋制作。

a.H PB235级钢筋单面焊L ≥8d（d为被焊钢筋直径），双面焊L ≥4d；HRB335级、HRB400级钢筋单面焊L≥10d，双面焊L≥5d。帮条长度L应符合表3-3的规定。当帮条钢筋级别与主筋相同时，帮条直径可与主筋相同或小一个规格；当帮条直径与主筋相同时，帮条钢筋级别可与主筋相同或低一个级别。

b．帮条的总截面面积：当被焊接的钢筋为HPB235级时，应不小于被焊接钢筋截面面积的1.2倍；当被焊接的钢筋为HRB335级、HRB400级时，应不小于被焊接钢筋截面面积的1.5倍。

c．帮条焊接头的焊缝厚度s应不小于0.3d；焊缝宽度b不小于0.7d，如图3-7所示。帮条焊时，两主筋端面的间隙应为2～5mm。

d．焊接时，引弧应在垫板或帮条上，不得烧伤主筋；焊接地线与钢筋应紧密接触；焊接过程中应及时清查，焊缝表面应光滑，焊缝余高平缓过渡，引吭应填满。

②搭接焊

搭接焊是把钢筋端部弯曲一定角度叠合起来，在钢筋接触面上焊接形成焊缝，又称搭接接头，它分为双面焊缝和单面焊缝。适用于焊接直径为10～40mm的HPB235级、HPB335级钢筋。搭接焊宜采用双面焊缝［如图3-8（a）所示］，不能进行双面焊缝时，也可采用单面焊缝［如图3-8（b）所示］。

搭接焊的搭接长度L及焊缝高度s、焊缝宽度b同帮条焊。

③坡口焊

坡口焊是指为了使焊接的两块金属钢材连接起来，为了让坡口焊中被焊的接口部位更加完美地融合，在两块金属钢材边缘先打完各种不同几何形状的坡口斜面，再进行端面焊接的加工方法。坡口焊又叫剖口焊，钢筋坡口焊接头可分为坡口立焊接头和坡口平焊接头两种，如图3-9所示。

坡口焊适用于直径为16～40mm的HPB235级、HRB335级、HRB400级钢筋及RRB400级钢筋，主要用于装配式结构节点的焊接。

钢筋坡口平焊采用V形坡口，坡口夹角为55°～65°，两根钢筋的根部空隙为3～5mm，下垫钢板长度为40～60mm，厚度为4～6mm，钢垫板宽度为钢筋直径加10mm。钢筋坡口立焊采用40°～55°坡口。

④钢筋熔槽帮条焊

钢筋熔槽帮条焊适用于直径大于或等于25mm的钢筋现场安装焊接。操作时把两钢筋水平放置，将一角钢作垫模。焊接时应加角钢作垫板模。接头形式（如图3-10所示）、角钢尺寸和焊接工艺应符合下列要求：

a．角钢边长宜为40～60mm；

b．钢筋端头应加工平整；

c．从接缝处垫板引弧后应连续施焊，并使钢筋端部熔合，防止未焊透、气孔或夹渣；

⑤窄间隙焊

窄间隙焊是厚板焊接领域的一项先进技术。与普通坡口的埋弧焊相比，窄间隙焊具有无可比拟的优越性。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时；窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性。窄间隙焊适用于直径16mm及以上钢筋的现场水平连接。焊接时，钢筋端部应置于铜模中，并应留出一定间隙，用焊条连续焊接，熔化钢筋端面和使熔敷金属填充间隙，形成接头（如图3-11所示）。

⑥预埋件T形接头

a．预埋件T形接头电弧焊分为贴角焊和穿孔塞焊两种，如图3-12所示。

b．预埋件应采用HPB235级、HRB335级钢筋焊接，锚固钢筋直径在18mm以下时，可选择贴角焊，其焊脚k, HPB235级钢不小于0.5d；HRB335级钢不小于0.6d。锚固钢筋直径为18～22mm时，应选择穿孔塞焊，预埋件钢板δ不小于0.6d，并不小于6mm，施焊时电流不宜过大，操作要保持焊脚宽度与焊脚高度一致，避免电弧咬伤钢筋。

⑦钢筋与钢板搭接焊

钢筋与钢板搭接焊时，接头形式如图3-13所示。H PB235级钢筋的搭接长度L不小于4d, HRB335级钢筋的搭按长度L 不小于5d，焊缝宽度b不小于0.5d，焊缝厚度h不小于0.35d。

（4）电渣压力焊

电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向或斜向（倾斜度在4∶1的范围内）对接形式，利用焊接电流通过两钢筋间隙，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，加压完成的一种压焊方法。它是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔焊方法。但与电弧焊相比，它工效高、成本低，在我国一些高层建筑施工中已取得很好的效果。电渣焊适用于厚板的焊接，根据使用的电极形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等。

电渣压力焊的焊接过程包括四个阶段：引弧过程、电弧过程、电渣过程和顶压过程。

1）操作工艺流程

检查设备、电源→钢筋端头制备→选择焊接参数→安装焊接夹具和钢筋→安放铁丝环（也可省去）→安放焊剂罐、填装焊剂→试焊、制作试件→确定焊接参数→施焊→回收焊剂→卸下夹具→质量检查。

2）施焊操作要点

①闭合回路、引弧：通过操纵杆或操纵盒上的开关，先后接通焊机的焊接电流回路和电源的输入回路，在钢筋端面之间引燃电弧，开始焊接。

②电弧过程：引燃电弧后，应控制电压值。借助操纵杆使上下钢筋端面之间保持一定的间距，进行电弧过程的延时，使焊剂不断熔化而形成必要深度的渣池。

③电渣过程：随后逐渐下送钢筋，使上钢筋端部插入渣池，电弧熄灭，进入电渣过程的延时，使钢筋全断面加速熔化。

④挤压断电：电渣过程结束，迅速下送上钢筋，使其端面与下钢筋端面相互接触，趁热排除熔渣和熔化金属。同时切断焊接电源。

⑤接头焊丝：应停歇20～30s后（在寒冷地区施焊时，停歇时间应适当延长），才可回收焊剂和卸下焊接夹具。

3）应注意的质量问题

在钢筋电渣压力焊生产中，应重视焊接全过程中的任何一个环节。接头部位应清理干净；钢筋安装应上下同心；夹具紧固，严防晃动；引弧过程力求可靠；电弧过程延时充分；电渣过程短而稳定；挤压过程压力适当。若出现异常现象，应参照表3-4查找原因，及时清除。电渣压力焊可在负温条件下进行，但当环境温度低于－20℃时，则不宜进行施焊。雨天、雪天不宜进行施焊，必须施焊时，应采取有效的遮蔽措施。焊后未冷却的接头应避免碰到冰雪。

（5）气压焊

用氧气、乙炔火焰加热钢筋接头，温度达到塑性状态时施加压力，使钢筋接头压接在一起的工艺就是气压焊。钢筋气压焊适合于现场焊接梁、板、柱的HRB335级、HRB400级直径为12～40mm的钢筋。不同直径的钢筋也可焊接，但直径差不大于7mm。钢筋弯曲的地方不能焊。

钢筋气压焊的工艺过程包括顶压、加热与压接过程。气压焊时，应根据钢筋直径和焊接设备等具体参数和条件用等压法、二次加压法或三次加压法来焊接。

下面以25钢筋为例介绍气压焊施焊要点。

①两钢筋安装后，预压顶紧。预压力宜为10MPa，钢筋之间局部缝隙不得大于3mm。

②钢筋加热初期应采用碳化焰（还原焰），对准两钢筋接缝处集中加热，并使其淡白色羽状内焰包住缝隙或伸入缝隙内，并始终不离开接缝，以防止压焊而产生氧化。待接缝处钢筋红黄，随即对钢筋加第二次压，直至焊口缝隙完全闭合。应注意：碳化焰若呈黄色，说明乙炔过多，必须适当减少乙炔量。不得使用碳化焰外焰加热，严禁用气化过剩的氧化加热。

③在确认两钢筋的缝隙完全黏合后，应改用中性焰，在压焊面中1～2倍钢筋直径的长度范围内，均匀摆动往返加热。

④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，断而聚成泡沫并开始随加热的摆动方向移动时，则可边加热边第三次加压，先慢后快，达到30MPa～40MPa，使用接缝处隆起的直径为1.4～1.6倍母材直径、变形长度为母材直径1.2～1.5倍的鼓包。

⑤压接后，当钢筋火红消失，即温度为600～650℃时，才能解除压接器上的卡具。

⑥在加热过程中，如果火焰突然中断发生在钢筋接缝已完全闭合以后，即可继续加热加压，直至完成全部压接过程；如果火焰突然中断发生在钢筋接缝完全闭合以前，则应切掉接头部分，重新压接。

3．钢筋机械连接

钢筋机械连接是一项新型钢筋连接工艺，被称为继绑扎、电焊之后的“第三代钢筋接头”。钢筋机械连接是指通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。它具有接头强度高于钢筋母材、速度比电焊快5倍、无污染、节省钢材20%等优点。钢筋机械连接接头试件实测抗拉强度应不小于被连接钢筋抗拉强度标准值，且具有高延性及反复拉压性能。

（1）机械连接接头的类型

常用的钢筋机械连接接头类型如下：

1）套筒冷挤压连接接头：通过挤压力使连接件钢套筒塑性变形与带肋钢筋紧密咬合形成的接头，有两种形式，即径向挤压连接和轴向挤压连接。轴向挤压连接现场施工不方便及接头质量不够稳定，没有得到推广；而径向挤压连接接头得到了大面积推广使用。现在工程中使用的套筒挤压连接接头都是径向挤压连接。由于其优良的质量，套筒挤压连接接头在我国从20世纪90年代初至今被广泛应用于建筑工程中。

2）锥螺纹连接接头：通过钢筋端头特制的锥形螺纹和连接件锥形螺纹咬合形成的接头。锥螺纹连接技术的诞生克服了套筒挤压连接技术存在的不足。锥螺纹丝头完全是提前预制，现场连接占用工期短，只需用力矩扳手操作，不需搬动设备和拉扯电线，深受各施工单位的好评。但是锥螺纹连接接头质量不够稳定。加工螺纹的小径削弱了母材的横截面积，从而降低了接头强度，一般只能达到母材实际抗拉强度的85%～95%。我国的锥螺纹连接技术和国外相比还存在一定差距，最突出的一个问题就是螺距单一，直径16～40mm钢筋均采用2.5mm螺距，而2.5mm螺距最适合于直径22mm钢筋的连接，太粗或太细钢筋连接的强度都不理想，尤其是直径为36mm,40mm钢筋的锥螺纹连接，很难达到母材实际抗拉强度的90%。许多生产单位自称达到钢筋母材标准强度，是利用了钢筋母材超强的性能，即钢筋实际抗拉强度大于钢筋抗拉强度的标准值。锥螺纹连接技术具有施工速度快、接头成本低的特点，自20世纪90年代初推广以来也得到了较大范围的推广使用，但由于存在的缺陷较大，逐渐被直螺纹连接接头所代替。

3）直螺纹连接接头：等强度直螺纹连接接头是20世纪90年代钢筋连接的国际最新潮流，接头质量稳定可靠，连接强度高，可与套筒挤压连接接头相媲美，又具有锥螺纹接头施工方便、速度快的特点，因此直螺纹连接技术的出现给钢筋连接技术带来了质的飞跃。目前我国直螺纹连接技术呈现出百花齐放的景象，出现了多种直螺纹连接形式。

①直螺纹连接接头的优点

直螺纹连接接头是粗钢筋接头的一种新的连接技术，具有以下优点：

a．接头强度高，接头强度大于钢筋母材强度；

b．性能稳定，接头性能不受扭紧力矩影响，少拧2～3扣，均不会对接头强度造成明显损害；

c．连接速度快，直螺纹连接套筒比锥螺纹短40%左右，且丝扣螺距大，不必使用扭力扳手，方便施工；

d．应用范围广，在使用弯折钢筋、固定钢筋、钢筋笼等不能转动钢筋的场合，可不受限制地方便使用；

e．经济效益好，直螺纹接头比套筒挤压接头省钢70%左右，比锥螺纹接头省钢35%左右；

f．便于管理，省去了用扭力扳手检测这道工序，对劳工素质及检测工具的依赖性明显减小。

②直螺纹连接接头的分类

直螺纹连接接头主要有镦粗直螺纹连接接头和滚压直螺纹连接接头。这两种工艺采用不同的加工方式，增强钢筋端头螺纹的承载能力，达到接头与钢筋母材等强的目的。

a．镦粗直螺纹连接接头：通过钢筋端头镦粗后制作的直螺纹和连接件螺纹咬合形成的接头。其工艺是：先将钢筋端头通过镦粗设备镦粗，再加工出螺纹，其螺纹小径不小于钢筋母材直径，使接头与母材达到等强。国外镦粗直螺纹连接接头的钢筋端头既有热镦粗又有冷镦粗。热镦粗主要是消除镦粗过程中产生的内应力，但加热设备投入费用高。我国的镦粗直螺纹连接接头的钢筋端头主要是冷镦粗，对钢筋的延性要求高，对延性较低的钢筋，镦粗质量较难控制，易产生脆断现象。

镦粗直螺纹连接接头的优点是强度高，现场施工速度快，工人劳动强度低，钢筋直螺纹丝头全部提前预制，现场连接为装配作业。其不足之处在于镦粗过程中易出现镦偏现象，一旦镦偏必须切掉重镦；镦粗过程中产生内应力，钢筋镦粗部分延性降低，易产生脆断现象，螺纹加工需要两道工序、两套设备完成。

b．滚压直螺纹连接接头：通过钢筋端头直接滚压或挤（碾）压肋滚压或剥肋后滚压制作的直螺纹和连接件螺纹咬合形成的接头。其基本原理是利用了金属材料塑性变形后冷作硬化能增强金属材料强度的特性，而仅在金属表层发生塑性变形、冷作硬化，金属内部仍保持原金属的性能，因而使钢筋接头与母材达到等强。

目前，国内常见的滚压直螺纹连接接头有三种类型：直接滚压螺纹、挤（碾）压肋滚压螺纹、剥肋滚压螺纹。这三种形式连接接头获得的螺纹精度及尺寸不同，接头质量也存在一定差异。

（2）机械连接接头的对比分析

以下是常见的钢筋机械连接接头的对比分析，如表3-5所示。

综上所述，可以看出，钢筋剥肋滚压直螺纹连接接头的综合优势比较强，不仅接头连接强度高，质量稳定可靠，施工速度快，接头综合成本低，而且丝头制作简单，工人施工方便。