本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其涉及一種核電站預(yù)埋件埋弧螺柱焊焊接方法，屬于核電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

核電站預(yù)埋件作為預(yù)埋在混凝土中的構(gòu)件，為核島廠房中大量管道、設(shè)備、支架等提供重要的連接支撐，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與土建基礎(chǔ)牢固連接的功能。預(yù)埋件主要是由鋼板和焊接在其上的錨固件組成，預(yù)埋件主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別為帶錨固釘?shù)念A(yù)埋件和帶錨固鋼筋的預(yù)埋件。預(yù)埋件焊接傳統(tǒng)焊接方法主要為手工電焊條焊接和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，但這些焊接方法存在以下幾點不足：1)焊接效率較低；2)焊接一次合格率較低；3)焊縫表面質(zhì)量不佳，焊道間過渡不平滑；4)在一塊鋼板上焊接多根鋼筋時，由于熱輸入較大導(dǎo)致鋼板易變形，需要校正。埋弧螺柱焊作為一種新型的預(yù)埋件焊接方法，在核電站預(yù)埋件焊接中尚無應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)JBJ 18-2012《鋼筋焊接驗收規(guī)程》中推薦了預(yù)埋件埋弧螺柱焊焊接工藝，但是該焊接工藝僅適用于普通工業(yè)和民用建筑中的預(yù)埋件焊接，焊接時容易產(chǎn)生焊縫內(nèi)部夾渣和磁偏吹等問題，而核電站預(yù)埋件焊接質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，以保證與預(yù)埋件連接的物件安全可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種核電站預(yù)埋件埋弧螺柱焊焊接方法，提高核電站預(yù)埋件的焊接效率和焊接合格率。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決技術(shù)問題：一種核電站預(yù)埋件埋弧螺柱焊焊接方法，包括以下步驟：

步驟一、將預(yù)埋件鋼板表面待焊位置打磨除銹，打磨區(qū)域為直徑≥80mm的圓形區(qū)域，將預(yù)埋件鋼筋兩端進(jìn)行打磨除銹，打磨長度均≥20mm；

步驟二、用焊槍夾持固定鋼筋，利用鋼筋高度調(diào)節(jié)裝置調(diào)整鋼筋的伸出長度和提升高度；

步驟三、將步驟二的鋼筋插入焊劑盒中并垂直頂壓在預(yù)埋件鋼板上；

步驟四、注入已烘干的焊劑；

步驟五、調(diào)節(jié)焊機(jī)的焊接參數(shù)，焊接時間：4～12s，電流極性為直流反接，電流大小為800～1700A；

步驟六、采用焊機(jī)進(jìn)行焊接；

步驟七、焊接完成后敲渣。

上述方法的所述步驟一的預(yù)埋件鋼板為普通碳鋼或低合金鋼，所述預(yù)埋件鋼筋直徑為16～32mm。

所述步驟二中調(diào)節(jié)鋼筋伸出長度7～13mm，鋼筋提升高度6～12mm。鋼筋高度調(diào)節(jié)裝置包括外置的調(diào)節(jié)盒和裝配于焊槍上的調(diào)節(jié)滑塊，所述調(diào)節(jié)盒的高度大于焊劑盒的高度，該高度差值與焊接工藝參數(shù)中要求的鋼筋伸出長度值相等；所述調(diào)節(jié)滑塊由一對相互滑動的滑塊和用于限定滑塊位置的旋轉(zhuǎn)手柄組成。所述滑塊的兩端設(shè)有限位螺栓。使用時，在焊槍上裝好上述高度調(diào)節(jié)滑塊，然后焊槍夾持鋼筋然后伸入到上述調(diào)節(jié)盒內(nèi)，擰松高度調(diào)節(jié)滑塊上的鎖緊手柄，通過上滑塊和下滑快的相對滑動而帶動其下方的鋼筋上下移動，使鋼筋底部端頭觸碰到調(diào)節(jié)盒的盒底，再將工具上的鎖緊手柄擰緊，提起焊槍，鋼筋的伸出長度和提升高度均即調(diào)節(jié)完畢。

所述步驟三的焊劑盒為開合式，由兩塊對稱的半圓柱筒體組成，兩塊半圓柱筒體的一側(cè)直線邊通過合頁連接，另一側(cè)通過鎖扣連接并完成開合動作，焊接完畢后可快速打開鎖扣即可取出焊劑盒。合上時，焊劑盒上具有鋼筋插入口，所述鋼筋插入口的直徑比待焊鋼筋的直徑大1～2mm，避免鋼筋插入口直徑過大導(dǎo)致焊接過程中鋼筋下降時發(fā)生偏移。

所述步驟四的焊劑成分按重量百分比計包括SiO₂+TiO₂ 25～35％，MnO+Al₂O₃ 25～35％，CaO+MgO 20～30％，CaF₂+FeO 5～15％，S≤0.03％，P≤0.04％，且通過式(1)計算得到焊劑堿度B，

$B=\frac{CaO+MgO+BaO+{\mathrm{Na}}_{2}O+K_{2}O+{\mathrm{CaF}}_2+0.5(MnO+FeO)}{{\mathrm{SiO}}_2+0.5({\mathrm{Al}}_2{O}_3+{\mathrm{TiO}}_2+{\mathrm{ZrO}}_2)}---\left(1\right)$

式中各化合物均表示質(zhì)量百分比，所述堿度B為0.9～1.4。

采用上述方法焊接后鋼筋四周焊縫的高度≥5mm；鋼筋相對于鋼板的直角偏差≤2°；焊接接頭抗拉強(qiáng)度≥125％×鋼筋的屈服強(qiáng)度，且拉伸試樣斷裂位置處于母材；將鋼筋進(jìn)行90°彎曲后，焊縫和熱影響區(qū)均無裂紋產(chǎn)生。

上述焊接參數(shù)中，焊接時間為4～12s，根據(jù)鋼筋直徑大小進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，鋼筋直徑越大，焊接時間越長。當(dāng)焊接時間低于該范圍值時，由于焊接時間短，焊接能量不足，造成熔池小，冷卻快，被擠出的金屬溶液與鋼筋溫度較低的部分不能有機(jī)地結(jié)合，從而易造成鋼筋與焊縫之間存在間隙，且間隙中伴隨著夾渣；當(dāng)焊接時間高于該范圍值時，易造成鋼筋咬邊，咬邊深度大于0.5mm。

鋼筋伸出長度為7～13mm，鋼筋的伸出長度與焊接后焊縫的高度基本成正比，為了使焊縫的高度滿足JBJ 18-2012《鋼筋焊接驗收規(guī)程》中要求的焊縫高度，即當(dāng)鋼筋直徑為18mm及以下時，不得小于3mm；當(dāng)鋼筋直徑為20mm及以上時，不得小于4mm，因此鋼筋的伸出長度定為不小于7mm，而當(dāng)鋼筋伸出長度大于13mm時，焊縫高度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求但浪費鋼筋，因此鋼筋伸出長度不大于13mm。

鋼筋提升高度為6～12mm，當(dāng)鋼筋提升高度小于該范圍值時，由于鋼筋壓入深度過小(鋼筋焊接時下降深度與前期調(diào)整的鋼筋提升高度相等)，鋼筋下降過程過早斷電，熔池金屬溫度低，不能將熔渣完全排出，從而造成焊縫表面有一圈夾渣；當(dāng)鋼筋提升高度高于該范圍值時，焊接過程中鋼筋下降時將熔渣壓入熔池深處，由于焊接時間短，熔渣來不及逸出，易造成焊縫內(nèi)部夾渣。

焊接電流大小為800～1700A，根據(jù)鋼筋直徑大小進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，鋼筋直徑越大，焊接電流越大。當(dāng)焊接電流低于800A時，鋼筋與焊縫連接處易產(chǎn)生間隙，間隙中有夾渣，無法敲掉；當(dāng)焊接電流高于1700A時，鋼筋易出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象，咬邊深度≥0.3mm。

焊劑成分中，SiO₂+TiO₂的質(zhì)量百分比為25～35％。SiO₂是造渣劑，也是維持電弧穩(wěn)定性的主要成分，含量過低時電弧不穩(wěn)定，含量過高會導(dǎo)致熔渣粘度過大，流動性不好，熔渣浮出熔池表面比較困難，從而易造成焊縫夾渣；TiO₂可以改善脫渣性，但TiO₂價格較貴，含量不宜太高；

MnO+Al₂O₃的質(zhì)量百分比為25～35％。MnO可以降低熔渣的熔點，改善熔渣的流動性，降低表面張力，有利于焊縫成形，同時還能調(diào)整焊縫金屬中的Mn含量，并起到一定的脫S作用，當(dāng)MnO含量偏低時，上述效果不明顯，但含量過高時有粘渣的傾向；Al₂O₃作為造渣劑，能改善熔渣的流動性，且具有提高電弧集中性的作用，能降低電弧產(chǎn)生磁偏吹的傾向性，當(dāng)其含量過低時熔渣的粘度過低，難以保證較好的焊縫外觀，含量過高時熔渣的粘度增加，易造成焊縫夾渣；

CaO+MgO的質(zhì)量百分比為20～30％。CaO能提高熔渣的堿度，且對S、P的結(jié)合能力較強(qiáng)，可以降低焊縫金屬中的S、P的含量。MgO能提高熔渣的堿度，增加熔渣的透氣性和降低擴(kuò)散氫含量，但含量過高時，熔渣的熔點過高，易在焊縫金屬中形成夾渣；

CaF₂+FeO的質(zhì)量百分比為5～15％。CaF₂可以增加熔渣的流動性，減小氣孔、夾渣等缺陷，改善焊縫成型，其含量過低時，不能起到上述效果，其含量過高時會導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定；FeO是原材料帶入的成分，降低焊縫金屬的沖擊韌性，一般控制在其含量在較低范圍；

S和P的質(zhì)量百分比分別為：S≤0.03％，P≤0.04％。S和P是原材料中帶入的有害雜質(zhì)，需要控制其含量，S與P相比更易導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔和夾渣，因此對S的限制應(yīng)更嚴(yán)格；

滿足上述成分要求的焊劑堿度B為0.9～1.4，當(dāng)焊劑堿度低于0.9時，焊縫夾渣傾向性增大，當(dāng)焊劑堿度高于1.4時，焊縫易產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明焊接方法提高了核電站預(yù)埋件焊接效率，傳統(tǒng)方法使用手工電弧焊和氣體保護(hù)焊平均每焊一根鋼筋的時間分別約15分鐘和10分鐘，而采用本發(fā)明的埋弧螺柱焊焊接方法平均每焊一根鋼筋的時間約為3分鐘，焊接效率約相當(dāng)于手工電弧焊的5倍。

2.本發(fā)明焊接方法解決了埋弧螺柱焊中常見的焊縫夾渣和磁偏吹問題，焊接一次合格率達(dá)98％以上。

3.使用本發(fā)明焊接方法得到的焊縫外表光滑美觀，力學(xué)性能優(yōu)異。

4.在同一塊鋼板上焊接多根鋼筋后，鋼板基本無變形，無需進(jìn)行校正。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所使用的高度調(diào)節(jié)滑塊裝配在焊槍上的示意圖。

圖2為本發(fā)明所使用的鋼筋高度調(diào)節(jié)滑塊結(jié)構(gòu)詳細(xì)示意圖。

圖3為本發(fā)明所使用的開合式焊劑盒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1至圖3中的附圖標(biāo)記為：埋弧螺柱焊焊槍槍體 1、鋼筋高度調(diào)節(jié)滑塊 2、上滑塊 21、下滑塊 22、旋轉(zhuǎn)手柄 23、開合式焊劑盒 3、鋼筋插入口 4、快速鎖扣 5、合頁 6。

具體實施方式

實施例一

本發(fā)明的一種核電站預(yù)埋件鋼筋埋弧螺柱焊焊接方法，所焊預(yù)埋件的鋼板為20mm厚Q390B，所焊預(yù)埋件的鋼筋為Φ20mm的HRB400E，鋼筋長度700mm。所采用焊劑的堿度為1.0，該焊劑的化學(xué)組分及重量百分比為：SiO₂+TiO₂：31.3％，MnO+Al₂O₃：31.5％，CaO+MgO：26.5％，CaF₂+FeO：10.0％，S：0.030％，P：0.032％。

如圖1至圖3所示，實施例使用鋼筋高度調(diào)節(jié)裝置調(diào)整鋼筋的伸出長度和提升高度，本實施調(diào)節(jié)鋼筋的伸出長度和提升高度分別為10mm和9mm。鋼筋高度調(diào)節(jié)裝置包括埋弧螺柱焊焊槍和外置的調(diào)節(jié)盒，所述埋弧螺柱焊焊槍包括槍體1和連接在槍體上的鋼筋高度調(diào)節(jié)滑塊2，所述鋼筋高度調(diào)節(jié)滑塊2由上滑塊21和下滑塊22以及一個可旋轉(zhuǎn)手柄23組成，上滑塊21和下滑塊22可以做相對滑動；所述調(diào)節(jié)盒與焊劑盒形狀相似但高度比焊劑盒3高，該高度差值與焊接工藝參數(shù)中要求的鋼筋伸出長度值相等，本實施例中調(diào)節(jié)盒的高度為110mm，焊劑盒3的高度為100mm。

本實施例中焊劑盒3上的鋼筋插入口4的直徑為23mm，焊劑盒由兩塊對稱的半圓柱筒體組成，兩塊半圓柱筒體的一側(cè)直線邊通過合頁6連接，另一側(cè)通過快速鎖扣5連接，焊劑盒3通過快速鎖扣5打開和合上而進(jìn)行開合。

本實施例按照以下步驟進(jìn)行焊接：

1)焊接前，焊劑在350℃下烘干2小時，鋼板表面進(jìn)行打磨除銹，鋼筋兩端打磨除銹，鋼板表面待焊位置打磨區(qū)域為直徑≥80mm的圓形區(qū)域，鋼筋兩端各打磨除銹，打磨長度均不小于20mm；

2)調(diào)節(jié)鋼筋的伸出長度和提升高度。打開焊槍槍體1的后蓋，旋動內(nèi)部的限位桿以調(diào)節(jié)焊槍上的彈簧松緊度，將彈簧的總壓縮量調(diào)整為19mm。用焊槍夾持鋼筋，將鋼筋插入到調(diào)節(jié)盒中，再擰松高度調(diào)節(jié)滑塊2的旋轉(zhuǎn)手柄23，通過調(diào)整上滑塊21和下滑塊22的相對位置使鋼筋底部觸碰到調(diào)節(jié)盒的盒底完成鋼筋的伸出長度調(diào)節(jié)，再將高度調(diào)節(jié)滑塊2的旋轉(zhuǎn)手柄23擰緊，提起焊槍，此時鋼筋相對于焊劑盒3的伸出長度即為10mm。由于焊槍上的彈簧總壓縮量等于鋼筋伸出長度和提升高度之和，因此鋼筋的提升高度值等于彈簧的總壓縮量減去鋼筋的伸出長度值即19mm-10mm＝9mm。前述調(diào)整好彈簧的總壓縮量后，再調(diào)節(jié)鋼筋的伸出長度，鋼筋的提升高度即已確定；

3)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)：焊接時間為5s，電流極性為直流反接，電流大小為920～1050A；

4)按動焊接開關(guān)按鈕，焊機(jī)自動完成焊接程序；

5)焊接完成后進(jìn)行敲渣。

本實施例中，平均焊一根鋼筋的時間為3分鐘，焊接后鋼筋四周焊縫的平均高度為6mm，鋼筋相對于鋼板的直角偏差≤2°；焊接接頭金相檢驗合格，無氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；焊接接頭試樣的抗拉強(qiáng)度均值為620MPa，斷裂位置均位于鋼筋母材，該抗拉強(qiáng)度值大于鋼筋HRB400E的屈服強(qiáng)度的125％(即400MPa×125％＝500MPa)，符合標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.4/D1.4M:2011《Structural Welding Code—Reinforcing Steel》中關(guān)于螺柱焊抗拉強(qiáng)度的要求；按照標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.1/D1.1M:2010《Structural Welding Code—Steel》對焊接接頭進(jìn)行彎曲試驗檢測，將鋼筋進(jìn)行90°彎曲后，焊縫和熱影響區(qū)均無裂紋產(chǎn)生，檢測結(jié)果均合格。本實施例焊接一次合格率達(dá)98.75％。實施例二

本實施例的一種核電站預(yù)埋件鋼筋埋弧螺柱焊焊接方法，所焊預(yù)埋件的鋼板為20mm厚Q390B，所焊預(yù)埋件的鋼筋為Φ22mm的HRB400E，鋼筋長度700mm。所用焊劑與實施例一相同。

本實施例的結(jié)構(gòu)與實施例一相同，不同之處在于調(diào)節(jié)鋼筋的伸出長度和提升高度分別為11mm和10mm。實施例中焊劑盒3的高度為100mm，焊劑盒3上的鋼筋插入口4的直徑為24mm，調(diào)節(jié)盒的高度為111mm。

本實施例的焊接步驟與實施例一相同，本實施例中調(diào)節(jié)彈簧的總壓縮量為21mm，焊接參數(shù)為：焊接時間為5.5s，電流極性為直流反接，電流大小為950～1080A。

實施例中，平均焊一根鋼筋的時間為2.9分鐘，焊接后鋼筋四周焊包的平均高度為6.5mm，鋼筋相對于鋼板的直角偏差≤2°；焊接接頭金相檢驗合格，無氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；焊接接頭試樣的抗拉強(qiáng)度均值為630MPa，斷裂位置均位于鋼筋母材，該抗拉強(qiáng)度值大于鋼筋HRB400E的屈服強(qiáng)度的125％(即400MPa×125％＝500MPa)，符合標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.4/D1.4M:2011《Structural Welding Code—Reinforcing Steel》中關(guān)于螺柱焊抗拉強(qiáng)度的要求；按照標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.1/D1.1M:2010《Structural Welding Code—Steel》對焊接接頭進(jìn)行彎曲試驗檢測，將鋼筋進(jìn)行90°彎曲后，焊縫和熱影響區(qū)均無裂紋產(chǎn)生，檢測結(jié)果均合格。本實施例焊接一次合格率達(dá)99％。

除上述實施外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。