CO2气体保护焊在PHC管桩施工中的应用

CO2气体保护焊在PHC管桩施工中的应用

【摘要】：本文结合南京西善花苑住宅小区基础工程预应力高强混凝土管桩(简称PHC管桩)PHC-400（AB）管桩施工实例，介绍了CO2气体保护焊在管桩施工中的应用的若干问题。

【关键词】：CO2气体保护焊，PHC管桩，接桩施工。

Abstract: This paper take Nanjing Xishan Garden residential community foundation engineering priestesses high strength concrete pipe (referred to PHC pile) of PHC-400 (AB) Pipe Piles instance for example, introduce the issues of CO2 gas shielded welding pipe pile number.Key words: CO2 gas shielded arc welding PHC pile, then pile construction

中图分类号TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

预应力高强混凝土管桩(简称PHC管桩)，是在近代高性能混凝土和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件，它是建设部科技成果重点推广项目。PHC管桩是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺，经过蒸压养护而制成的一种空心圆筒体的等截面构件，运往施工现场后，通过锤击或静压的施工方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。

西善花苑D地块住宅工程位于雨花区岱山路，本工程为4幢12层和1栋18层的住宅楼，桩基采用PHC-400（AB）管桩，共计约777根，桩长30米左右，由三节8米至10米的管桩组合而成，这样每根管桩均有二个电焊接头。根据国家规范规定，焊好的桩接头应自然冷却后才可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8min；严禁用水冷却或焊好即打。

采用预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)锤击沉桩施工是一种相对比较成熟的工艺，它是利用打桩设备的冲击动能将桩打入土层中的一种方法。主要施工工艺为:吊桩-沉桩-接桩-送桩-(截桩)。目前普遍使用柴油锤进行沉桩施工，其作业过程比较简单、工效高、沉桩速度快。若采用传统的手工电弧焊进行管桩的焊接接桩作业，此时，管桩的接桩工序中的焊缝冷却时间（规范规定：自然冷却时间不宜少于8分钟）对整根桩的施工速度带来很大的影响，加上接桩时的对中调整、焊接前的准备工作、焊接的作业时间等，使得接桩工序的控制成为影响管桩沉桩质量与效率的关键。本工程主要采用的是 CO2气体保护焊接,大大节约了焊接接桩的时间,提高了焊接质量。

一、CO2气体保护焊概述

二氧化碳(CO2)气体保护电弧焊是用CO2气体作为保护介质的一种电焊

方法。

焊接时,使用成盘的焊丝,焊丝由送丝机构经软管和焊枪的导电嘴送出。电源的两输出端分别接在焊枪和工件上。焊丝与工件接触后产生电弧,在电弧的高温作用下,工件局部熔化形成熔池,而焊丝端部也不断熔化,形成熔滴过渡到熔池中去。同时,气瓶中送出的CO2气体以一定的压力和流量从焊枪的喷嘴喷出,形成一股保护气流,使熔池和电弧区与空气隔离。随着焊枪的移动,熔池凝固成焊缝,从而将被焊工件连接成一个整体。

二、CO2气体保护焊设备

CO2气体保护焊设备主要由焊接电源、焊枪、送丝机构、供气系统、控制系统等部分组成

三、CO2气体保护焊焊接过程：

1.CO2气体保护焊接准备。

焊接前的准备工作的好坏直接影响焊接的质量和生产效率。

焊接前的准备工作包括：

⑴焊口清洁：清除焊接接头30 mm范围内的水份、铁锈、油脂、尘土等物，直至露出金属光泽。

⑵定位焊：定位焊缝与定位板的个数相同，长度为10～80mm沿圆周均匀分部。

⑶焊丝的外观质量及出厂日期要符合要求。

⑷焊机、焊枪经调试能正常工作，且工作电压稳定。

⑸CO2气体的气瓶完好和气体压力检查。

2.CO2气体保护焊接操作。

CO2气体保护焊焊接管桩程序如下:接桩时要注意新接桩节与原桩节的轴线一致,两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。当下节桩的桩头距地面1-1.2m时,即可进行焊接接桩。接桩时可在下节桩头上安装导向箍,以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后,对称点焊4-6点加以固定,然后拆除导向箍。采用CO2气体保护焊施工。

焊接时,使用成盘的焊丝,焊丝由送丝机构经软管和焊枪的导电嘴送出。电源的两输出端分别接在焊枪和工件上。焊丝与工件接触后产生电弧,在电弧的高

温作用下,工件局部熔化形成熔池,而焊丝端部也不断熔化,形成熔滴过渡到熔池中去。同时,气瓶中送出的CO2气体以一定的压力和流量从焊枪的喷嘴喷出,形成一股保护气流,使空池和电弧区与空气隔离。随着焊枪的移动,熔池凝固成焊缝,从而将被焊工件连接成一个整体。

CO2气体保护焊操作要求：

(1)引弧。CO2气体保护焊常采用直接短路引弧法。保持焊丝到工作面2-3mm的距离,导电嘴到母材间距离为10-15mm。在引弧前调整好适当的引弧位置,按下焊枪开关,引燃电弧。控制焊枪使焊丝的外伸长度保持在规定的工艺范围内,同时焊枪要移动,以避免焊缝开始出现熔化不良和焊缝过高。对在焊缝端头引弧的焊件,应在离端头15~20mm处先引弧,然后移向端头,待金属熔化后,再以正常的焊接速度施焊。

(2)焊枪的位置与移动。引弧时,焊枪与工件的夹角成90°,且喷嘴至工件距离为10-15mm。焊接时,焊枪与焊接方向的夹角为70°- 80°,同时,还要以一定的均匀速度移动。为了获得一定宽度的焊缝,焊枪还要作适当的横向摆动。

(3)收弧。由于CO2气体保护焊比手工电弧焊使用的电流密度大, 因此,收弧时产生的弧坑也大。正确的收弧方法,可消除弧坑,并可避免收弧气孔和裂缝等缺陷的产生。收弧时,必须要大量的熔滴填满弧坑,并在熔池未凝固前利用CO2气体起到良好的气体保护作用。通常CO2气体保护半自动焊时采用的收弧方法有:①控制线路设置焊接电流自动衰减装置。焊接前,将焊机面板上的收弧电压和收弧电流开关调至适当位置。焊接时,当焊接进行到焊缝终端时,按一下焊枪上的微动开关,焊接电流自动衰减到原焊接电流的60%-70%,同时自动匹配上相应的电弧电压,只要稍慢断弧,就可避免弧坑的产生。②间断送丝电弧断续法。当焊接到达焊缝终端时,人为地将焊枪沿焊缝轴线后退一点,停止移动,并切断一次电弧,停留1-2秒后,再接通 焊枪开关,引弧。往返操作重复2-3次,以填满弧坑。③采用收弧板。在焊缝终端加设收弧板,将弧坑引出焊缝。

四、CO2气体保护焊的优点与不足

(一)CO2气体保护焊的优点

采用CO2气体保护焊焊接低碳钢和低合金结构钢较之用手工电弧焊和埋弧焊更具优越性。

1.生产率高。由于CO2气体保护焊焊接时电流密度较大,电弧热量集中且利用率较高,所以穿透能力强,熔深大,焊后一般不需清渣,不需换焊条,故提高了生产率。尤其薄板焊接时,可以全位置焊,亦可从上向下焊,生产率更高。每套管桩桩节焊接时间可缩短25-30分钟。

2.成本低。CO2气体价格低廉,且电能消耗少,故焊接成本低于其它焊接方法。约相当于埋弧焊和手弧焊的40%左右。

3.焊接变形和内应力小。由于电弧热量集中,工件受热面积小, 同时CO2有较强的冷却作用,所以焊缝热影响区窄,焊接变形及内应力小。不必冷却5-10分钟,管桩焊后即可使用。

4.焊缝质量高。由于焊缝含氢少,抗裂性能好,是一种低氢焊接法,同时CO2气体保护焊对铁锈不太敏感,具有较强的还原和抗锈能力,只要CO2气体纯度符合要求,流量合适,且操作恰当,一般焊缝不易产生气孔,焊接接头的机械性能良好。

5.操作简便。由于是明弧焊,焊接时能观察到电弧和熔池的情况,故操作较容易掌握,更有利于实现机械化和自动化焊接。

(二)CO2气体保护焊的不足之处

1.规范不合适时,气溅较大,并且焊缝表面成形较差。

2.弧光较强,特别是大电流焊接时,电弧的光、热辐射均较强。

3.用直流电源进行焊接,焊接设备比较复杂。

4.不能在有风的地方施焊,不能焊接容易氧化的有色金属。

5.焊接时,CO2气体在高温作用下分解出的CO2对人体有害,严重时可使人头晕,所以要严格控制CO2气体流量和工地的通风条件,以防中毒。

五、结语

CO2气体保护焊操作方便,具有前述的优点,大大缩短了焊接时间, 提高了焊接质量及工作效率。而不足之处随着其设备和工艺的改进以及操作方法中的控制造型技术的推广,已逐步得到改善,因此在各行业的焊接中得到了广泛的应用。

【参考文献】：

[1]《CO2气体保护焊技术》，机械工业出版社，刘云龙主编

[2]《JGJ94-2008.建筑桩基技术规范》，中国建筑工业出版社

[3]《GB50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范》，中国建筑工业出版社

[4]《DB42/489-2008.预应力混凝土管桩基础技术规程》，中国建筑工业出版社

[5]《10G409.预应力混凝土管桩图集》，中国建筑工业出版社

【作者简介】苏建波（1977-2 ），男，工程师，国家注册房屋、公路一级建造师。2000年毕业于南京建筑工程学院涉外建筑工程专业，现任南京建工集团总承包公司副总经理，主要从事集团项目管理工作。