AWS D1.4 — كود اللحام الإنشائي for Reinforcing Steel
AWS D1.4 هو كود اللحام الإنشائي لحديد التسليح المستخدم في الإنشاءات الخرسانية. وهو يحكم وصلات حديد التسليح بحديد التسليح، ووصلات حديد التسليح بالصلب الإنشائي، ووصلات الألواح المدمجة باستخدام متطلبات التسخين المسبق القائمة على مكافئ الكربون من الجدول 7.2 المطبقة على مواصفات حديد التسليح ASTM A615 و A706 و A996.
البحث عن التسخين المسبق: يعتمد التسخين المسبق في D1.4 على مكافئ الكربون وحجم القضيب، وليس جداول درجات الصلب. استخدم حاسبة التسخين المسبق لحديد التسليح D1.4 للبحث عن الحد الأدنى للتسخين المسبق من الجدول 7.2 بناءً على مكافئ الكربون وحجم قضيب حديد التسليح الخاص بك. بالنسبة لوصلات حديد التسليح بالإنشاءات، قارن مع التسخين المسبق D1.1 واستخدم القيمة الأعلى.
ما هو AWS D1.4؟
يحكم AWS D1.4 اللحام الإنشائي لحديد التسليح. ويغطي درجات حديد التسليح ASTM A615 و A706 و A996 ويتناول وصلات التناكبية المباشرة، ووصلات التناكبية غير المباشرة، ووصلات التراكب. يتم تحديد التسخين المسبق بواسطة مكافئ الكربون من الجدول 7.2، وليس حسب فئة درجة الصلب كما هو الحال في D1.1.
AWS D1.4/D1.4M — كود اللحام الإنشائي — حديد التسليح — يغطي لحام قضبان التسليح (حديد التسليح) المستخدمة في الإنشاءات الخرسانية. الإصدار الحالي هو AWS D1.4:2018. ينطبق المعيار على الوصلات الملحومة بين قضبان التسليح، والوصلات الملحومة بين حديد التسليح وعناصر الصلب الإنشائي (ألواح التضمين، الأقواس، الألواح الأساسية)، والوصلات الملحومة بين حديد التسليح وأنابيب الصلب أو الأنابيب المستخدمة كعناصر إنشائية في التطبيقات المملوءة بالخرسانة.
يمثل لحام حديد التسليح تحديات فريدة مقارنة بلحام الصلب الإنشائي بموجب D1.1. يتم تصنيع حديد التسليح لتلبية مواصفات الخصائص الميكانيكية (مقاومة الخضوع ومقاومة الشد)، ولكن التركيب الكيميائي يمكن أن يختلف بشكل كبير بين الدفعات وحتى بين القضبان من نفس الدفعة. لا يتحكم ASTM A615، وهو المعيار الأكثر شيوعًا لحديد التسليح، بشكل صارم في محتوى الكربون أو المنجنيز. وهذا يعني أن مكافئ الكربون — وبالتالي القابلية للتشقق الناتج عن الهيدروجين — يختلف على نطاق واسع من قضيب إلى آخر. يعالج D1.4 هذا التباين من خلال طلب التسخين المسبق بناءً على مكافئ الكربون الفعلي لكل دفعة بدلاً من جدول ثابت يعتمد على الدرجة، كما يفعل D1.1 للصلب الإنشائي.
يُشار إلى المعيار من قبل المعهد الأمريكي للخرسانة (ACI) 318 كود البناء، و ACI 349 للهياكل الخرسانية المتعلقة بالسلامة النووية، ومختلف إدارات النقل الحكومية لمشاريع البنية التحتية. عندما يتطلب القسم 26.6.4 من ACI 318 حديد تسليح ملحوم، يجب أن يتوافق اللحام مع D1.4.
متطلبات التسخين المسبق (الجدول 7.2)
يحدد الجدول 7.2 في D1.4 التسخين المسبق من مكافئ الكربون (CE) لحديد التسليح وحجم القضيب. تمتد ستة نطاقات لمكافئ الكربون من 0.40 أو أقل إلى أكثر من 0.65. تتطلب القضبان الأكبر وقيم مكافئ الكربون الأعلى درجات حرارة تسخين مسبق أعلى. يتم حساب مكافئ الكربون من تقرير اختبار المطحنة باستخدام إحدى صيغ D1.4 §1.5.4 — المعادلة 1 (المبسطة C + Mn/6) لمعظم القضبان، أو المعادلة 2 (الموسعة) لقضبان ASTM A706/A706M. لا توجد أي منهما صيغة IIW.
يختلف نظام التسخين المسبق في D1.4 اختلافًا جوهريًا عن D1.1. فبدلاً من تجميع الفولاذ حسب مواصفات ASTM وتعيين التسخين المسبق حسب الفئة (كما يفعل الجدول 5.11 في D1.1)، يستخدم D1.4 مكافئ الكربون الفعلي (CE) المحسوب من كيمياء تقرير اختبار المطحنة (MTR) لكل دفعة من حديد التسليح. يأخذ هذا النهج في الاعتبار التباين الواسع في التركيب الكيميائي المتأصل في إنتاج حديد التسليح.
يحدد البند 1.5.4 من D1.4 صيغتين لمكافئ الكربون. لجميع القضبان باستثناء ASTM A706/A706M (المعادلة 1): CE = %C + %Mn/6. لقضبان ASTM A706/A706M (المعادلة 2): CE = %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 + %Cr/10 − %Mo/50 − %V/10. تأخذ صيغة A706 في الاعتبار عناصر السبائك الإضافية التي يتم التحكم فيها في تلك المواصفة. يجب أن يوفر تقرير اختبار المطحنة التحليل الكيميائي للحساب.
يقوم الجدول 7.2 بالربط المرجعي لقيمة مكافئ الكربون مقابل حجم القضيب لتحديد الحد الأدنى لدرجة حرارة التسخين المسبق. يتم تنظيم الجدول في نطاقات مكافئ الكربون (0.40 أو أقل، 0.41 إلى 0.45، 0.46 إلى 0.55، 0.56 إلى 0.65، 0.66 إلى 0.75، وأكثر من 0.75) ومجموعات أحجام القضبان. تتطلب القضبان الأكبر تسخينًا مسبقًا أعلى عند نفس مستوى مكافئ الكربون لأن الكتلة الأكبر تخلق معدلات تبريد أسرع في المنطقة المتأثرة بالحرارة. يتطلب قضيب رقم 11 عند مكافئ كربون 0.55 تسخينًا مسبقًا أكثر بكثير من قضيب رقم 4 عند نفس مكافئ الكربون.
بالنسبة للحام حديد التسليح، يعتبر التسخين المسبق أمرًا بالغ الأهمية لأن قيم مكافئ الكربون العالية الشائعة في حديد التسليح A615 (قيم مكافئ الكربون من 0.50 إلى 0.75 نموذجية) تخلق منطقة متأثرة بالحرارة صلبة تكون شديدة الحساسية للتشقق الناتج عن الهيدروجين إذا لم يتم التحكم في معدل التبريد. لهذا السبب، تعد عمليات اللحام منخفضة الهيدروجين والأقطاب الكهربائية إلزامية لجميع عمليات لحام D1.4.
مواصفات حديد التسليح
يغطي D1.4 ثلاث مواصفات رئيسية لحديد التسليح: ASTM A615 (صلب كربوني، الأكثر شيوعًا)، A706 (سبائك منخفضة، مصممة خصيصًا للحام بحد أقصى لمكافئ الكربون 0.55)، و A996 (صلب القضبان وصلب المحاور). A706 هو الدرجة المفضلة للوصلات الملحومة لأن تركيبته الكيميائية المتحكم فيها تنتج متطلبات تسخين مسبق أقل وأكثر قابلية للتنبؤ.
ASTM A615 (حديد التسليح القياسي)
ASTM A615 هو المواصفة الأكثر استخدامًا لقضبان التسليح في أمريكا الشمالية. وهي تغطي قضبان الصلب الكربوني المشوهة والملساء في الدرجات 40 و 60 و 75 و 80 و 100 (مقاومة الخضوع بالكيلو رطل لكل بوصة مربعة). لا يقيد A615 التركيب الكيميائي بخلاف مطالبة القضبان بتلبية الخصائص الميكانيكية المحددة. وهذا يعني أن قضبان A615 يمكن أن تحتوي على محتوى كربون يتراوح من 0.20% إلى أكثر من 0.50% ومنجنيز يصل إلى 1.50%، مما يؤدي إلى قيم مكافئ كربون تتراوح من 0.35 إلى أكثر من 0.70. يعني النطاق الواسع لمكافئ الكربون أن متطلبات التسخين المسبق تختلف بشكل كبير بين دفعات مختلفة من حديد التسليح A615، ويجب تقييم كل دفعة على حدة باستخدام كيمياء تقرير اختبار المطحنة.
ASTM A706 (حديد التسليح القابل للحام)
تم تطوير ASTM A706 خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب اللحام. وهو يقيد الكربون بحد أقصى 0.30% ومكافئ الكربون بحد أقصى 0.55%. تضمن هذه الحدود التركيبية أن قضبان A706 لديها متطلبات تسخين مسبق أقل باستمرار من قضبان A615 من نفس الدرجة. عندما يعلم المصمم أن وصلات حديد التسليح سيتم لحامها بدلاً من توصيلها ميكانيكيًا، فإن تحديد A706 يقلل من تكاليف التصنيع عن طريق تقليل متطلبات التسخين المسبق وتحسين قابلية اللحام. يتوفر A706 في الدرجات 60 و 80.
ASTM A996 (حديد تسليح القضبان والمحاور)
يغطي ASTM A996 قضبان التسليح المصنعة من صلب القضبان (النوع R) وصلب المحاور (النوع A). يمكن أن يحتوي حديد التسليح من صلب القضبان على محتوى كربون عالٍ جدًا (يصل إلى 0.50% نموذجيًا) وقيم مكافئ كربون عالية مقابلة. يتطلب لحام حديد التسليح A996 تقييمًا دقيقًا لكيمياء تقرير اختبار المطحنة لأن قيم مكافئ الكربون غالبًا ما تقع في أعلى نطاقات التسخين المسبق في الجدول 7.2. تعتبر قضبان النوع R (القضبان) صعبة بشكل خاص بسبب احتمال وجود شوائب من عملية تصنيع القضبان.
أنواع الوصلات وتفاصيل الوصلات
يحدد D1.4 ثلاثة أنواع من الوصلات: وصلة تناكبية مباشرة (قضبان متراصفة طرفًا إلى طرف مع لحام أخدود CJP)، وصلة تناكبية غير مباشرة (لوحة وصلة أو زاوية تربط قضيبين)، ووصلة تراكب (قضبان متوازية متراكبة مع لحامات زاوية). لكل نوع وصلة متطلبات تفصيلية محددة لزاوية الأخدود، وفتحة الجذر، وطول اللحام.
وصلات التناكبية المباشرة
تربط وصلات التناكبية المباشرة طرفي حديد التسليح معًا في تكوين لحام أخدود. يتم محاذاة القضبان طرفًا إلى طرف بفتحة جذر محددة، ويتم إجراء لحام أخدود باختراق كامل للوصلة. يوفر هذا النوع من الوصلات نقل الحمل الأكثر كفاءة ولكنه يتطلب تقنية لحام أكثر تطلبًا. يجب تحضير أطراف القضبان (عادةً عن طريق النشر أو الطحن) لإنتاج أسطح مسطحة ومربعة. تُستخدم عادةً مادة دعم (قضيب دعم أو حذاء دعم نحاسي) لدعم تمريرة الجذر.
وصلات التناكبية غير المباشرة (وصلات التراكب)
تتراكب وصلات التراكب قضيبين متوازيين وتوصلهما بلحامات زاوية أو لحامات أخدود مشطوفة على طول منطقة التراكب. يعتمد طول اللحام المطلوب على حجم القضيب وقوة الوصلة المطلوبة. وصلات التراكب أسهل في التركيب واللحام من وصلات التناكبية المباشرة ولكنها تتطلب مواد أكثر (طول التراكب) وتخلق مسار حمل غير متوازن. وهي النوع الأكثر شيوعًا من الوصلات في التطبيقات الميدانية لأنها تتحمل تباينًا أكبر في التركيب.
وصلات حديد التسليح بالصلب الإنشائي
يجب أن تفي الوصلات بين حديد التسليح وعناصر الصلب الإنشائي (ألواح التضمين، الأقواس، الألواح الأساسية، الأشكال الإنشائية) بمتطلبات D1.4 و D1.1. القاعدة الحاسمة هي أن التسخين المسبق يجب أن يكون الأعلى من متطلبات الكودين. إذا كان الجدول 7.2 في D1.4 يتطلب 200 درجة فهرنهايت بناءً على مكافئ الكربون لحديد التسليح وحجم القضيب، ولكن الجدول 5.11 في D1.1 يتطلب 300 درجة فهرنهايت بناءً على درجة الصلب الإنشائي والسماكة، فإن 300 درجة فهرنهايت هي السائدة. يجب أن يكون معدن الحشو متوافقًا مع كيمياء حديد التسليح ودرجة الصلب الإنشائي. الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين (E7018 كحد أدنى) مطلوبة لجميع الوصلات.
تأهيل الإجراء واللحام
يؤهل D1.4 مسبقًا فقط إجراءات لحام الزاوية (باستثناء GTAW و GMAW-S) وفقًا لـ §8.1.2.1؛ تتطلب أنواع الوصلات الأخرى اختبار التأهيل. عندما يقع الإجراء خارج الحدود المؤهلة مسبقًا، يلزم التأهيل عن طريق الاختبار وفقًا للبند 6. يتطلب تأهيل اللحام اختبارات الانحناء على عينات حديد التسليح. بالنسبة لوصلات حديد التسليح بالصلب الإنشائي، يجب أن يكون اللحام مؤهلاً بموجب D1.4 و D1.1.
يتطلب AWS D1.4 عمومًا تأهيل إجراءات اللحام عن طريق الاختبار وفقًا للبند 8.2. ومع ذلك، يوفر البند 8.1.2.1 استثناءً واحدًا: تعتبر إجراءات لحام الزاوية مؤهلة مسبقًا ومعفاة من الاختبار، ما لم يتم إجراؤها باستخدام GTAW. تتطلب جميع أنواع الوصلات الأخرى — وصلات التناكبية المباشرة، ولحامات الأخدود المشطوفة، ووصلات التراكب باستخدام لحامات الأخدود — اختبار تأهيل كامل لإجراء اللحام يثبت أن اللحامات تلبي الخصائص الميكانيكية المحددة. يتضمن اختبار التأهيل عادةً اختبارات الشد وفحص التآكل الكلي لعينات الاختبار الملحومة باستخدام معلمات إجراء اللحام.
تشمل المتغيرات الأساسية في D1.4 عملية اللحام، وتصنيف معدن الحشو، ونطاق حجم قضيب المعدن الأساسي، ونطاق مكافئ الكربون، ودرجة حرارة التسخين المسبق، ونوع الوصلة (تناكبية مباشرة أو تراكب)، والموضع، وتركيب غاز الحماية (لـ GMAW و FCAW). يتطلب أي تغيير في أي متغير أساسي يتجاوز النطاق المؤهل إعادة التأهيل.
يتطلب تأهيل اللحام أن يثبت كل لحام القدرة على إنتاج لحامات سليمة على حديد التسليح باستخدام إجراء لحام مؤهل. يتضمن اختبار أداء اللحام إنتاج عينة اختبار في الموضع المطبق الذي يجتاز الفحص البصري واختبار الانحناء أو الفحص الإشعاعي. يجب تأهيل اللحامين خصيصًا للحام حديد التسليح D1.4 — لا يؤهل تأهيل الصلب الإنشائي D1.1 اللحام تلقائيًا للحام حديد التسليح بموجب D1.4.
كيف يقارن D1.4 بأكواد AWS الإنشائية الأخرى
يستخدم D1.4 التسخين المسبق القائم على مكافئ الكربون (الجدول 7.2)؛ يستخدم D1.1 التسخين المسبق القائم على درجة الصلب والعملية (الجدول 5.11). بالنسبة لوصلات حديد التسليح بالصلب الإنشائي، يسود التسخين المسبق الأعلى من D1.4 أو D1.1. يغطي D1.4 أنواع وصلات حديد التسليح غير المذكورة في D1.1. يشتركان في نفس إطار إجراءات اللحام المؤهلة مسبقًا.
D1.4 مقابل D1.1 (الصلب الإنشائي)
D1.1 covers structural steel members where the composition is tightly controlled by the ASTM المواصفة. D1.1 groups steels into preheat categories (Table 5.11) based on the specification and assigns preheat by السماكة and process. D1.4 uses individual CE calculations because rebar composition varies too widely to be grouped by specification. D1.1 provides a broad prequalified WPS path for CJP and PJP groove welds and fillets; D1.4 only prequalifies fillet welds (per البند 8.1.2.1, except GTAW) and requires اختبار for all other joints. When rebar connects to structural steel, both codes apply simultaneously, and the higher preheat requirement governs.
D1.4 مقابل D1.8 (ملحق الزلازل)
D1.8 supplements D1.1 for seismic applications but does not directly address rebar اللحام. In seismic zones, welded rebar connections in special moment frames and shear walls must meet both D1.4 متطلبات and any additional requirements imposed by ACI 318 Chapter 18 for seismic detailing. The engineer of record must specify the required splice المتانة as a percentage of the bar yield strength (typically 100% or 125% for seismic applications).
| Aspect | D1.4 (Rebar) | D1.1 (Structural) |
|---|---|---|
| Base metals | A615, A706, A996 rebar | A36, A572, A992 structural steel |
| Preheat method | Table 7.2 (CE-based) | Table 5.11 (الفئة-based) |
| Preheat input | Carbon equivalent + bar size | Steel grade + thickness + process |
| Rebar-to-steel joints | Higher of D1.4 and D1.1 preheat | Not covered |
| Splice types | Direct butt, indirect butt, lap | Not applicable |
| Prequalified WPS? | Yes | Yes (Clause 5) |
أدلة المعايير ذات الصلة
الأسئلة المتكررة
يستخدم AWS D1.4 مكافئ الكربون (CE) لتحديد متطلبات التسخين المسبق من خلال الجدول 7.2. يحدد البند 1.5.4 من D1.4 صيغتين لمكافئ الكربون: لمعظم القضبان، CE = C + Mn/6 (المعادلة 1)؛ لقضبان ASTM A706، CE = C + Mn/6 + Cu/40 + Ni/20 + Cr/10 - Mo/50 - V/10 (المعادلة 2). يربط الجدول 7.2 قيمة مكافئ الكربون بحجم القضيب لتحديد الحد الأدنى لدرجة حرارة التسخين المسبق. تتطلب قيم مكافئ الكربون الأعلى وأحجام القضبان الأكبر تسخينًا مسبقًا أعلى. بالنسبة لوصلات حديد التسليح بالصلب الإنشائي، يجب أن يكون التسخين المسبق هو الأعلى من متطلبات الجدول 7.2 من D1.4 ومتطلبات الجدول 5.11 من D1.1.
ASTM A615 هو المواصفة القياسية لقضبان الصلب الكربوني المشوهة والملساء لتقوية الخرسانة. لا يقيد التركيب الكيميائي بشكل صارم، لذلك يمكن أن تحتوي قضبان A615 على قيم مكافئ كربون عالية تتطلب تسخينًا مسبقًا كبيرًا. تم تصميم ASTM A706 خصيصًا للحام — فهو يقيد الكربون بحد أقصى 0.30% ومكافئ الكربون بحد أقصى 0.55%، مما يقلل من متطلبات التسخين المسبق. عندما يكون اللحام متوقعًا، فإن A706 هو المواصفة المفضلة لأن تركيبته الكيميائية المتحكم فيها تنتج درجات حرارة تسخين مسبق أقل باستمرار وقابلية لحام أفضل.
عندما يتم لحام حديد التسليح بعناصر الصلب الإنشائي، يتم تطبيق متطلبات D1.4 و D1.1. يجب أن تكون درجة حرارة التسخين المسبق هي الأعلى من متطلبات الكودين — الجدول 7.2 من D1.4 بناءً على مكافئ الكربون لحديد التسليح وحجم القضيب، والجدول 5.11 من D1.1 بناءً على درجة الصلب الإنشائي والعملية والسماكة. يجب أن يكون معدن الحشو متوافقًا مع حديد التسليح والصلب الإنشائي. يجب تأهيل إجراء اللحام بموجب D1.4، ويجب أن يكون اللحام حاصلًا على تأهيل D1.4 لجانب حديد التسليح من الوصلة.
يسمح AWS D1.4 بـ SMAW (لحام قوسي معدني محجب)، و GMAW (لحام قوسي بالمعدن والغاز)، و FCAW (لحام قوسي بالأسلاك المحشوة)، و GTAW (لحام قوسي بالتنجستن والغاز). SMAW مع أقطاب كهربائية منخفضة الهيدروجين (سلسلة E7018 أو E8018) هي العملية الميدانية الأكثر شيوعًا للحام حديد التسليح. الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين مطلوبة لأن حديد التسليح عادة ما يكون له مكافئ كربون أعلى من درجات الصلب الإنشائي، مما يجعل المنطقة المتأثرة بالحرارة أكثر عرضة للتشقق الناتج عن الهيدروجين.
يتطلب D1.4 عمومًا تأهيل إجراءات اللحام عن طريق الاختبار وفقًا للبند 8.2، ولكن البند 8.1.2.1 يوفر استثناءً واحدًا: تعتبر إجراءات لحام الزاوية مؤهلة مسبقًا ومعفاة من الاختبار، ما لم يتم إجراؤها باستخدام GTAW. تتطلب جميع أنواع الوصلات الأخرى (وصلات التناكبية المباشرة، ولحامات الأخدود المشطوفة، ووصلات التراكب باستخدام لحامات الأخدود) تأهيل إجراء كامل. وذلك لأن كيمياء حديد التسليح تختلف على نطاق واسع بين الدفعات، ويتطلب نظام التسخين المسبق القائم على مكافئ الكربون التحقق من أن الإجراء يأخذ في الاعتبار الكيمياء الفعلية.