В строительстве и промышленности широко используют стальной угол с равными и разными полками. Изделие выполняет роль самонесущей опоры и элемента усиления сборной конструкции. Назначение балки определяется материалом и технологией изготовления.
Различают стальные равнополочные углы, полученные методом изгибания (ГОСТ 19771-93) и горячего прокатывания (ГОСТ 8509-93). В скобках указан документ, который содержит сортамент металла.
Особенности производства стальных равнополочных углов
Металлы при нагревании расширяются: верхние слои быстрее, нижние — медленнее. Скорость реакции зависит от теплоемкости и теплопроводности сплава. Низкоуглеродистые стали реагируют быстрее, легированные материалы — медленнее.
При нагреве изменяется величина зерна. Разрушается каркас кристаллической решетки. Металл становится мягким. Усилие пластической деформации горячей стали в 10-15 раз меньше, чем ненагретого материала (T = 20 0С).
Технология получения стального равнополочного угла горячим способом начинается с нагревания полуфабриката в печи до 1150-1200 0C. Точный параметр зависит от доли углерода в составе.
Для создания равнополочного угла нужна плоская заготовка расчетной ширины. Полуфабрикат пропускают между верхними и нижними валками прокатного стана. Оборудование расположено в несколько рядов. Рабочая часть инструмента имеет Г-образный профиль.
Первая пара вальцов настроена на минимальное усилие. По мере передачи заготовки из одной в другую клеть, температура снижается до 900-950 0C. Таким способом получают непрерывный стальной Г-образный профиль.
Горячее деформирование применяют при массовом производстве стального равнополочного угла. Прокатные станы установлены на крупных металлургических предприятиях.
Холодное деформирование металла
Для операции используют профилегибочный станок. Габариты агрегата меньше, чем прокатного стана. Технологию используют для массового производства и выполнения разовых заказов.
Производят механические и ручные профилегибочные станки. Оборудование покупают крупные металлургические заводы и представители малого бизнеса.
Различают две технологии сгибания: холодным способом и при нагреве. По сравнению с горячим методом, температура деформирования гнутых стальных равнополочных изделий в три раза меньше (450-550 0C). Рабочим инструментом служит вальцовочный механизм. При гибке используют холоднодеформированную или горячекатаную заготовку заданной ширины.
В процессе изгибания внешний угол конструкции растягивается, внутренняя часть сжимается. Ячейки кристаллической решетки смещаются. Вследствие сдвига слоев металла около продольной оси образуется наплыв.
Для массового производства стального ХД равнополочного угла используют автоматические линии со встроенными профилегибочными станками. Заготовку деформируют в несколько переходов. Предварительно металл травят в ванне с кислотой.
На последних этапах производят сглаживание, отжиг и отделку. Чтобы удалить окалину после нагрева в печи, назначают дробеструйную обработку или химическую очистку.
Плюсы и минусы гнутых и горячекатаных равнополочных углов
ГК продукция отличается универсальностью, широким выбором профилей, доступностью и долгим сроком эксплуатации.
Преимущество конструкций, изготовленных на профилегибочном станке:
- повышенная коррозионная стойкость;
- прочные сварные швы;
- высокая точность соблюдения размеров;
- возможность получения тонкостенных профилей;
- уменьшенный предел текучести;
- улучшенный микрорельеф поверхности.
В таблице представлены результаты сравнения ГК и гнутого равнополочного стального угла.
| Контролируемый параметр | Гнутые изделия по ГОСТ 19771-93 | ГК продукция по ГОСТ 8509-93 |
| Общий | Уточнение | Временное сопротивление на разрыв, Н/мм2 |
| < 460 | > 460 |
| Размеры сечения, мм | Ширина полки | 36,0-120,0 | 55,0-160,0 | 20,0-250,0 |
| Толщина стенки | 3,0-7,0 | 3,0-5,0 | 3,0-24,0 |
| Внутренний радиус закругления | 4,0-9,0 | 7,0-14,0 | 3,0-24,0 |
| Длина, м | 3,0-12,0 | 4,0-12,0 |
| Площадь поперечного сечения, см2 | 2,0-13,78 | 3,10-12,43 | 1,13-163,71 |
| Количество стандартных типоразмеров | 19 | 10 | 89 |
Оба стандарта содержат указания о возможности изготовления стальных равнополочных изделий с другими размерами и отклонениями. Вопрос подлежит обсуждению с заказчиком. Изменение фиксируют в конструкторско - технологической документации.
Отличия гнутых и горячекатаных равнополочных углов
По сравнению с ХД продукцией, сортамент ГК профилей насчитывает больше позиций, в том числе, по толщине (s).
Применительно к стальному равнополочному углу со стенкой 100 мм, в стандартах указаны параметры:
- для ГК — s = 6,5; 7,0; 8,0; 10,0; 12,0; 14,0; 16,0 мм;
- для ХД — s = 4,0; 5,0; 6,0; 7,0 мм.
По-разному изготовленная продукция отличается внешним видом. Особенности горячекатаного стального равнополочного угла:
- матовая поверхность:
- внешний угол без закруглений, хорошо различим 900.
- края имеют небольшие закругления;
- на линии сгиба виден наплыв металла.
На выходе контролируют размеры сечения ГК: внутренний угол, толщину стенок и ширину полок.
Из таблицы ниже видно, что вес ГК больше ХД изделий. Для сопоставления взяты профили с примерно одинаковыми размерами.
| Продукция | Ширина полки, мм | Толщина, мм | Масса, кг/м |
| ГК | 70,0 | 4,5 | 4,78 |
| ХД | 4,0 | 4,16 |
| ГК | 100,0 | 7,0 | 10,79 |
| ХД | 10,31 |
| ГК | 160,0 | 10,0 | 24,67 |
| ХД | 4,0 | 9,76 |
У гнутых равнополочных углов в месте сгиба хорошо виден плавный переход (с наружной и внутренней стороны). Поверхность полок гладкая и блестящая. На выходе дополнительно контролируют внутренний радиус скругления.
Требования к точности размеров стальных равнополочных углов
Допуск по ширине полок зависит от вылета, толщины и точности изготовления (для ХД). Сравнение нескольких типоразмеров представлено в таблице.
| Продукция | Ширина полки, мм | Толщина стенки, мм | Точность изготовления | Допуск, мм |
| Высокая | Повышенная | Обычная |
| ГК | 50,0-90,0 | - | ±1,5 |
| 100-150,0 | ±2,0 |
| 100-200,0 | ±3,0 |
| ХД | 50,0-90,0 | < 2,5 | ±1,00 | ±1,50 | ±2,00 | - |
| 100-150,0 | ±1,25 | ±2,0 | ±2,0 |
| 150-200,0 | ±1,50 | ±2,5 | ±3,0 |
Стандарт содержит указание о необходимости контроля погрешности по толщине у ГК изделий. При изгибании холодным способом размерный параметр изменяется только в месте деформирования. В стандарте не указан для ХД изделий допуск по толщине.
Предельные отклонения от прямого угла при вершине не должны превышать величин, указанных в таблице.
| Продукция | Допуск, град | Ширина полки, мм |
| ГК | 35' | без уточнения размера |
| ХД | ±1 °30' | < 80,0 |
| ±1 ° | > 80,0 |
Ниже перечислены допуски по длине конструкции.
| Продукция | Предельное отклонение при точности изготовления, мм | Допуск, мм | Длина, м |
| высокой | обычной |
| ГК | - | 30 | < 4.0 |
| 50 | 4,0-6,0 |
| 70 | >6,0 |
| ХД | +30 | +40 | - |
| +40 | +80 |
| +40+ 5 (на каждый метр свыше 7 м) |
Погрешность по кривизне гнутых конструкций не должна превышать 0,1% длины. Для горячекатаных балок установлена норма: 0,4% габарита.
Волнистость полок у ХД изделий: 2 мм/1 м. Стандарт допускает скручивание конструкции вокруг продольной оси — 1° на один метр длины. Максимальный параметр — 10°.
Применение стальных равнополочных углов
Горячекатаная продукция выглядит массивнее и выдерживает большие нагрузки. Металлоконструкции применяют в машиностроении, строительстве и промышленности. Горячекатаные балки, как правило, работают под нагрузкой.
Гнутые равнополочные углы не выдерживают сильных напряжений. Продукцию используют при сборке облегченных сооружений, мебели, вентилируемых фасадов. Часто стальные изделия применяют в выставочной деятельности, для рекламных конструкций, украшения интерьера.
