Остаточные напряжения в двутаврах

Тема 8 Правка двутавровых балок

Как отмечалось ранее, перепад температур между стенкой и фланцами в последних проходах при прокатке обычных двутавровых балок составляет 50 - 120˚С., а у широкополочных балок этот перепад достигает 60 - 180˚С. На рисунке 8.1 приведен характер изменение перепада усреднённых по сечению температур в зависимости от высоты двутавровых балок. Такой характер объясняется распреде-

Рис. 8.1 - Перепад температур между стенкой и фланцами

лением массы металла между элементами при различной высоте двутавровых балок между стенкой и фланцами. За исключением некоторых толстостенных и колонных двутавров, у большинства профилей отношение толщины полки к толщине стенки превышает единицу, а ширина полок за исключением колонных двутавров меньше высоты профиля. Отношение толщины полки к толщине стенки для обычных двутавровых балок составляет: № 10 - 1,6; № 20 - 1,65; № 30 - 1,64, а отношение высоты профиля к ширине полок составляет: № 10 - 1,85; № 20 - 2,0; № 30 - 2,2. У широкополочных двутавров, например W8"*18 отношение толщины полки к толщине стенки составляет 1,44, а отношение высоты профиля к ширине полок - 1,55. При условии, что более массивные полки охлаждаются медленнее, чем менее массивные стенки, при остывании профиля его элементы имеют различную температурную усадку. Эта неравномерность значительно увеличивается вследствие разницы температур элементов профиля после выхода раската из чистовой клети. Особенно заметно эта неравномерность проявляется при остывании широкополочных двутавров. В результате неравномерного остывания в элементах двутавровых балок возникают остаточные температурные напряжения, величина которых тем больше, чем больше разница температур элементов. Характер распределения остаточных напряжений в поперечном сечении двутавровой балки 35Б (352*8,6*11,9) проведён на рисунке 8.2 (в конце прокатки разница температур полки и стенки составляла 150 - 165˚С).

Рис.8.2 - Остаточные напряжения в широкополочной двутавровой балке 35Б

Разность температур поперечного сечения в период охлаждения после прокатки является основным фактором, определяющим величину остаточных напряжений и деформаций профиля при его остывании. В зависимости от размера двутавровых балок, величина и распределение остаточных напряжений в профиле до и после правки, его прямолинейность, зависят от способа его расположения на холодильниках и условий охлаждения. В значительной степени влияние способа охлаждения проявляется при производстве широкополочных и колонных двутавров. В процессе охлаждения потеря температуры элементами профиля происходит за счёт лучеиспускания, теплопроводности и конвекции, причём до температуры 400 - 450˚С, лучистый теплообмен является основным. На рисунке 8.3 показаны возможные спосо-

Рис.8.3 - Схемы укладки двутавровых балок на холодильниках

а) горизонтальное положение стенки; б) вертикальное положение стенки

бы укладки двутавровых балок с шагом S при охлаждении, применяемые на современных сортовых и универсальных балочных станах.

В зависимости от способа укладки профиля на холодильниках изменяется интенсивность их охлаждения. При горизонтальном расположении двутавров, стенки, имеющие меньшую толщину и более низкую температуру конца прокатки, чем полки, охлаждаются более интенсивно. При вертикальном расположении двутавров, благодаря взаимному лучистому теплообмену между стенками соседних профилей, интенсивность охлаждения стенки уменьшается. По опыту эксплуатации зарубеж-ных универсально балочных станов, время охлаждения широкополочных двутавров при вертикальном расположении увеличивается в 1,2 - 1.4 раза по сравнению с горизонтальным расположением, но это не снижает пропускной способности холодильников, так как при вертикальном расположении, ёмкость холодильников увеличивается, что обеспечивает увеличение производительности в 1,2 - 1,5 раза. На рисунке 8.4 приведены эпюры распределения остаточных напряжений в поперечном сечении широкополочного двутавра при вертикальном и горизонтальном способах укладки.

а) б)

Рис.8.4 - Остаточные напряжения в стенке широкополочного двутавра 600×300×17×12, расположенного в горизонтальном (а) и вертикальном (б) положении

Двутавровые профили высотой до 350 - 400 мм и колонные двутавры с отношением t/d не превышающим 1,25 - 1,3 укладывают в горизонтальном положении, с шагом укладки 100 - 150 мм, а остальные размеры двутавров - в вертикальном. Для кантовки двутавров на холодильниках современных станов предусмотрена установ-

ка специальных кантователей. Двутавровые балки, поступающие на холодильники, имеют не одинаковое распределение температур по сечению профиля. Верхняя половина профиля, вследствие конвективного теплообмена с окружающей средой имеет более низкую температуру, а нижняя, за счёт взаимного теплообмена между фланцами и стенкой, а также тепла отражённого рольгангами и плитным настилом - более высокую. В результате можно часто наблюдать коробление и искривление профиля по длине в вертикальной плоскости (рис.8.5). При этом повышенный прогиб может превышать допустимые значения, что значительно усложняет последующую правку.

Рис.8.5 - Искривление штанг двутавровых балок при остывании

При прокатке широкополочных и колонных балок крупных размеров, для снижения неравномерности распределения температур по сечению профиля и предотвращения коробления, на некоторых универсальных балочных станах применяют принудительное охлаждение профиля - специальные душирующие устройства. Эти устройства устанавливают таким образом, чтобы охладитель через специальные форсунки подавался на среднюю часть наружных участков полок (рис.8.6).

Рис.8.6 - Способ охлаждения полок двутавровых балок

Дата добавления: 2014-11-06