Все об алюминиевых швеллерах

В отличие от стального металлопроката, алюминиевый швеллер не обладает большим запасом прочности. Но это не мешает алюминиевым изделиям использоваться в качестве не основных, а вспомогательных конструкций. Описание и особенности П-образного алюминиевого профиля представлены в данной статье.

Алюминиевый П-образный швеллер – обязательный элемент для возведения металлоконструкций для авиации и морского транспорта. Одно из достоинств алюминиевой конструкции – её относительная лёгкость. Это имеет особое значение для способности самолётов летать, а также для плавучести судов.

Алюминиевый швеллер изготавливается по методу прессования. Его втрое большая лёгкость позволяет обойтись без пор, пустот во внутренней структуре. Разрезав такое изделие поперёк, вы убедитесь, что структура конструкции – полностью сплошная. Аналог П-швеллера – Н-образный профиль: он отличается наличием дополнительных полочных бортиков, «смотрящих» в другую сторону.

Нумерация профиля подчиняется следующей закономерности: каждый из элементов, например, 20-й по номиналу, обладает межполочным расстоянием в 20 мм. Согласно соответствующим нормативам ГОСТ, длина отрезка не превышает 6 м. Это один из малозаменимых элементов при производстве отделочных каркасов, на нёго также размещаются выставочные стенды. Параметры, при которых он эксплуатируется, не выходят за рамки лёгкости и относительной прочности.

Более капитальные нагрузки такая конструкция не выдерживает – элементы прогибаются, что привело бы к резкому перекосу всего сооружения. Из-за низкой плотности по сравнению со сталью – 2,6 против 7,9 г/см3 – вес одной единицы продукции, соответственно, уменьшится. Введение легирующих примесей способно заметно повысить относительную прочность, но до стали такой материал не дотянет.

Достоинством алюминиевых конструкций также является полная нечувствительность к пресной воде – окисная плёнка алюминия обладает заметно более высокой прочностью и образуется моментально на поверхности – за считанные секунды, не портя внешний вид изделия. Однако чистый алюминий, пролежав несколько лет в слабоподкисленной, например, дождевой воде, постепенно рассыпается.

Алюминиевые изделия благодаря тому, что этот металл распространён больше, чем остальные его собратья, а также благодаря относительной легкоплавкости (и лёгкости получения всевозможных сплавов на его основе), являются одним из самых дешёвых. Несмотря на то, что как цветмет алюминий в несколько раз дороже железа при сдаче на металлолом, дороговизна изделий из нержавеющей стали по сравнению с алюминиевыми очевидна.

Лёгкость обработки такого швеллера, его облегчённый монтаж позволяет существенно снизить затраты на монтажные работы. Простые пильные диски, пилы и свёрла дают возможность быстро укоротить швеллер в точке, где он не вписался в требуемые габариты и вышел за её пределы. Контур торца также легко корректируется.

Сварить алюминиевый швеллер достаточно легко – однако добиваются такого крепления на более пониженных токах и с использованием специальных электродов, чей стержень изготовлен из алюминиевого, а не стального сплава.

Все виды и разновидности алюминиевой швеллерной продукции отличаются значительной экологичностью. В офисных и жилых помещениях это крайне важно. Швеллер из алюминия не горит, не выделяет ядовитых испарений, даже будучи нагретым. Однако если в помещении случился пожар, такие элементы попросту расплавятся – нагревание до 700-800 градусов сделает их жидкими. Электрическая проводимость обычного технического алюминия не столь высока, чтобы накопить и передать заряд, к примеру, от интенсивных электрических полей и шаровой молнии.

Относительно безопасным является для алюминиевых конструкций напряжение до сотни вольт. Конструкции из швеллеров, изготовленных из алюминия и его сплавов, из-за низкой упругости не накапливают долго усталостные напряжения – чрезмерное воздействие способно прогнуть балки и опоры. Прямоугольность швеллера отчасти устраняет этот изъян, но полностью его нивелировать она не способна. Однако алюминий в значительной мере проводит тепло, что вынуждает дополнительно изолировать этот материал от источников нагрева.

Алюминий далеко не инертен – почти все соли, щёлочи и кислоты способны реагировать с ним, особенно неорганика. Минеральные кислоты, к примеру, хлорная, серная и соляная, разрушают его, даже будучи значительно разбавленными, с катастрофичной скоростью.

Температура плавления чистого алюминия – 660 по Цельсию. Используя присадки, удалось заметно превысить данный предел. Это позволяет построить конструктивные сборки, которые впоследствии могут нагреваться. Если не подвергать алюминиевый швеллер слишком интенсивным нагрузкам (как это делается в отношении аналогичных стальных конструкций), то данный материал прослужит без особых проблем десятки лет.

Недостаток алюминиевого швеллера – внезапное разрушение при запредельных нагрузках: эти сплавы не гасят вибрацию, как это делает сталь. Использовать алюминий в качестве Н-образного профиля допустимо, но нежелательно.

Чтобы сплав обрёл требуемые качества, ему потребуется термохимическая обработка. В основном для производства швеллера применяют сплав АД31, получаемый согласно Госстандарту 4784-1997. Состав сплава АД31 – это следующие компоненты, кроме количества в нём алюминия не менее 97.25%:

• до 0,5% железа;
• до 0,7% кремния;
• до 1,5 промилле титана;
• до 1 промилле меди;
• до 2 промилле цинка;
• до 9 промилле марганца.

Маркер «Д» отвечает за наличие меди («меДь», буквально). Все эти примеси устраняют излишнюю ломкость сплава, улучшая его качества для обработки. Формовка алюминиевого швеллера осуществляется на прокатном стане.

Технологии прессования и глубокой вытяжки позволяют получить продукцию, отвечающую всем современным требованиям, включая форменную точность и небольшой вес, сочетающиеся с немалой (по общим меркам) прочностью. Обозначение состава совпадает с общим, характерным для конкретного сплава:

• изделия, прошедшие закалку и естественное внешнее старение («Т»);
• изделия, закалённые, но состаренные искусственно («Т-1»);
• элементы, прошедшие частичную закалку, состаренные ускоренно («Т5»);
• элементы, отожжённые для придания им большей податливости («М»).

По прочностному показателю швеллерная продукция представлена следующими видами:

• нормально прочные изделия (не обозначены);
• элементы повышенной прочности («ПП»).

Окрашиваются данные элементы лакокрасочными составами, на них также наносится электролизным способом (анодированием) покрытие из другого металла. Это похоже на нанесение на электропроводящие алюминиевые жилы слоя меди (омеднение). Однако именно швеллерные элементы покрываются другими, более дешёвыми, чем медь, металлами и их сплавами.

Поскольку швеллер производится методом горячего прессования и холодного проката, выпускают неравнополочный, равнополочный и гнутый виды. На их производство идёт алюминиевый сплав АД31Т1 (термообработанный АД31) и АМг5. Последний содержит:

• магний – 4,8… 5,8%;
• марганец – 0,3… 0,8%;
• железо – до 0,5%;
• кремний – столько же;
• медь – до 0,1%;
• титан – столько же;
• бериллий – 0,005%.

Остальное – сплошь алюминий.

Типовые размеры, наиболее часто попадающиеся бытовым строителям и отделочникам: 100х50х5, 50х50х4, 35х65х35, 40х40х40, 50х100х50х5, 10х10, размер «стенка-полки» 50 на 30, 30х30х30х2, 50х50х3, 80х40х5, 150х65х7, 25х30х25, 25х60х25, 40х40х4 и десяток других. Сортамент определяется толщиной полки и её шириной, толщиной и шириной главной планки, играющей роль стенки, а также составом (сплавом), из которого сработаны данные изделия.

Чем толще и шире элемент – во всех своих измерениях, – тем с более капитальной нагрузкой он справится. Но это не значит, что нужно пытаться заменить алюминиевыми швеллерами несущие стальные балки – обрушение, сминание возведённого сооружения неминуемо уже при активном монтаже перекрывающих и отделочных стройматериалов. Если требования к нагрузке серьёзные – откажитесь от алюминия и перейдите на сталь.

Машиностроительная отрасль, использующая алюминиевый швеллер, представлена десятками видов деталей. Начнём с самого простого примера – низколетающие самолёты для учебных тренировок и сельхозработ на больших территориях, планирующие летательные аппараты с мотором или без него. Наконец, пассажирский авиалайнер, построенный даже из тонкой стали или титанового сплава, не взлетит – потребовался бы разгон до скорости ракеты, а это нереально.

Высококачественные алюминиевые сплавы использовались для построения планетоходов. Луноходы и марсоходы содержат именно алюминиевые корпуса, рамы, колёсную базу – лёгкость снижает энергозатраты.

Алюминий при строительстве и отделке – неплохой элемент интерьера. Для ширм и лёгких перегородок он себя оправдал вполне. Однако гипсокартонные листы крепят на тонкостенные стальные профили, а не на, пусть и толстостенный, алюминиевый швеллер. Из узкого алюминиевого швеллера изготавливают карнизы для гардин, штор и жалюзи.

Производство окон и стеклопакетов, хотя и использует алюминиевые профили и швеллеры, не обходится без усиливающих стальных проставок. Вес металлопластикового окна, двери или стеклопакета для панорамного остекления значительно уменьшается.