本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)成型技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)施工中，如橋梁正交異性橋面板主要由橋面板、橫梁和U型鋼構(gòu)成；如建筑主體框架結(jié)構(gòu)，由鋼板、方形、U型及H型鋼組成；如冷彎U型鋼板樁通過冷彎過程中局部熱軋成彎鉤形狀，改變了傳統(tǒng)冷彎成型的彎鉤形狀，滿足工程施工避水要求，替代熱軋鋼板樁。

目前橋梁采用的U型鋼主要分為等截面U型鋼和變截面U型鋼，等截面U型鋼在近年來國內(nèi)外出現(xiàn)不少關(guān)于疲勞病害的報(bào)道，造成鋼橋面板的疲勞壽命遠(yuǎn)小于橋梁主體要求的設(shè)計(jì)使用年限。經(jīng)驗(yàn)表明，上述的等截面U型鋼中，鋼箱梁頂板與U型鋼焊縫處的裂縫數(shù)量多、危害大、修復(fù)困難，產(chǎn)生這種疲勞裂縫的原因：一是由于U型鋼為閉口結(jié)構(gòu)，U型鋼只能從外側(cè)單面施焊，普遍采用75～85％的部分熔透焊，留下15～25％的未熔合部分，大約1～2mm，這1～2mm的未熔合部分本身形成一個(gè)天然的初始裂紋，成為疲勞裂縫源，在車輪荷載反復(fù)作用下，導(dǎo)致頂板與U型鋼焊縫處容易疲勞開裂；二是U型鋼的頂板焊縫部分與U型鋼非焊接部位相比其截面厚度減少1～2mm，截面積減小，造成連接處有一定偏心，該處偏心會(huì)導(dǎo)致附加彎矩形成應(yīng)力集中，從而誘發(fā)裂縫。疲勞裂縫產(chǎn)生以后，將降低橋面板剛度并直接導(dǎo)致橋面鋪裝損壞，反過來鋪裝損壞也加劇橋面板的裂縫發(fā)展，加劇疲勞壽命的減少，國內(nèi)很多鋼箱梁橋面鋪裝經(jīng)常維修就是這個(gè)問題。變截面U型鋼增大了與橋面板的焊接面積，焊縫牢固可靠，提高了橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。建筑主體框架結(jié)構(gòu)的鋼板和變截面U型鋼的焊接焊縫增加焊接縱深，提高焊縫剛度；U型鋼底邊局部增加厚度，提高了鋼結(jié)構(gòu)剛度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，實(shí)現(xiàn)了設(shè)定位置的局部截面變形和冷彎成型同時(shí)完成，按照材料進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，根據(jù)其材質(zhì)和組織性能設(shè)計(jì)加熱制度、軋制制度和冷卻制度。主要包括控軋控冷的低合金高強(qiáng)鋼，如橋梁結(jié)構(gòu)鋼，建筑結(jié)構(gòu)鋼,鋼材組織如鐵素體珠光體鋼或雙相鋼。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶進(jìn)入成型機(jī)架，所述鋼厚度范圍為4～16mm，實(shí)現(xiàn)鋼件的冷彎初變形；

2)進(jìn)入加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)控制加熱，加熱方式為超音頻感應(yīng)加熱、可燃?xì)怏w加熱或者中頻感應(yīng)加熱，加熱寬度為20～200mm，加熱長度為20～500mm；

3)進(jìn)入控軋變形區(qū)，控制軋制定點(diǎn)改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設(shè)計(jì)位置局部厚度和形狀改變，控軋變截面和冷彎精成型是同機(jī)架完成或交叉機(jī)架完成，同步實(shí)現(xiàn)控軋變截面和冷彎精成型；

4)進(jìn)入控制冷卻區(qū)，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，實(shí)現(xiàn)材料組織性能；

5)進(jìn)入精整定型區(qū)，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，確保精準(zhǔn)形位公差，保證成品尺寸穩(wěn)定。

實(shí)現(xiàn)了設(shè)定位置的局部截面變形和冷彎成型同時(shí)完成，并且是按照材料進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，根據(jù)其材質(zhì)和組織性能設(shè)計(jì)加熱制度、軋制制度和冷卻制度。主要包括控軋控冷的低合金高強(qiáng)鋼，如橋梁結(jié)構(gòu)鋼，建筑結(jié)構(gòu)鋼，鋼材的組織如鐵素體珠光體鋼或雙相鋼。

進(jìn)一步地，所述的一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進(jìn)入成型機(jī)架，所述鋼厚度范圍為4-16mm，在常溫狀態(tài)下,經(jīng)過一組縱向排列的軋輥，對(duì)縱剪鋼帶兩側(cè)進(jìn)行彎折，使板料兩邊產(chǎn)生彎折角，并且，按板料的運(yùn)動(dòng)方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至設(shè)定角度(30-50°)，使初步成型U型，實(shí)現(xiàn)鋼件的冷彎初變形；

2)進(jìn)入加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)控制加熱，加熱方式為超音頻感應(yīng)加熱、可燃?xì)怏w加熱或者中頻感應(yīng)加熱，加熱溫度在300～1050℃范圍，在加熱區(qū)域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為20～200mm，加熱長度為20～500mm，加熱制度根據(jù)卷板和冷彎產(chǎn)品材質(zhì)性能要求制定，卷板采用中頻感應(yīng)加熱方式，冷彎產(chǎn)品采用超音頻感應(yīng)加熱方式；

3)進(jìn)入控軋變形區(qū)，實(shí)施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實(shí)現(xiàn)邊部形狀變化，控制軋制定點(diǎn)改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設(shè)計(jì)位置局部厚度和形狀改變，同步實(shí)現(xiàn)控軋變截面和冷彎精成型(彎曲到設(shè)計(jì)角度60-90°)；

4)進(jìn)入控制冷卻區(qū)，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為10℃/s～100℃/s，實(shí)現(xiàn)材料組織性能；

5)進(jìn)入精整定型區(qū)，精整定型區(qū)為精整定徑區(qū)域，用平輥和側(cè)輥組成的定徑精整機(jī)，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據(jù)U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.3～0.45mm范圍內(nèi)定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內(nèi)，確保精準(zhǔn)形位公差，滿足使用精度要求。

進(jìn)一步地，將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存。

更進(jìn)一步地，所述除銹清洗液按質(zhì)量百分比計(jì)，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳1-2％、硝酸錳1-2％、氯化亞錫1-3％、檸檬酸5-8％、甲基溶纖劑1-1.5、丁基溶纖劑1-1.5％、硫二甘醇0.3-0.5％、聚甘油0.2-0.6％、聚乙二醇2-6％、緩蝕劑0.05-0.12％、螯合劑0.01-0.03％、乳化劑0.2-0.3％、余量為蒸餾水。

更進(jìn)一步地，所述緩蝕劑為巰基苯并噻唑。

更進(jìn)一步地，所述螯合劑為乙二胺四乙酸三鈉或乙二胺四乙酸四鈉。

更進(jìn)一步地，所述乳化劑為烷氧化環(huán)己烷二甲醇。

更進(jìn)一步地，所述除銹清洗液的ph值為6.5-7.5，這樣不會(huì)損傷金屬結(jié)構(gòu)的表面，當(dāng)除銹的金屬結(jié)構(gòu)和環(huán)境友好、速度快的除銹上形成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

第一，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了U型鋼冷彎初變形、局部形狀改變、冷彎精成、變形區(qū)域控制冷卻、精整定徑的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)定位置的冷彎過程的局部截面變形和冷彎成型的在線完成。

第二，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了冷彎過程鋼材在線控制加熱控制軋制控制冷卻，實(shí)現(xiàn)材料組織性能的可控。

第三，本發(fā)明制備成的變截面U行鋼用特制的除銹清洗劑清洗后保存，不僅可以快速去除鋼表面的銹，而且不會(huì)損傷金屬結(jié)構(gòu)的表面，對(duì)環(huán)境也無害。

附圖說明

圖1是軋制和冷彎模具示意圖；

圖2是冷彎模具示意圖；

圖3是實(shí)施例1橋梁變截面U型鋼產(chǎn)品圖；

圖4是實(shí)施例2建筑鋼結(jié)構(gòu)變截面U型鋼產(chǎn)品圖。

其中，1-軋制和冷彎模具，2-冷彎模具，3-橋梁變截面U型鋼，4-建筑鋼結(jié)構(gòu)變截面U型鋼。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

橋梁變截面U型鋼產(chǎn)品的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進(jìn)入成型機(jī)架，所述鋼厚度范圍為8mm，在常溫狀態(tài)下,經(jīng)過一組縱向排列的軋輥，對(duì)縱剪鋼帶兩側(cè)進(jìn)行彎折，使板料兩邊產(chǎn)生彎折角，并且，按板料的運(yùn)動(dòng)方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至40°，使初步成型U型，實(shí)現(xiàn)鋼件的冷彎初變形；

2)進(jìn)入加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)控制加熱，加熱方式為超音頻感應(yīng)加熱，加熱溫度在300℃范圍，在加熱區(qū)域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為50mm，加熱長度為200mm；

3)進(jìn)入控軋變形區(qū)，實(shí)施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實(shí)現(xiàn)邊部形狀變化，控制軋制定點(diǎn)改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設(shè)計(jì)位置局部厚度和形狀改變，同步實(shí)現(xiàn)控軋變截面和冷彎精成型，彎折角達(dá)到72°；

4)進(jìn)入控制冷卻區(qū)，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為10℃/s，實(shí)現(xiàn)材料組織性能；

5)進(jìn)入精整定型區(qū)，用平輥和側(cè)輥組成的定徑精整機(jī)，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據(jù)U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.3mm范圍內(nèi)定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內(nèi)，確保精準(zhǔn)形位公差，滿足使用精度要求；

6)將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存，所述除銹清洗液按質(zhì)量百分比計(jì)，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳1％、硝酸錳1％、氯化亞錫1％、檸檬酸5％、甲基溶纖劑1％、丁基溶纖劑1％、硫二甘醇0.3％、聚甘油0.2％、聚乙二醇2％、巰基苯并噻唑0.05％、乙二胺四乙酸三鈉0.01％、烷氧化環(huán)己烷二甲醇0.2％、余量為蒸餾水，除銹清洗液的ph值為6.5，這樣不會(huì)損傷金屬結(jié)構(gòu)的表面，當(dāng)除銹的金屬結(jié)構(gòu)和環(huán)境友好、速度快的除銹上形成。

實(shí)施例2

建筑鋼結(jié)構(gòu)變截面U型鋼產(chǎn)品的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進(jìn)入成型機(jī)架，所述鋼厚度范圍為8mm，在常溫狀態(tài)下,經(jīng)過一組縱向排列的軋輥，對(duì)縱剪鋼帶兩側(cè)進(jìn)行彎折，使板料兩邊產(chǎn)生彎折角，并且，按板料的運(yùn)動(dòng)方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至50°，使初步成型U型，實(shí)現(xiàn)鋼件的冷彎初變形；

2)進(jìn)入加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)控制加熱，加熱方式為超音頻感應(yīng)加熱、可燃?xì)怏w加熱或者中頻感應(yīng)加熱，加熱溫度在1050℃范圍，在加熱區(qū)域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為200mm，加熱長度為500mm；

3)進(jìn)入控軋變形區(qū)，實(shí)施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實(shí)現(xiàn)邊部形狀變化，控制軋制定點(diǎn)改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設(shè)計(jì)位置局部厚度和形狀改變，同步實(shí)現(xiàn)控軋變截面和冷彎精成型，彎折角達(dá)到90°；

4)進(jìn)入控制冷卻區(qū)，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為60℃/s，實(shí)現(xiàn)材料組織性能；

5)進(jìn)入精整定型區(qū)，用平輥和側(cè)輥組成的定徑精整機(jī)，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據(jù)U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.45mm范圍內(nèi)定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內(nèi)，確保精準(zhǔn)形位公差，滿足使用精度要求；

6)將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存，所述除銹清洗液按質(zhì)量百分比計(jì)，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳2％、硝酸錳2％、氯化亞錫3％、檸檬酸8％、甲基溶纖劑1.5％、丁基溶纖劑1.5％、硫二甘醇0.5％、聚甘油0.6％、聚乙二醇6％、巰基苯并噻唑0.12％、乙二胺四乙酸四鈉0.03％、烷氧化環(huán)己烷二甲醇0.3％、余量為蒸餾水，除銹清洗液的ph值為6.5-7.5，這樣不會(huì)損傷金屬結(jié)構(gòu)的表面，當(dāng)除銹的金屬結(jié)構(gòu)和環(huán)境友好、速度快的除銹上形成。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。