CN113802765A - 一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法，该铝合金工程梁截面形状包括上下相对的呈工字形状的上工字部和下工字部，以及竖直在中间的呈一字形状的一字部，一字部的上下两端分别连接上工字部和下工字部形成双工字形截面；所述上工字部和下工字部的截面形状均与标准工字钢截面相对应，用于对接标准工字型材。本发明工程梁包含的两个工字型截面与标准工字钢截面相对应，从而满足大多数建筑工程施工，适用范围较大。其制备方法采取分段式挤压成型，再通过搅拌焊接将一字部与两个工字部进行焊接，减少了模具成本，降低了制造难度。本发明的铝合金工程梁对工程用铝的发展，特别是作为主要结构件的应用有积极的促进作用。

Description

一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，涉及铝合金工程构件，具体涉及一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法。

背景技术

因铝材具备极佳的耐腐性、低密度、易加工等特点，经常应用于景观性构筑物，如装饰用铝板、幕墙等；其实铝合金结构件因其优良的耐腐性、重量小、强度高、易加工等特点，也非常适用于屋顶或顶棚类结构，高强度的铝合金构件的出现也改变了过去钢结构“一枝独秀”的局面，已经在辅助支撑结构中有所应用，实现了装饰用铝向工程用铝领域的迈进。但以此为起点，进一步将铝合金工程梁作为顶棚结构的主横梁，此种工程铝材为主要承重构件的应用还是不常见的。

铝合金构件的强度一般小于钢结构的强度，为满足工程应用的强度要求，铝合金主横梁的截面通常大于钢结构的截面，由于作为主横梁的截面尺寸过大，直接挤压成型就需要大型挤压模具和挤压设备进行生产，尤其是当其截面形状材料分布不均匀，造成挤压阻力不均匀，产品容易发生扭转或变形，生产难度较大，成品质量差；还由于铝合金因其可焊性差，焊接后力学性能降低很大，铝合金(特别是大截面)常规焊接工艺受限，导致作为主横梁的大截面铝合金工程梁的制作难度较大，在一定程度上限制了工程用铝的发展速度；因此，需要开发一种适于工程应用的大截面铝合金工程梁及其制备方法。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法，其目的在于，该工程梁包含的两个工字型截面与标准工字钢截面相对应，从而能够与常用的标准工字型材进行对接，满足大多数建筑工程的连接施工，适用范围较大。针对该种大截面铝型材，难以通过一个挤出模具成型的问题，利用该双工字形截面的形状结构特点，采取分段式挤压成型，再通过搅拌焊接将一字部与两个工字部进行焊接，提高了焊接强度，克服了常规加热焊接后铝合金的力学性能下降问题，并使得分段式挤压成型的上工字部、下工字部和中间的一字部能够进行组合，生产出不同规格的铝合金工程梁，以满足工程的需要，从而减少了模具成本，降低了制造难度，且保持了铝合金型材的强度。该种铝合金工程梁对工程用铝的发展，特别是作为主要结构件的应用有积极的促进作用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双工字形截面铝合金工程梁，其截面形状包括上下相对的呈工字形状的上工字部和下工字部，以及竖直在中间的呈一字形状的一字部，一字部的上下两端分别连接上工字部和下工字部形成双工字形截面；

所述上工字部和下工字部的截面形状均与标准工字钢截面相对应，用于对接标准工字型材；所述标准工字钢为国标《GB/T706—2016热轧型钢》规定下的其中之一种工字钢；所述标准工字型材为截面形状与所述标准工字钢截面相同的金属型材，所述金属型材包括标准工字钢或与所述标准工字钢截面相同的铝合金型材；

进一步地，所述上工字部和下工字部的形状不同，用于分别连接不同的标准工字型材。

进一步地，所述上工字部和下工字部的形状相同，用于分别连接相同的标准工字型材。

进一步地，每个所述工字部的上下最外侧之间的距离为腰高，腰高均为220mm，用于对接标准工字钢型号为22a或22b的标准工字型材。

进一步地，所述双工字形截面的上下最外侧之间的距离为总高，总高为1000mm至2000mm。

进一步地，所述双工字形截面的总高1400mm。

进一步地，每个所述的工字部的左右最外侧之间的距离为360mm。

进一步地，铝合金本体的材料为国标《GB/T 3190-2020变形铝及铝合金化学成分》规定下的牌号为6061-T6材料。

本发明还提供一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，针对上述的双工字形截面铝合金工程梁，包括以下步骤：

步骤1：分段开模；将所述的双工字形截面分为三段，分别为上土字形、下土字形和中间的一字型，并根据其形状分别开设挤出模具；

步骤2：分段制造；利用上述的挤出模具分别挤出三种铝型材，三种铝型材分别为上土字形铝合金型材、下土字形铝合金型材和中间的一字型铝合金型材；其中一字型铝型材可以采取铝板轧制成型；

步骤3：设计焊接夹具；焊接夹具用于在搅拌焊接时，夹紧固定上述的三种铝型材，并控制对接间隙在有效板厚的0.1倍；

步骤4：对接成型；利用上述焊接夹具将上述的三种铝合金型材对接固定，形成需要制作的双工字形截面铝合金工程梁；此时，可根据需要灵活组合不同的上土字形、下土字形铝型材而生产不同型号的双工字形截面铝合金工程梁；

步骤5：搅拌焊接；启动搅拌焊接设备，对三种铝合金型材的接缝进行焊接，完成双工字形截面铝合金工程梁的制作；焊接方式是一条焊缝双面焊接，焊头采取恒压控制；

步骤6：焊后检测与校正；焊后的双工字形截面铝合金工程梁进行形状尺寸检测，检测合格的构件转移入库，检测不合格的构件进行机械校正，校正合格后转移入库。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的铝型材工程梁设置包含上下两个工字型截面，其工字型截面与标准工字钢截面相对应，从而能够与常用的标准工字型材进行对接，满足大多数建筑工程的连接施工，适用范围较大。针对该种大截面铝型材，由于该截面材料分布不均匀，上下两端的材料较多，中间的材料少，且总高度较大，进一步增大了不均匀性，使得挤出成型时力道不均，导致挤出构件容易产生弯曲、扭拧等变形，影响构件质量。针对难以通过一个挤出模具成型的问题，利用该双工字形截面的形状结构特点，采取分段式挤压成型，再通过搅拌焊接将一字部与两个工字部进行焊接，提高了焊接强度，克服了常规加热焊接后铝合金的力学性能下降问题，并使得分段式挤压成型的所述上工字部、下工字部和中间的一字部能够进行组合，生产出不同规格的铝合金工程梁，以满足工程的需要，从而减少了模具成本，降低了制造难度，且保持了铝合金型材的强度。该种铝合金工程梁对工程用铝的发展，特别是作为主要结构件的应用有积极的促进作用。

附图说明

图1为本发明的实施例1的双工字形截面铝合金工程梁的截面图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的实施例1使用时连接工字钢的结构示意图；

图4为图3的局部放大图；

图5为本发明的实施例1的制备方法的分段方法示意图；

图6为本发明的实施例2的双工字形截面铝合金工程梁的截面图；

图7为本发明的实施例3的双工字形截面铝合金工程梁的截面图。

图中：1上工字部、2下工字部、3一字部、4腰高尺寸、41腰高尺寸220mm、42腰高尺寸120mm、5总高尺寸、6工字钢、7节点板、8螺栓、91上土字形铝合金型材、911凸出部、92下土字形铝合金型材、93一字形铝合金型材。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：请参阅图1-5；

本发明提供如下技术方案：一种双工字形截面铝合金工程梁及其制备方法，涉及的一种双工字形截面铝合金工程梁，该铝合金工程梁截面形状包括上下相对的呈工字形状的上工字部1和下工字部2，以及竖直在中间的呈一字形状的一字部3，一字部3的上下两端分别连接上工字部1和下工字部2形成双工字形截面；

所述上工字部1和下工字部2的截面形状相同，均与标准工字钢截面相对应，用于分别连接相同的标准工字型材；每个所述工字部1、2的上下最外侧之间的距离为腰高4，腰高4均为220mm；

所述标准工字钢为国标《GB/T706—2016热轧型钢》规定下的型号为22号工字钢6；所述标准工字型材为22号工字钢6；

所述双工字形截面的上下最外侧之间的高度距离为总高5，总高5为1400mm；

铝合金本体的材料为国标《GB/T 3190-2020变形铝及铝合金化学成分》规定下的牌号为6061-T6材料。

使用时，采用双翼缘单剪连接方式，将两根22号工字钢6通过节点板7分别与上工字部1和下工字部2螺栓8连接(参加图3、4)。

可以理解的是：

(1)由于腰高220mm，上工字部1和下工字部2截面形状与22号工字钢6形状对应，所以通过不同结构的节点板7还可以采用单翼缘双剪连接、双翼缘双剪连接、以及腹板连接等连接方式。

(2)通过预设不同高度的腰高，可以连接不同型号的工字钢，当然也可以连接与工字钢截面相同的铝型材。

(3)1400mm的总高，即一字部3的高度为960mm，上下两根工字钢6间距较大，形成中空的空间可以满足各种管道铺设，以及施工时人员工具的操作空间。因此，总高控制在1000mm至2000mm之间，使得该铝型材工程梁既满足力学性能要求，又满足施工空间的需要，其中本实施例的1400mm是较优的方案。

本实施例的铝型材工程梁优点在于，该铝型材工程梁设置包含上下两个工字型截面，其工字型截面与标准工字钢截面相对应，从而能够与常用的标准工字型材进行对接，满足大多数建筑工程的施工需要，适用范围较大；尤其是对于顶棚、悬挑屋檐等结构，该铝型材工程梁具有强度高、重量轻的特点，非常适合大跨度的顶棚建筑结构。

本发明还提供了一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，针对上述的铝合金工程梁，包括如下步骤：

步骤1：分段开模(请参阅图5)；将所述的双工字形截面分为三段，分别为上土字形、下土字形和中间的一字形，并根据其形状分别开设挤出模具；

步骤2：分段成型(请参阅图5)；利用上述的挤出模具分别挤出三种铝型材，三种铝型材分别为上土字形铝合金型材91、下土字形铝合金型材92和中间的一字形铝合金型材93；

步骤3：设计焊接夹具；焊接夹具用于在搅拌焊接时，夹紧固定上述的三种铝型材，并控制对接间隙在有效板厚的0.1倍；

步骤4：对接成型；利用上述焊接夹具将上述的三种铝合金型材对接固定，形成需要制作的双工字形截面铝合金工程梁；

步骤5：搅拌焊接；启动搅拌焊接设备，对三种铝合金型材的接缝进行焊接，完成双工字形截面铝合金工程梁的制作；焊接方式是一条焊缝双面焊接，焊头采取恒压控制；

步骤6：焊后检测与校正；焊后的双工字形截面铝合金工程梁进行形状尺寸检测，检测合格的构件转移入库，检测不合格的构件进行机械校正，校正合格后转移入库。

可以理解的是：

(1)由于上工字部1和下工字部2截面形状相同，导致上土字形铝合金型材91和下土字形铝合金型材92也实际相同，因此，步骤1所需的挤出模具实际为两种，所生产的铝合金型材也是两种，其中一种为上土字形铝合金型材91，其中另一种为一字形铝合金型材93；

(2)针对一字形铝合金型材93，由于是简单的一字形，也可以通过其它成型方式制作，减少挤出模具，例如采用轧制成型的铝合金板，从而进一步减少模具种类，仅为所述的上土字形铝合金型材91模具一种，减低了模具成本，降低制作难度。

本实施例的制备方法优点在于，采取分段式挤压成型，再通过搅拌焊接将上土字形铝合金型材91、下土字形铝合金型材92和中间的一字形铝合金型材93进行焊接，提高了焊接强度，克服了常规加热焊接后铝合金的力学性能下降问题，满足了工程的需要，减少了模具成本，降低了制造难度。

实施例2：请参阅6；

本发明提供如下技术方案：一种双工字形截面铝合金工程梁(请参阅图6)，与实施例1的区别在于，上工字部1和下工字部2截面形状不同，连接不同型号的标准工字型材；其中上工字部1与实施例1相同，对应22号工字钢6，下工字部2截面形状对应国标《GB/T706—2016热轧型钢》规定下的型号为12号工字钢61，其腰高为120mm；对应的下标准工字型材的材料与实施例1也不同，为与所述12号工字钢61截面形状相同的铝合金型材，铝合金材料符合国标《GB/T 3190-2020变形铝及铝合金化学成分》规定下的牌号为6061-T6材料。

使用时，上工字部1的连接方式与实施例1的使用方法相同，下工字部2的连接方式不同；由于下标准工字型材与下工字部2的形状对应，腰高相同，均为120mm，材料同为6061-T6，所以下工字部2与下标准工字型材的连接方式可以采取焊接的方式，特别针对腰高较小的120mm尺寸，采用焊接的连接方式更为方便。

其制备方法，在具有实施例1相同的有益效果的同时，与实施例1的不同之处在于，在实施例1的上土字形铝合金型材91模具基础上，再开设一种腰高为120mm的下土字形铝合金型材92模具；其中的一字形铝合金型材93，采用冷轧铝板成型，因此，本实施例相对实施例1的技术改造成本仅为一套下土字形铝合金型材92模具，制造容易，成本较低。

本实施例优点在于，本发明采取分段式挤压成型的方法，使得所述上工字部1、下工字部2和中间的一字部3能够进行组合，生产出不同规格的铝合金工程梁，以满足工程的需要，从而减少了模具成本，降低了制造难度，且保持了铝合金型材的强度。该种铝合金工程梁对工程用铝的发展，特别是作为主要结构件的应用有积极的促进作用。

实施列3：请参阅图7；

本发明提供如下技术方案：一种双工字形截面铝合金工程梁及制备方法，同样采用实施例1的分段式成型方法，但取消中间的一字形铝合金型材93，仅使用两个相同的上土字形铝合金型材91对接(如图7所示)，从而本实施例的一种双工字形截面铝合金工程梁，与实施例1的区别在于，总高大大降低，总高尺寸为500mm。

该双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，在实施例1的上土字形铝合金型材91模具基础上，不需要再开发另外的模具，将所述上土字形铝合金型材91模具挤出成型的两个上土字形铝合金型材91通过中间的凸出部911焊接形成双工字形截面铝合金工程梁(如图7所示)。因此，本实施例是所述上工字部1、下工字部2和中间的一字部3进行组合的另一种组合方式，从而减少了模具成本和制作成本。可以理解的是：此时的一字部3为两个凸出部911对接形成的一字部3。

本实施例的双工字形截面铝合金工程梁可以应用在悬挑结构的屋檐，作为悬臂支撑的主横梁使用，由于采用铝合金材质，使得该悬挑结构的屋檐重量轻、耐腐蚀，结合本实施例的结构使得施工也比较方便。

本发明未详述部分为现有技术；对于本领域的普通技术人员而言，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围，可以理解为本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型，所获得的所有其他实施例，都属于本发明所记载的范围；本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：该铝合金工程梁截面形状包括上下相对的呈工字形状的上工字部(1)和下工字部(2)，以及竖直在中间的呈一字形状的一字部(3)，一字部(3)的上下两端分别连接上工字部(1)和下工字部(2)形成双工字形截面；

所述上工字部(1)和下工字部(2)的截面形状均与标准工字钢截面相对应，用于对接标准工字型材；

所述标准工字钢为国标《GB/T706—2016热轧型钢》规定下的其中之一种工字钢；所述标准工字型材为截面形状与所述标准工字钢截面相同的金属型材。

2.根据权利要求1所述一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：所述上工字部(1)和下工字部(2)的形状不同，用于分别连接不同的标准工字型材。

3.根据权利要求1所述一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：所述上工字部(1)和下工字部(2)的形状相同，用于分别连接相同的标准工字型材。

4.根据权利要求3所述一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：每个所述工字部(1、2)的上下最外侧之间的距离为腰高(4)，腰高(4)均为220mm，用于对接标准工字钢型号为22号的标准工字型材。

5.根据权利要求1所述一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：所述双工字形截面的上下最外侧之间的高度距离为总高(5)，总高(5)为1000mm至2000mm。

6.根据权利要求5所述一种双工字形截面铝合金工程梁，其特征在于：所述的总高为1400mm。

7.一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，制备针对如权利要求1所述的一种双工字形截面铝合金工程梁，包括以下步骤：

步骤1：分段制造；将所述的双工字形截面从上到下依次分为三段，三段形状分别为上土字形、下土字形和中间的一字形，并根据每段形状分别制造铝型材；

步骤2：对接成型；将步骤1所述的三种铝合金型材组合后，利用焊接夹具对接固定，形成如权利要求1所述的双工字形截面铝合金工程梁的形状；

步骤3：搅拌焊接；利用搅拌焊接设备，将步骤2中铝合金型材的对接的接缝进行焊接，完成双工字形截面铝合金工程梁的制作。

8.根据权利要求7所述一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，其特征在于：所述步骤1的一字形铝型材采用铝板轧制成型，而上土字形、下土字形段采用开设模具挤出成型，使得挤出模具减少至上土字形、下土字形段的两套模具。

9.根据权利要求8所述一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，其特征在于：在制作步骤1中所述上土字形挤出模具和下土字形挤出模具均为多种，使得在进行步骤2时，不同的上土字形铝型材和下土字铝型材能够灵活组合成多个规格的所述双工字形截面铝合金工程梁。

10.根据权利要求7所述一种双工字形截面铝合金工程梁的制备方法，其特征在于：还包括步骤4：焊后检测与校正；焊后的双工字形截面铝合金工程梁进行形状尺寸检测，检测合格的构件直接转移入库，检测不合格的构件进行机械校正，校正合格后转移入库。

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