Момент сопротивления квадратной трубы

Одним из наиболее востребованных типов металлопроката является профильная труба, а именно прямоугольного и квадратного сечения. Нередко при монтаже таких труб возникает необходимость значения момента сопротивления.

Для полых квадратных труб с широкими стенками момент сопротивления можно измерить, если возвести длину внешней стенки и длину внутренней в четвертую степень, затем вычесть из большего меньшее и разделить на шесть длин внешней стенки. Для тонкостенных квадратных труб используют несколько иную формулу. В этом случае нужно возвести внешнюю сторону в квадрат и умножить на четыре третьих толщины стенки. Например, для 30-миллиметровых труб с шириной стенки 2 миллиметра это значение будет равняться 1.86 см в кубе, а для 40-миллиметровых изделий с толщиной стенки 3 миллиметра – 4.81 см в кубе. Чаще всего профессионалы используют квадратные трубы 50х50, поэтому опишем их значения подробнее. При толщине стенки таких труб 3, 3.5, 4, 5, 6, 7 и 8 миллиметров момент сопротивления будет равняться 7.97, 8.94, 9.82, 11.3, 12.46, 13.31, и 13.88 соответственно. Все эти значения можно без особого труда вычислить самостоятельно при помощи калькулятора и формул, представленных выше.

Области применения прямоугольных и квадратных профильных труб

Трубы, у которых в сечении находится прямоугольник или квадрат со скругленными краями, широко используются в промышленном, а в особенности в гражданском строительстве при возведении различных башен, колонн зданий, опор и вышек. Наличие плоских граней позволяет упростить установку конструкций, по какой бы технологии он не производился, включая работы по сварке. Именно поэтому профильные квадратные или прямоугольные трубы – отличная замена швеллеру, металлической балке или уголку.

Нередко трубы с прямоугольным сечением используют в сельском хозяйстве. В основном, из них делают каркасы для различных тепличных комплексов и помещений для животных.

При обустройстве частного приусадебного участка также трудно обойтись без применения квадратных труб, так как она может использоваться не только в качестве отдельного элемента забора или ограждения, но и легко стать основной для любого навеса, металлической двери в подсобном помещении, гаражных ворот и парника.

Успешно используют трубы с квадратным сечением в мебельной промышленности при производстве металлокаркасов садовой и медицинской мебели, стеллажей, компьютерных столов и всевозможных полок.

Преимущества использования труб с прямоугольным и квадратным профилем

Такая популярность этих конструкций вполне объяснима, так как трубы с прямыми углами обладают высокими показателями прочности и конструктивной жесткости, в тот время как их стоимость и масса значительно меньше, чем у классического металлического бруса. Достаточно привести такой пример, что использованием профильных труб с прямоугольным и квадратным сечением позволяет уменьшить общую металлоемкость любой конструкции на 25 %, что, безусловно, сказывается её стоимости. При этом прочность изделия можно без труда регулировать, используя при установке трубы прямоугольной формы с разной толщиной стенок.

Даже в сравнении с классической трубой круглой формы, квадратное и прямоугольное сечение имеет явное преимущество. В связи с тем, что такие изделия имеют ровные плоскости, их можно легко складировать и удобно перевозить, так как они занимают намного меньше пространства, чем круглые трубы. Немаловажен и тот факт, что трубы с прямоугольным сечением менее трудоемки при их дальнейшей отделке (грунтовке и покраске). Это позволяет сократить расходы на красящий материал и время работы.

Недостатки профильных изделий

Как правило, профильные трубы производятся из «черного» металла, что приводит к образованию их главного недостатка – неустойчивости к коррозии. Для повышения сопротивляемости кислороду стальные изделия покрывают слоем цинка, что повышает эксплуатационные качества трубы, однако приводит к небольшому удорожанию продукции.

Технология производства профильных труб

По сравнению с традиционной формой трубы, квадратные и прямоугольные изделия производить несколько сложнее.

Как правило, процесс изготовления профильных труб включает в себя следующие действия:

1. Подготавливается штрипс. Штрипс – металлическая лета, представляющая собой полуфабрикат будущей трубы. От размеров заготовки напрямую зависят размеры готового продукта.
2. На формовочном стане изготавливается круглый профиль.
3. Края заготовки свариваются. Чаще всего это производится с использованием высокочастотных токов. При изготовлении труб из «нержавейки» используют контактную или плазменную сварку под давлением.
4. Тестовая проверка шва на надежность. Забракованные изделия не подлежат реставрации и уходят на металлолом.
5. Формирование квадратного или прямоугольного изделия при помощи валец. Обычно в этом процессе производится постоянное охлаждения формируемого продукта.
6. Тестирование геометрических характеристик.
7. Температурная обработка трубы, чтобы снять внутренне напряжение металла после изменения формы.
8. Распиловка заготовок на отдельные части нужной длины от 4 до 12,5 метров.
9. Снятие заусениц, которые образуются после резки металла. Производится это по желанию заказчика, так как значительно влияет на стоимость конечного продукта.

По данной технологии можно получить шовную трубу прямоугольного или квадратного профиля.

Более высокими характеристиками обладают трубы, которые производят без шва, путем прессования на специальных станках или волочения. В таком случае бесшовная круглая заготовка из металла нагревается и поступает на прошивочный стан, где доводится до необходимого размера и нужной формы (квадратной или прямоугольной).

Нередко на рынке строительных изделий можно встретить достаточном дешевые трубы, произведенные по «кустарным» технологиям. В такой ситуации прямоугольное или квадратное сечение образуется обработкой традиционной круглой трубы на специальных вальцах. Стоит знать, что такая технология производства зачастую не позволяет выдержать правильные геометрические характеристики продукта, которые в точности достигаются на заводах полного цикла.

Материалы, при помощи которых производятся профильные трубы

Согласно техническому регламенту, для производства труб квадратного или прямоугольного сечения используют сталь марки 08 КП или 10 ПС. В том случае, если при производстве применяют металл с особыми характеристиками (сталь 09г2с-12), то продукция из неё способна надежно выдерживать даже агрессивное воздействие морской воды. Трубы именно из этого металла используют при строительстве различных конструкций за полярным кругом, в условиях вечной мерзлоты.

Еще лучшими эксплуатационными качествами, сроком службы и устойчивость к кислотам и щелочам обладают различные сплавы, в которых использован никель или хром. Однако из-за высокой стоимости продукции такие трубы используют, как правило, на предприятиях фармацевтической, химической и пищевой промышленности.

Согласно технической документации, готовая труба с прямоугольным или квадратным сечением может выпускаться в двух сортах. Если изделие относится к группе А, то в них нормируются исключительно механические характеристики металла. У продукции группы В, помимо прочего, нормированию подлежит химический состав стали.

Способы изготовления труб с квадратным сечением

Как уже было сказано, прямоугольная труба может быть прямошовной или бесшовной. Рассмотрим технологию её производства подробнее.

• Бесшовная труба

Прокатное производство труб без шва основывается на деформации разогретой или холодной заготовки на вальцах прокатного оборудования. Это говорит о том, что для изготовления бесшовной продукции применяют две технологии: горячекатную и холоднокатную.

Если использовать первый способ изготовления, то процесс производства будет включать в себя:

1. Изначально на черновые вальцы прокатного оборудования подается разогретая гильза, произведенная методом прессовки или литья плоской заготовки.
2. После формирования черновой конструкции полуфабрикат с круглым сечением попадает под давление пресса, за счет чего образуется профиль квадратной формы. Одновременно с этим во внутреннюю часть трубы вводят особый калибр – оправку.
3. На заключительном этапе производства из полуфабриката изготавливают конечный продукт – стальные прямоугольные трубы бесшовного типа. Для этого черновую заготовку с квадратным сечением пропускают через чистовой прокатный станок, а затем отправляют на калибрующую линию, где формируется окончательный вид продукции. Последним этапом является отпуск готовой трубы – нагрев изделия до необходимой температуры с постепенным охлаждением.

• Холодный прокат

Процесс производства прямоугольных труб по холоднокатной технологии включает в себя несколько другой порядок действий:

1. На черновые вальцы прокатного оборудования поступает не разогретая, а холодная гильза, полученная за счет высадки заготовки из плоского листа.
2. Затем гильза вкатывается до состояния круглого полуфабриката и подается под пресс, где профиль трансформируется в квадратный на калибрующей оправке.
3. На следующем этапе заготовку прямоугольной формы калибруют, выкатывая на чистовых вальцах.
4. В заключение уже почти готова стальная труба с квадратным сечение подвергается отпуску, обеспечивающим устранения напряжений в уплотненных молекулярных связях верхних слоев туловища трубы.

В завершении обзора производства бесшовных труб можно отметить, что, несмотря на внешнюю схожесть горячей и холодной технологии, результаты работ сильно отличаются друг от друга.

Явным отличием является тот факт, что холоднокатная труба квадратной формы, размеры которой ограничиваются пластичностью материала, имеют более тонкие стенки. Труба, изготовленная по технологии горячего проката, обладает немного большей площадью сечения при значительно большей толщине стенок.

• Электросварная труба квадратной формы

Сварное производство налажено на специальном оборудовании при помощи гибки листовой заготовки в форму профиля и последующего образования шва на месте стыка. Процесс такого производства выглядит так:

1. Сварные трубы изготавливаются из листовых заготовок (штрипсов). В самом начале процесса производства от стального рулона отделяют мерную полосу, ширина которой будет равна периметру будущего изделия.
2. После изготовления штрипса, полосу из стали заправляют в вальцы станка, где формируется профиль будущей трубы. На выходе из стана штрипс становится полуфабрикатом с открытым стыковочным швом и квадратным сечением.
3. Затем стыковочный шов заваривают при помощи индукционной или электродуговой сварки. При этом первый вариант используется только в той ситуации, когда производятся особо тонкие квадратные трубы, размером 10х10, 20х20 или 15х15 миллиметров. Изделия больших размером с толщиной стенки более двух миллиметров можно заварить классической электрической дугой в среде с инертным газом.
4. На заключительном этапе готовая продукция проходит калибровку размеров, а шов проверяется на наличие брака.

По этой технологии производятся самые легкие трубы, потому что толщина стенки у прямошовного продукта минимальна, а масса изделия при равенстве иных значений целиком зависит именно от этой характеристики.

Помимо строительного дела, квадратные и прямоугольные трубы активно используются в мебельной промышленности для каркасов стульев, столов, кроватей, диванов и других предметов интерьера, а также в автомобилестроении, из профильных изделий производят каркас корпуса легковой машины. Область использования данных требы ограничивается лишь воображением.