Швеллер является наиболее востребованным видом стального длинномерного проката благодаря способности противостоять осевым и изгибающим нагрузкам. Чаще всего он используется в качестве несущей балки или другого элемента металлоконструкции в строительстве и промышленности. Основной объем швеллерного профиля производят методом горячего деформирования.

Технология изготовления

В качестве заготовки используют монолитную балку прямоугольного сечения (блюм), которую нагревают до 1150 °С для обеспечения пластичности и затем прокатывают на рельсобалочных станах между вращающимися роликами. В результате заготовка деформируется, прямоугольный профиль преобразуется в П-образное сечение. Полученную продукцию нарезают дисковыми пилами или рубят гильотиной на мерные отрезки (2–12 м) и охлаждают на воздухе.

Швеллеры изготавливают из стали обыкновенного качества в основном из ст3пс/сп по ГОСТ 535 и низколегированных марок сплавов 09Г2С, 10ХСНД по ГОСТ 19281. Последняя относится к хладостойким типам сплавов и применяется также в холодном климате (климатическое исполнение ХЛ).

Сортамент

Форма сечения горячекатаного швеллера соответствует ГОСТ 8240-97. Его основными размерами являются высота, ширина полки, толщина стенки, радиус внутреннего закругления. Каждый швеллер имеет номер, который соответствует высоте изделия в сантиметрах. Например, № 10 имеет высоту, равную 10 см. Маркировка изделия также включает буквенное обозначение типа сечения. Нормативный документ предусматривает несколько разновидностей профиля:

тип П. Полки швеллера этой версии параллельны. Стандартом предусмотрены типоразмеры от 5П до 40П (высота детали от 5 до 40 см);
тип Э, или экономичная серия. Имеет параллельные полки, но меньшую толщину стенки по сравнению с типом П. Выпускаемые модели: в диапазоне от 5Э до 40Э;
тип Л, или легкая серия. Швеллер имеет параллельные полки, но значительно меньшую толщину стенки, что не позволяет использовать эту версию в сильно нагруженных металлоконструкциях. Выпускаемые типоразмеры: от 12Л до 30Л;
тип У. Особенность геометрии этой модели: внутренние грани полок имеют уклон 4–10 % относительно наружных плоскостей, что может быть получено исключительно горячим способом прокатки в отличие от остальных вариантов. Выпускается размерами от 5У до 40У и является наиболее массовой частью всего сортамента.

Кроме перечисленных выпускаются швеллеры категории С (специальные), которые отличаются размерами. Некоторые типоразмеры (18С, 30С и т. д.) этой серии, изготавливают по ГОСТ 19425-74 и применяют при производстве автомобилей.

По длине швеллеры бывают мерной длины, кратной мерной и немерной. Первые два варианта допускают отклонение в пределах ±40 мм, что необходимо учитывать при заказе продукции и проектировании конструкций.

В зависимости от допустимых величин перекоса полок и прогиба стенки государственный стандарт подразделяет продукцию на три категории точности: обычную, повышенную и высокую. Более точные модели проще в сборке, но дороже. Изделия, имеющие погрешности формы, потребуют доработки при монтаже.

Выбор типа швеллера производят на основании расчетов на прочность. Если рассматривается растяжение или сжатие, то для выбора номера изделия используется площадь поперечного сечения (F), а при изгибе — момент сопротивления (W). Значения этих параметров приведены в ГОСТ 8240.

Преимущества

Горячекатаный швеллер является более сложным в изготовлении по сравнению с холоднокатаными моделями, так как он производится из цельной заготовки. Но такой металлопрокат имеет важные технические преимущества:

более высокую прочность и жесткость, что связано с однородной структурой металла и отсутствием внутренних напряжений при горячей прокатке. При холодном изгибе такие напряжения образуются по линии между стенкой и полками изделия. Дополнительную устойчивость к деформациям горячекатаному швеллеру придает усиление профиля за счет радиуса между стенкой и полкой, который отсутствует в холоднокатаной версии. Этому также способствует уклон внутренних граней для швеллера типа У, в то время как при холодном изгибе они всегда параллельны;
более высокая стойкость к коррозионному разрушению. Это преимущество свойственно технологии горячего проката. При изготовлении металлоконструкций, которые работают в условиях повышенной влажности и воздействия агрессивных сред, швеллеры могут изготавливаться из нержавеющей стали.

К недостаткам следует отнести плохую свариваемость горячекатаного швеллера и больший вес. Поэтому для сварных соединений и для облегченных конструкций в этих случаях предпочтительны холоднокатаные изделия.

Применение

Благодаря своему профилю швеллер способен повысить жесткость и устойчивость конструкции. Он выдерживает высокие продольные и изгибные нагрузки. Сфера применения изделия зависит от его типоразмера и марки материала.

Строительство. При возведении мостов, каркасных конструкций, высотных зданий, устройстве перекрытий, колонн, ферм, кровельных прогонов, опор, несущих балок, в качестве армирующих компонентов и закладных элементов в бетонных конструкциях.
Станкостроение. Рамы станков и прессов.
Машиностроение. В качестве заготовок при производстве машин и оборудования.

В автомобилестроении, вагоностроении и судостроении применяются специальные швеллеры, которые позволяют справляться с большими нагрузками при небольшом весе и размерах.