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冷拉

冷拉,是钢材的冷加工工艺之一。是在常温条件下,以超过原来钢筋屈服点强度的拉应力,强行拉伸钢筋,使钢筋产生塑性变形,以达到提高钢筋屈服点强度和节约钢材的目的。

钢材经冷拉后屈服强度可提高20%~30%,同时具有除锈、调直的作用。但钢材的抗拉强度基本不变,塑性和强屈比会降低。常用的冷拉机械有阻力轮式、卷扬机式、丝杠式、液压式等钢筋冷拉机。冷拉控制方法分单控冷拉、双控冷拉两种。

基本原理

冷拉是在常温条件下,以超过原来钢筋屈服点强度的拉应力,强行拉伸钢筋,使钢筋产生塑性变形以达到提高钢筋屈服点强度和节约钢材为目的。

工艺及设备

常用的冷拉机械有阻力轮式、卷扬机式、丝杠式、液压式等钢筋冷拉机等。

阻力轮式钢筋冷拉机

阻力轮式冷拉机由支承架、阻力轮、电动机、变速箱、绞轮等组成。主要适用于冷拉直径为6~8mm的盘圆钢筋,冷拉率为6%~8%。若与两台调直机配合使用,可加工出所需长度的冷拉钢筋。阻力转轮式冷拉机,是利用一个变速箱,其出头轴装有绞轮,由电动机带动变速箱高速轴,使绞轮随着变速箱低速轴一同旋转,强力使钢筋通过4个(或6个)不在一条直线上的阻力轮,将钢筋拉长。绞轮直径一般为550mm。阻力轮是固定在支承架上的滑轮,直径为100mm,其中一个阻力轮的高度可以调节,以便改变阻力大小,控制冷拉率。

卷扬机式钢筋冷拉机

卷扬机式钢筋冷拉工艺是普遍采用的冷拉工艺。它具有适应性强,可按要求调节冷拉率和冷拉控制应力;冷拉行程大,不受设备限制,可适应冷拉不同长度和直径的钢筋;具有设备简单、效率高、成本低等特点。卷扬机式钢筋冷拉机构造主要由卷扬机滑轮组、地锚、导向滑轮、夹具和测力装置等组成。工作时,由于卷筒上传动钢丝绳是正反穿绕在两副动滑轮组上,因此当卷扬机旋转时,夹持钢筋的一副动滑轮组被拉向卷扬机,使钢筋被拉伸;而另一副动滑轮组则被拉向导向滑轮,为下次冷拉时交替使用。钢筋所受的拉力经传力杆、活动横梁传送给测力装置,从而测出拉力的大小。对于拉伸长度,可通过标尺直接测量或用行程开关来控制。

电动卷扬机

一般电动卷扬机的牵引力为29~49kN,卷筒直径为350~450mm,卷筒速度为6~8r/min。

滑轮组及回程滑轮组

冷拉滑轮组的门数和吨位,一般采用3~8门,150~500kW。回程滑轮组的门数和吨位,当冷拉和回程采用同一台卷扬机,以卷筒正反转实现回程时,其门数与冷拉滑轮组相同。当采用专用卷扬机实现回程时,一般采用2~3门,30~50kN。

冷拉夹具

冷拉夹具是夹紧钢筋的器具,要求夹紧力强,安全可靠,经久耐用,操作方便。常用的夹具有:

测力器

测力器是控制钢筋冷拉应力的测量装置,主要有:千斤顶测力器、弹簧测力器、电子秤测力器和拉力表等。

操作方法

冷拉钢筋的制作过程可以通过卷扬机经过两次冷拉完成。

经过以上两次过程,冷拉钢筋制作完成。

作业要求

控制方法

冷拉应力控制的情况

对于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋和5号钢的钢筋,在冷拉后,作预应力钢筋使用的,要用冷拉应力控制。但钢筋冷拉后经检查,最大冷拉率超过了规范规定值,还要再进行机械能实验。

冷拉率测定控制要求

以冷拉率控制钢筋冷拉时,控制值要由试验确定。试验测定时要求:同炉同批的测定试件,不能少于4个,每个试件都要按规范规定的冷拉应力测定相应的冷拉率,并取试件的平均值作为该炉该批钢筋的实际冷拉率。如果钢筋强度偏高,平均的冷拉率低于1%时,在钢筋冷拉时,仍要按1%的冷拉率控制。

不同炉批的冷拉控制

对于混杂,分不清炉批的钢筋,冷拉时,不能用冷拉率控制,而且要冷拉多根连接的钢筋,每根的冷拉率和控制应力都要符合规范规定。

冷拉速度控制

要使钢筋充分变形,就要适当控制冷拉速度,一般以0.5-1.0为宜。同时要求,冷拉到规定的应力和冷拉率以后,随即停拉2-3以后,再放松钢筋,结束冷拉,以给钢筋充分变形的时间。

冷拉控制方法

冷拉时只用冷拉率或者冷拉应力控制叫单控,冷拉时冷拉率和冷拉应力同时应用,称为双控。采用单控,施工简单方便。但对于材质不均匀的钢筋,不可能逐根试验(逐根试验,费工费料,不可能这样做,有的同一根钢筋冷拉率也不一样)冷拉质量得不到保证。双控方法可以避免上述问题。冷拉时,对于控制应力已经达到,冷拉率没有超过允许值的,可以认为合格。但是,如果冷拉率已经达到,而冷拉应力还达不到控制应力,这种钢筋要降低强度使用。对于预应力钢筋必须采用双控方法。

主要效果

冷拉强化效应

拉伸应力超过钢材屈服强度后卸载,钢材屈服强度将提高至卸载成应力水平。

冷拉效果

钢材经冷拉后屈服强度可提高20%~30%,兼有除锈、调直作用。但是钢材经冷拉后塑性降低,且降低了钢筋的强屈比。由于软钢的设计强度取值于屈服强度,因此冷拉提高了设计强度,但是冷拉后的钢筋抗拉强度未改变,所以冷拉降低了钢筋的强屈比;同时冷拉还降低了钢筋的塑性变形性能。

冷拉后的钢材具有时效效应,称为冷拉时效(时效处理)。钢材经冷加工后,在常温下存放15~20d或加热至100°C~200°C,保持2h左右,其屈服强度、抗拉强度及硬度进一步提高,而塑性及韧性继续降低,这种现象称为时效。前者称为自然时效,后者称为人工时效。

相关概念

冷加工强化处理

将钢材在常温下进行冷加工(如冷拉、冷拔或冷轧),使之产生塑性变形,从而提高屈服强度,但钢材的塑性、韧性及弹性模量则会降低,这个过程称为冷加工强化处理。

冷拔

冷拔是将光面圆钢筋通过钨钢拔丝模孔强行拉拔,每次大拉拔断面缩小应在10%以下。钢筋在冷拔过程中,不仅受拉,同时还受到挤压作用,因而冷拔的作用比纯冷拉作用强烈。经过一次或多次冷拔后的钢筋,表面光洁度高,屈服强度提高40%~60%,但塑性大大降低,具有硬钢的性质。

参考资料