淺談鋁合金材料在附著式升降腳手架中的應(yīng)用

周培東，曹珍珠，武鑫鑫，高空亮

（1.河南中之正工程技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南天立建筑工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

鋁合金在建筑行業(yè)中的應(yīng)用已有百年歷史，尤其作為建筑裝飾材料為人們所熟，如鋁合金門窗外框、玻璃幕墻支撐體系以及鋁合金模板等的應(yīng)用。伴隨著鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以鋁合金作為結(jié)構(gòu)件的鋁合金建筑升降腳手架在國內(nèi)市場逐漸出現(xiàn)，并越來越被重視。

1 6061-T6鋁合金

6061-T6 鋁合金廣泛應(yīng)用于要求有一定強(qiáng)度和抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如卡車、塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛、家具機(jī)械零件、精密加工、模具等。鋁合金硬度大于其組成中的金屬硬度，其熔點(diǎn)降低，便于鑄造成型，鋁合金比純鋁具有更好的物理力學(xué)性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是密度小、比強(qiáng)度和比剛度高，抗震能力強(qiáng)，可承受較大的沖擊載荷。同時，其切削加工和拋光性能好，是航空航天、儀器儀表、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門的重要結(jié)構(gòu)材料。表1為6061-T6 鋁合金機(jī)械性能，表2 為6061-T6 鋁合金物理性能。

表1 6061-T6鋁合金機(jī)械性能

表2 6061-T6鋁合金物理性能

6061-T6 鋁合金中6061 表示是一種合金鋁，T6 表示熱處理狀態(tài)。表3 為A6061-T6 鋁合金化學(xué)成分，其主要合金元素為鎂與硅，具有中等強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、可焊接性，氧化效果較好。其硬度可達(dá)HV90 度以上，且具有良好的加工效果，無沙眼氣孔，平整度較好，是性價比較高的鋁合金材料。

表3 6061-T6鋁合金化學(xué)成分

2 6061-T6鋁合金成型工藝

鋁合金是純鋁通過冷加工強(qiáng)化，把強(qiáng)度提高多倍以上或通過添加鎂、錳、硅、銅、鋅、鋰、鈦等合金元素，再經(jīng)熱處理進(jìn)一步強(qiáng)化所形成的。冷加工是指金屬在低于再結(jié)晶溫度進(jìn)行塑性變形的加工工藝，如冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓等。冷加工變形抗力大，在使金屬成形的同時，可以利用加工硬化提高工件的硬度和強(qiáng)度。熱處理是指材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。

T6 狀態(tài)由固溶熱處理后進(jìn)行人工時效的狀態(tài)，適用于由固溶熱處理后，不再進(jìn)行冷加工（可進(jìn)行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限）的產(chǎn)品。

固溶熱處理是將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

時效處理可分為自然時效和人工時效兩種，自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，使其緩緩發(fā)生變形，從而使殘余應(yīng)力消除或減少。人工時效是將鑄件加熱到550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應(yīng)力去除較為徹底。

6000 系合金均熱棒一般要控制在450～500℃左右，非均熱棒一般要高10～20 ℃。擠壓溫度控制的核心在出口溫度，一般出口溫度要在540～580℃之間，溫度低了強(qiáng)度不夠，溫度高了容易過燒。前面鑄棒溫度也要跟后面出口溫度相適應(yīng)，比如擠壓比大的話，擠壓過程升溫較高，所以擠壓溫度要低一些，但是可能會出現(xiàn)首料擠不動的情況，這個時候就需要用稍微短的鑄錠。

3 鋁合金在附著式升降腳手架的應(yīng)用

鋁合金應(yīng)用在腳手架上，有著自重輕、耐腐蝕、可回收率高、勞動強(qiáng)度小、可重復(fù)利用的特點(diǎn)。但在實際使用中，切割和焊接時溫度較高，會大大影響鋁合金的性能，所以一般構(gòu)件采用擠壓成型工藝。下面簡要講幾種鋁合金構(gòu)件的成型工藝。

3.1 腳手板

腳手板主材型材有3 種形式。

1）采用600 寬鋁型材一次性擠壓成型，擠壓機(jī)要求噸位高，成本高，加強(qiáng)肋需要焊接，見圖1。

圖1 600寬鋁型材一次性擠壓成型

2）采用300 寬鋁型材擠壓成型后，拼焊或使用螺栓連接成600 寬腳手板，見圖2。

圖2 300寬鋁型材拼接或螺栓連接成型

3）采用200 寬和400 寬鋁型材擠壓成型后，拼焊或使用螺栓連接成600 寬腳手板，見圖3。

圖3 200和400寬鋁型材拼接或螺栓連接成型

以上3 種形式，型材按尺寸要求進(jìn)行切割，側(cè)肋使用沖孔機(jī)沖孔，腳手板端板焊接后可成型附著式升降腳手架使用腳手板。

3.2 導(dǎo)軌

導(dǎo)軌可直接擠壓成型，也可根據(jù)不同廠家的需要做成不同的截面，見圖4。

圖4 鋁型材導(dǎo)軌截面

3.3 立桿

立桿可直接擠壓成型，也可根據(jù)不同廠家的需要做成不同的截面，目前有50×50 截面、40×80 截面等，還有陰陽角立桿、因固定網(wǎng)片需要做成特殊帶耳立桿，孔距100mm，使用沖孔機(jī)沖孔，立桿形式見圖5。

圖5 鋁型材立桿形式

3.4 網(wǎng)框網(wǎng)片

網(wǎng)框網(wǎng)片分為瓦楞狀網(wǎng)片和網(wǎng)框網(wǎng)片組合型兩種形式。

瓦楞狀網(wǎng)片采用鋁材擠壓成鋁板，然后在鋁板上沖孔，再折彎，尺寸厚度形狀根據(jù)不同廠家而定，見圖6。網(wǎng)框網(wǎng)片組合型采用鋁材擠壓成鋁板、鋁方管，再使用鋁片、自攻絲、連接件連接，見圖7。

圖6 瓦楞狀網(wǎng)片

圖7 組合式網(wǎng)框網(wǎng)片

3.5 升降機(jī)構(gòu)（包含上下吊點(diǎn)、附墻件等）

考慮到鋁材的強(qiáng)度較鋼材小，上下吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使用鋁合金擠壓成型難度較大且成本較高，目前市場上上下吊點(diǎn)采用鋼型材質(zhì)較多，見圖8。

圖8 鋼型升降機(jī)構(gòu)

附墻件主體可通過鋁材擠壓成型，一些承重構(gòu)件，例如頂撐、防墜器目前仍較多采用鋼制，見圖9。

圖9 附墻件形式

3.6 其他

水平桁架、之字撐使用材料可以使用鋁合金擠壓，但是需要多次焊接構(gòu)件才可成型。有空間水平桁架可直接采用鋁合金擠壓成型，見圖10。

圖10 水平桁架和之字撐

4 機(jī)械性能實驗

鋁合金型材截面如圖11。

圖11 試驗型材截面

做初步力學(xué)實驗，用壓力機(jī)分別壓縮梯形型材的上下面，第一組和第二組出自不同擠壓機(jī)擠壓出來相同梯形截面型材的上表面。第三組和第四組出自不同擠壓機(jī)擠壓出來相同梯形截面型材的下表面。第一組和第三組、第二組和第四組分別出自同一擠壓機(jī)同一批次相同梯形截面型材的上、下表面。實驗型材長度6m，a 點(diǎn)表示距端部0.05m 中心點(diǎn)，b 點(diǎn)表示距端部3m 中心點(diǎn)，c 點(diǎn)表示距端部5.95m中心點(diǎn)，具體實驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 鋁合金型材擠壓實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)壓力機(jī)型號，換算成實驗鋁合金型材實際抗壓強(qiáng)度表，見表5。換算成實驗鋁合金型材實際抗剪強(qiáng)度表，見表6。

表5 實驗鋁合金型材實際抗壓強(qiáng)度表

表6 實驗鋁合金型材實際抗剪強(qiáng)度表

由上述數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論。

1）由第一組和第三組、第二組和第四組數(shù)據(jù)可知：同一臺擠壓機(jī)出來的同一根鋁合金型材的不同截面，其抗壓強(qiáng)度不同。

2）由第一組、第二組、第三組、第四組數(shù)據(jù)可知：同一臺擠壓機(jī)出來的同一根鋁合金型材不同部位（端部、中間），其抗壓、抗剪強(qiáng)度有差異。

3）由第一組和第二組、第三組和第四組數(shù)據(jù)可知：不同擠壓機(jī)或不同批次擠壓出來的相同截面的鋁型材，其抗剪強(qiáng)度有差異。

實驗受環(huán)境和器材的影響，具有一定誤差，后續(xù)仍需精密儀器和大量數(shù)據(jù)來進(jìn)一步驗證。

5 結(jié)語

鋁合金材料在附著式升降腳手架中的使用一般以鋼鋁混搭存在，用量最大的部件：立桿、腳手板、導(dǎo)軌可為鋁合金部件。網(wǎng)框網(wǎng)片因鋼制價格低，且強(qiáng)度高，不適宜使用鋁合金材料。上下吊點(diǎn)、附墻件、之字撐、連接件等因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需承力較大，不適宜使用鋁合金材料制作。

6061-T6 鋁合金性能受溫度影響較大，焊接后焊縫處如果未做熱處理，其力學(xué)性能將大大下降，其力學(xué)性能有待進(jìn)一步驗證。

6061-T6 鋁合金型材受加工環(huán)境和工藝過程影響，其機(jī)械性能呈現(xiàn)一定變化。