自动扶梯桁架焊接变形分析与控制纠正
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Ｌ ３ｍｍ×６ｍｍ， 钢一 般 为 Ｕ ０ｍｍ＿ ． ６ 槽 ８ １ 桁架 焊接 后会 出现焊 接变 形 ， ］ 由于 其跨 度大 、 长度 长 ， 少许 的焊接
变形都 将 直接影 响 桁架 结构 尺寸 ， 而影 响后 序装 配 精度 和整梯 运 行 效果 ， 从 降低 桁 架 整体 结 构 承 载力 ． 为
ｖ ｌ ｅ ．ｈ ａ ｓ ｓｏ ｌ ｉ ｇ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｓ ｏ ｌ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｌ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ Ａｃ ａｕ ｓ ｔ ｅ ｃ ｕ ｅ ｆｗｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｈ ｕ ｄ ｂ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔ ｏ ｔｏ ｄ ｅ ｉ ｏ ａ ｍｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔ ． — ｏ
焊接 变形 ．
同时 ， 焊缝在 设计 上未 避开最 大应 力作 用 的截 面 ， 得桁 架 应力 集 中处及 其 附近 ， 缝 引起 的挠 曲变 使 焊 形相互 叠加 ． 另外 ， 由于焊缝 未布置 在工 作时 最有效 的地方 ， 少量 的焊接 金属 得不 到最佳 的承 载效果 ． 使
焊缝尺 寸大 小直接 影 响焊接 变形 的大小 ． 桁架各 零件 之 间的搭接 方式 不合 理与接 触 问隙过 大 ， 焊缝 使
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、
腹杆
底板 横粱 上弦杆 下弦杆
图 １ 自动扶梯 的总装配 图
Ｆｉ ． Ｃｏ ｅ ｅ ｓ ａ ａ ｏ ｓ ｅ ｂ ｙ ｇ１ ｍｐ ｔ ｄ ｅ ｃ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｍ ｌ
图 ２ 自动扶梯 桁架结构 图
随着现 代大工 业 生产 与新 技术 的迅 猛发 展 ， 对焊 接技 术 提 出了更 高 的要 求— — 高质 量 、 高经济 性和 高 可靠性 ． 焊接 变形 是直 接影 响构 件结 构性 能 、 安全 可靠 性 等 的重要 因素 ， 它在 一定 条件 下 ， 会对 结构 的断 裂 特性 、 劳强 度和 形状 尺寸 精度 等产 生 十分不 利 的影 响 ． 疲 自动 扶梯 桁架 采用 槽钢 和 角钢 焊 接 而 成 ， 般 弦 杆 为 Ｌ ２ ｘ８ ×１ 一 １５ｍｍ ０ｍｍ ０ｍｍ， 拉 角 钢 一般 为 斜
ｃ ｒ ｎ ｙ， ｈ ｏ ｒ ｔ ｉｓ ｆ ｒ ｗｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｃ ｎ ｂ ａ ｋｌ ｓｎｇ ｃ ｍ ｐ ｎ ｎｔｄ ｉ ｎ ａ ｎｕ— ｏ ｄｉ ｇｌ ｔ ｅ ｃ ｎｔｏｌｍｅ ｒｃ ｏ ｌ ｉ ｇ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ａ ｅ ｔ ｃ ｅｄ ｕ ｉ ｏ ｏ ｅ ｅｓｇ ｎｄ ｍａ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ ａ ｄ ｗｅｌ ｎｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ． ｅ ｎｗｈ ｌ ｔ ｅ ｕ ａ ｏｉａ ｅ ｄ ｆ ｒ ａ ｔｒｎ ｎ ｄｉ ｒ ｃ ｓ ｅｓ Ｍ ａ ｉｅ， ｈ ｎ ｖ ｄ ｂｌ ｅ ｏ ｍａｔｏ ｈ ｕｌ ｅ ｒ ｃ ｉｉ ｄ ｔ ｅ ｈ ｉ ｎ ｓ ｏ ｄ ｂ ｅ ｔｆｅ ｏ ｍ ｅｔ ｔ ｅ ｑｕ ｌｔ ｅ ｈｎ ｌ ｇｉａ ｅ ｎ ｎ ｅｓ ａ ａ ｏ ｒ ｓ ． ａ ｉｙ ｔ ｃ ｏ ｏ ｃ ｌｄ ｍａ ｄｓｏ ｃ ｌ ｔ ｒ ｔ ｕ ｓ Ｋｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ：ｅ ｃ ａ ｏ ； ｌ ｉ ｇ ｄ ｆ ｒ ｔｏｎ；ｃ ｎｔ ｏ ｎｄ ｃ ｒ ｅ ｔｏ ｓ ａｌｔ ｒ ｗｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｏ ｒ ｌａ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ
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尺寸过 大 ， 而使 焊材使 用量 增大 ， 从 热变 形量增 加 ， 变形 区域 扩大 ． 终 直接影 响到 焊接 变形量 ． 热 最
２ ２ 焊 接工 艺方 面 ． 焊 接方法 、 焊接 参数 和焊 接顺 序等 的选 取不 当也 会造成 的变 形有 明显 的差 别 ． 电弧 电压和焊 接 电流过
因进 行分 析 ． ２ １ 桁 架设计 方面 ．
自动 扶梯桁 架在 设计 时为保 证其 承载 能力和结 构 强度 ， 置 了过多 的腹 杆 和横 梁 、 设 斜撑 ． 于桁架 的 由
焊装 特性 ， 导致 型材 间连接 焊缝数 量过 多 ， 分集 中 ， 置不均 匀 ． 大工 作量 ， 过 布 增 在浪 费焊 材 的同时 ， 加剧 了
第 ９卷 第 ３期 ２ １ 年 ９月 ０１
中
国
工
程
机
械
学
报
ＶｏＩ９ Ｎｏ． ． ３ Ｓ ｐ．２０ １ ｅ １
Ｃ ＮＥ ＥＪ ＨＩ Ｓ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦＣＯＮＳ ＴＲＵＣ ＯＮ ＴＩ ＭＡＣＨＩ ＲＹ ＮＥ
自动 扶 梯 桁 架 焊 接 变 形 分 析 与 控 制 纠 正
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ａａ ｏ ｒ ｓ ， ｉｈ ｉ ｅ ｅ ａｌ ｌｅ ｙ ｓ ｃ ｅ ｔ ｎ ｓａ ｇ ｅ ｉｏ ｓ ａ ｄ Ｕ．ｈ ｐ ｅ ｅ ｃ ｌｔ ｒ ｔｕ ｓ ｗｈ ｃ Ｓ ｇ ｎ ｒ ｌ ｗｅｄ ｄ ｂ ｕ ｈ ｓ ｃｉ ｓａ ｎ ｌ ｒ ｎ ｎ ｓ ａ ｅ ｙ ｏ
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２ ３ 工 装夹 具方 面 ．
工 装夹 具 的使用 是控 制焊 接变 形 的 主要措 施 ． 夹具 装 夹位 置 应 尽量 对 称 ， 内应 力相 互 抵 消 ． 使 如果 工 装 夹具 数量 太多 ， 则桁 架始 终 处 于刚性 约束 下 ， 焊接 残余 应力 就 会增 大 且得 不 到 释 放 ； 当桁 架脱 离 工装 夹 具 约束 时 ， 架 内应力 的综 合作 用 就会 使得桁 架 产 生变 形 ． 如果 夹 具 数量 太 少 或 夹 紧力 不 足 ， 桁 但 则会 导 致
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第 ９卷
形位尺寸基本一致． 弦杆采用角钢， 中间间隔 ｌ 根竖直槽钢和斜拉角钢， 拐角处有加强板 ， 横向有底横和中 横 槽钢 ， 底部焊 有厚 钢板 ． 架各 段在 纵 向上 左右对 称 ， 因腹板 以上无 固定 与支 撑 ， 桁 但 焊缝 偏 下部 ， 以焊 所 接 时上部 宽度 尺寸 易变化 ． 中间段 比较 长 ， 缝分 布与 中性 轴不 对称 ， 以横筋 焊缝 横 向及纵 向收缩 最 易 焊 所 产 生挠 曲上拱 ． 外 ， 此 左右 ２片错移 或组 焊前平 直度不 符 合要 求 也会 造成 中间段 对 角 线变 差 ． 下弯 曲段 上 的变形 比较复 杂 ， 因主梁弯 形引起 的扭 曲及 因焊接 弯形接 口收缩 造成 的提 升角过 小 ， 有桁 架整体 弯 曲或 还 扭 曲引起 上下 弯 曲段 桁架对 角线 变差 ， 焊缝分 布不均 衡 产生 的各 种综 合 变 形 ， 得 形 位公 差 较难 保 证 ． 使 变
控制 和消 除变形 ， 对产 生焊 接变 形 的原 因进 行分 析 ； 从 构件设 计 、 应 并 制造 工 艺 、 接 工艺等 方 面探讨 了焊 焊
接变形 与 焊接应 力 的控制 措 施 ； 同时对 不 可避 免产 生 的变 形 ， 给予 必 要 的矫 正 ， 要 以期 符合 自动 扶梯 桁 架 技 术质 量要 求 ．
大， 会使 焊接 热输 入变 大 ， 焊缝 熔深 和熔 宽变 大 ， 热变 形加 大 ． 果焊 接速 度 不 当 ， 造 成 焊 缝两 侧 咬 边或 如 会
产 生烧 穿和焊缝 组 织变粗 的缺陷 ．
第 ３期
吴 战国， ： 等 自动扶梯桁架焊接 变形分 析与控 制纠正
３９ ３
在 同一单 片上焊接 时 ， 未使 用热量分 散 、 称 分布 的施 焊方 法 ， 对 未使用 从 中 问向两 端或从 两 端 向 中间的 施焊 ， 未使用跳焊 法等避 免工件局部 加热集 中 的方法 ， 也 从而不 能达到焊接 变形相互抵 消而减小 的 目的．
吴 战 国 ， 洪 雷 ， 升 超 李 王
（ 济大学 机械工程学 院， 海 同 上 ２１０ ） ０ ８ ４
摘要 ：自动扶梯桁架是 自动扶梯 内部结构的安装基础 ， 多采用角钢 、 钢等型材 以焊 接的方式 进行拼装 ， 槽 其焊 接 的变形量至关重要 ． 为控制 和消 除变形 ， 对产生焊接 变形 的原因进行分析 ； 并从 构件设 计 、 制造 工艺 、 焊接工艺 等 方面探讨 了对焊接 变形 的控制措施 ； 同时对不可避免产生 的变形 ， 给予必要 的矫正 ， 以期符合 自动扶 梯桁架 的技
１ 自动 扶梯 桁 架 焊 接 变 形 分 类 及 影 响
１ １ 桁 架 焊接 变形 分类 ． 自动扶 梯桁 架 的外形 和截 断 面分 别如 图 １和 图 ２所 示 ， 然 桁 架 的各 段 形 状 不 同 ， 寸 很 多 ， 关 键 虽 尺 但
作 者 简 介 ：吴 战 国 （９ ８ ） 男 ， １６ ， 副教 授 ． — ｉ ｓｐ ｒｏｅ ＠ １６ ＣＩ Ｅｍａｌ ｕ ｅｇ ｄｒ ２ ．Ｏ］ ： １
Ｆｉ ． Ｅｓ ａ ａ ｏ ｒ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｇ２ ｃ ｌ ｔｒｔ ｕ ｓｓｒ ｃ ｕ ｅ
１ ２ 焊 接变 形影 响 ．
焊 接变形 的影 响为 ①对结 构稳 定性 的影 响 ： 结构 的有效 截 面 积减 小 ， 结构 的刚度 也 随之 降低 ． 同时 改
变 了有效 截 面积 的分布 ， 结构 稳定性 有所 降低 ． 使 ②对静 载强 度 的影 响 ： 随着外 力 的增加 ， 构件 应力 分布不
形 分为① 弯 曲变形 ： 铅垂 方 向和水 平 方 向内产生上 下挠 曲和侧 向弯 曲． 在 ②扭 曲变形 ： 弦杆 焊后 在 全 长 范 围内依轴线 扭转 １ 角度 ． 个 ③波浪 变形 ： 焊架 组焊成 形后 ， 从 在桁 架 的总高度 上会存 在 收缩现 象 ， 同时桁架
因残余 内应力 的作 用发 生金 属弹性 变化 ， 形成桁 架 的波浪 变形 ．
均 匀 ， 力峰值 将不 断增加 ， 应 变形 加 大 ， 静载 强度下 降 ， 而会 大 大 降低 构件 的承 载能 力 ． 降低 了焊 件 的 从 ③ 加 工精度 和尺 寸稳定 性 ．
２ 自动 扶梯 桁 架焊 接 变 形 的原 因
利用 相 同的焊 接程序 焊接相 同的焊件 时 ， 各个 焊件 的翘 曲变形 也会 有 明显 不 同 ． 这可 能是 因为 工件 中 的原 始应 力不 同 ， 可能是 因为 不 同焊 工 的操 作技 术有 差异 ． 于 焊接 变形 的复 杂性 ， 对 几种 可 能 的原 也 鉴 针
术与质量要求 ． 关 键 词 ：自动 扶 梯 ； 接 变形 ； 制 纠正 焊 控 中图 分 类 号 ：Ｔ ０ Ｇ４ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ ６ ２—５ ８ （０ １０ ０ ３ —０ ５ １２ １ ）３— ３ ７ ５
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变形都 将 直接影 响 桁架 结构 尺寸 ， 而影 响后 序装 配 精度 和整梯 运 行 效果 ， 从 降低 桁 架 整体 结 构 承 载力 ． 为
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焊接 变形 ．
同时 ， 焊缝在 设计 上未 避开最 大应 力作 用 的截 面 ， 得桁 架 应力 集 中处及 其 附近 ， 缝 引起 的挠 曲变 使 焊 形相互 叠加 ． 另外 ， 由于焊缝 未布置 在工 作时 最有效 的地方 ， 少量 的焊接 金属 得不 到最佳 的承 载效果 ． 使
焊缝尺 寸大 小直接 影 响焊接 变形 的大小 ． 桁架各 零件 之 间的搭接 方式 不合 理与接 触 问隙过 大 ， 焊缝 使
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图 １ 自动扶梯 的总装配 图
Ｆｉ ． Ｃｏ ｅ ｅ ｓ ａ ａ ｏ ｓ ｅ ｂ ｙ ｇ１ ｍｐ ｔ ｄ ｅ ｃ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｍ ｌ
图 ２ 自动扶梯 桁架结构 图
随着现 代大工 业 生产 与新 技术 的迅 猛发 展 ， 对焊 接技 术 提 出了更 高 的要 求— — 高质 量 、 高经济 性和 高 可靠性 ． 焊接 变形 是直 接影 响构 件结 构性 能 、 安全 可靠 性 等 的重要 因素 ， 它在 一定 条件 下 ， 会对 结构 的断 裂 特性 、 劳强 度和 形状 尺寸 精度 等产 生 十分不 利 的影 响 ． 疲 自动 扶梯 桁架 采用 槽钢 和 角钢 焊 接 而 成 ， 般 弦 杆 为 Ｌ ２ ｘ８ ×１ 一 １５ｍｍ ０ｍｍ ０ｍｍ， 拉 角 钢 一般 为 斜
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因进 行分 析 ． ２ １ 桁 架设计 方面 ．
自动 扶梯桁 架在 设计 时为保 证其 承载 能力和结 构 强度 ， 置 了过多 的腹 杆 和横 梁 、 设 斜撑 ． 于桁架 的 由
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自动 扶 梯 桁 架 焊 接 变 形 分 析 与 控 制 纠 正
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ａａ ｏ ｒ ｓ ， ｉｈ ｉ ｅ ｅ ａｌ ｌｅ ｙ ｓ ｃ ｅ ｔ ｎ ｓａ ｇ ｅ ｉｏ ｓ ａ ｄ Ｕ．ｈ ｐ ｅ ｅ ｃ ｌｔ ｒ ｔｕ ｓ ｗｈ ｃ Ｓ ｇ ｎ ｒ ｌ ｗｅｄ ｄ ｂ ｕ ｈ ｓ ｃｉ ｓａ ｎ ｌ ｒ ｎ ｎ ｓ ａ ｅ ｙ ｏ
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２ ３ 工 装夹 具方 面 ．
工 装夹 具 的使用 是控 制焊 接变 形 的 主要措 施 ． 夹具 装 夹位 置 应 尽量 对 称 ， 内应 力相 互 抵 消 ． 使 如果 工 装 夹具 数量 太多 ， 则桁 架始 终 处 于刚性 约束 下 ， 焊接 残余 应力 就 会增 大 且得 不 到 释 放 ； 当桁 架脱 离 工装 夹 具 约束 时 ， 架 内应力 的综 合作 用 就会 使得桁 架 产 生变 形 ． 如果 夹 具 数量 太 少 或 夹 紧力 不 足 ， 桁 但 则会 导 致
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第 ９卷
形位尺寸基本一致． 弦杆采用角钢， 中间间隔 ｌ 根竖直槽钢和斜拉角钢， 拐角处有加强板 ， 横向有底横和中 横 槽钢 ， 底部焊 有厚 钢板 ． 架各 段在 纵 向上 左右对 称 ， 因腹板 以上无 固定 与支 撑 ， 桁 但 焊缝 偏 下部 ， 以焊 所 接 时上部 宽度 尺寸 易变化 ． 中间段 比较 长 ， 缝分 布与 中性 轴不 对称 ， 以横筋 焊缝 横 向及纵 向收缩 最 易 焊 所 产 生挠 曲上拱 ． 外 ， 此 左右 ２片错移 或组 焊前平 直度不 符 合要 求 也会 造成 中间段 对 角 线变 差 ． 下弯 曲段 上 的变形 比较复 杂 ， 因主梁弯 形引起 的扭 曲及 因焊接 弯形接 口收缩 造成 的提 升角过 小 ， 有桁 架整体 弯 曲或 还 扭 曲引起 上下 弯 曲段 桁架对 角线 变差 ， 焊缝分 布不均 衡 产生 的各 种综 合 变 形 ， 得 形 位公 差 较难 保 证 ． 使 变
控制 和消 除变形 ， 对产 生焊 接变 形 的原 因进 行分 析 ； 从 构件设 计 、 应 并 制造 工 艺 、 接 工艺等 方 面探讨 了焊 焊
接变形 与 焊接应 力 的控制 措 施 ； 同时对 不 可避 免产 生 的变 形 ， 给予 必 要 的矫 正 ， 要 以期 符合 自动 扶梯 桁 架 技 术质 量要 求 ．
大， 会使 焊接 热输 入变 大 ， 焊缝 熔深 和熔 宽变 大 ， 热变 形加 大 ． 果焊 接速 度 不 当 ， 造 成 焊 缝两 侧 咬 边或 如 会
产 生烧 穿和焊缝 组 织变粗 的缺陷 ．
第 ３期
吴 战国， ： 等 自动扶梯桁架焊接 变形分 析与控 制纠正
３９ ３
在 同一单 片上焊接 时 ， 未使 用热量分 散 、 称 分布 的施 焊方 法 ， 对 未使用 从 中 问向两 端或从 两 端 向 中间的 施焊 ， 未使用跳焊 法等避 免工件局部 加热集 中 的方法 ， 也 从而不 能达到焊接 变形相互抵 消而减小 的 目的．
吴 战 国 ， 洪 雷 ， 升 超 李 王
（ 济大学 机械工程学 院， 海 同 上 ２１０ ） ０ ８ ４
摘要 ：自动扶梯桁架是 自动扶梯 内部结构的安装基础 ， 多采用角钢 、 钢等型材 以焊 接的方式 进行拼装 ， 槽 其焊 接 的变形量至关重要 ． 为控制 和消 除变形 ， 对产生焊接 变形 的原因进行分析 ； 并从 构件设 计 、 制造 工艺 、 焊接工艺 等 方面探讨 了对焊接 变形 的控制措施 ； 同时对不可避免产生 的变形 ， 给予必要 的矫正 ， 以期符合 自动扶 梯桁架 的技
１ 自动 扶梯 桁 架 焊 接 变 形 分 类 及 影 响
１ １ 桁 架 焊接 变形 分类 ． 自动扶 梯桁 架 的外形 和截 断 面分 别如 图 １和 图 ２所 示 ， 然 桁 架 的各 段 形 状 不 同 ， 寸 很 多 ， 关 键 虽 尺 但
作 者 简 介 ：吴 战 国 （９ ８ ） 男 ， １６ ， 副教 授 ． — ｉ ｓｐ ｒｏｅ ＠ １６ ＣＩ Ｅｍａｌ ｕ ｅｇ ｄｒ ２ ．Ｏ］ ： １
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１ ２ 焊 接变 形影 响 ．
焊 接变形 的影 响为 ①对结 构稳 定性 的影 响 ： 结构 的有效 截 面 积减 小 ， 结构 的刚度 也 随之 降低 ． 同时 改
变 了有效 截 面积 的分布 ， 结构 稳定性 有所 降低 ． 使 ②对静 载强 度 的影 响 ： 随着外 力 的增加 ， 构件 应力 分布不
形 分为① 弯 曲变形 ： 铅垂 方 向和水 平 方 向内产生上 下挠 曲和侧 向弯 曲． 在 ②扭 曲变形 ： 弦杆 焊后 在 全 长 范 围内依轴线 扭转 １ 角度 ． 个 ③波浪 变形 ： 焊架 组焊成 形后 ， 从 在桁 架 的总高度 上会存 在 收缩现 象 ， 同时桁架
因残余 内应力 的作 用发 生金 属弹性 变化 ， 形成桁 架 的波浪 变形 ．
均 匀 ， 力峰值 将不 断增加 ， 应 变形 加 大 ， 静载 强度下 降 ， 而会 大 大 降低 构件 的承 载能 力 ． 降低 了焊 件 的 从 ③ 加 工精度 和尺 寸稳定 性 ．
２ 自动 扶梯 桁 架焊 接 变 形 的原 因
利用 相 同的焊 接程序 焊接相 同的焊件 时 ， 各个 焊件 的翘 曲变形 也会 有 明显 不 同 ． 这可 能是 因为 工件 中 的原 始应 力不 同 ， 可能是 因为 不 同焊 工 的操 作技 术有 差异 ． 于 焊接 变形 的复 杂性 ， 对 几种 可 能 的原 也 鉴 针
术与质量要求 ． 关 键 词 ：自动 扶 梯 ； 接 变形 ； 制 纠正 焊 控 中图 分 类 号 ：Ｔ ０ Ｇ４ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ ６ ２—５ ８ （０ １０ ０ ３ —０ ５ １２ １ ）３— ３ ７ ５
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