摘要：针对自动扶梯桁架，在介绍桁架结构的基础上，提出桁架的焊接变形控制措施和火焰矫正措施，为保证桁架焊接施工质量，避免变形的产生提供可靠技术支撑。
关键词：自动扶梯桁架；焊接变形；变形控制；火焰矫正
桁架是自动扶梯的重要组成部分，它主要是由型材构成的敞开结构，尽管不同桁架段落有不同的尺寸，但其基本尺寸与结构形式均相同。上、下弦杆采用立柱相连，左、右单侧采用中间与底部横梁相连，桁架下部铺设底板，用于防止漏油，同侧按两根立柱间距设置斜梁，并在拐角部位设置加强板，以此提高强度。自动扶梯的桁架一般由角钢或方形管组成，本文研究的对象为方形管为主组成的桁架，上、下弦杆均为方形管，其中上弦杆尺寸主要有以下几种：120×60×5、120×60×7，而下弦杆的尺寸主要有：100×120×60×5、100×60×7。斜梁、立柱均为方管，其主要尺寸有60×5、60×7，中部横梁为6.3/4、7/4.5不等边角钢，底部横梁有50#角钢或5#槽钢几种常用尺寸材料。桁架焊接是扶梯加工重要工序，为减少或避免变形的产生，应切实做好变形控制及火焰矫正。
1自动扶梯桁架
对自动扶梯进行组装时，通常采用以下两种方法：第一种方法为放样法，借助工装平台，把左或右单侧根据图纸的要求放样至平台表面，然后摆放弦杆、立柱和斜梁，采用焊接的方法连接，再通过对单侧的组合，得到整个桁架。第二种方法为组合法，即先对上下段和中间段进行加工，再对加工而成的部分进行拼接。
对于现在常用的“蒂森克虏伯自动扶梯”，它采用的就是组合法，其主要原因为该方法具有很高的生产效率，能把技术的困难点分解至不同实际岗位，而且还能以任意的角度进行拼接，对各种型号的扶梯桁架均可生产，特别适用于公交型梯的300、27.30、23.20等任意的角度需求的变化。
2自动扶梯桁架焊接变形控制
2.1设计控制措施
保证所选焊缝的尺寸及形状合理性，这需要做到下列两点：
其一，以型材的厚度为依据，选择可满足工艺要求的焊缝尺寸。对焊缝尺寸而言，它是对桁架焊接变形有直接影响的重要因素之一，如果尺寸较大，除了会增加焊接的工作量，还会增大变形。基于此，应在使桁架有良好承载能力的基础上，尽可能使用小尺寸，特别是角焊缝的尺寸。然而，焊缝的尺寸也不可过小，因为如果焊缝过小，将加快冷却的速度，进而产生裂纹。实践过程中，需要结合以往经验，根据型材的厚度，采用可满足工艺要求的最小尺寸[1]。
其二，在条件允许的情况下进行双面焊接，做好相关设计。若相邻两条焊缝的间距较近，会产生很大的焊接应力及局部刚性。对此，焊缝的数量必须合理，且保证布置的均匀性，使焊缝与中心轴线相对称，进行双面焊接，以此消除挠曲变形。
2.2工艺控制措施
首先，保证所选工艺参数合理性。根据生产要求，预设工艺参数，然后用这些参数进行焊接，完成焊接后对缺陷、外观和强度进行综合评定，再以评价结果为依据，确定适宜的参数值，以此形成规范文件，包括焊接速度、焊接电流与电压、焊丝类型及直径等。在选择工艺参数时，应根据扶梯桁架使用的型材类型和厚度进行，当材料的厚度不断增加时，电流应随之增加。同时，焊接的速度应保持适中，如果材料厚度较大，则应减慢焊接的速度。当条件允许时，可提高焊接操作自动化水平，利用自动化设备来焊接，以保证焊接作业效率，避免焊接变形的产生。
其次，由于中间段有很长的焊缝，所以要制定合理可行的焊接作业顺序。在焊接时遵循的作业顺序，会对焊接变形造成很大影响，当顺序合理时，可借助自由收缩作用来抵消变形；而顺序不合理时，变形会不断叠加。通常情况下，对焊接的顺序进行改变，会使残余应力实际分布和实际的应力状态发生变化，起到减少变形的作用。在焊接过程中，应先将桁架放在焊接平台，利用专门的夹具将其固定好，采用点焊的方法固定连接分布的长焊缝，再予以加焊。在加焊时，应注意下列要点：第一，采用分散跳焊的方法，各段长度应控制在3m以内；第二，中间段的底板与下弦杆在自动焊过程中，其焊缝需要在立柱处截止，这样的目的在于中间段于上、下段的空档处无可靠支撑，其刚性较差，在焊接过程中会使弦杆发生弯曲；第三，在自动焊接过程中，多个焊机的参数设置应完全相同，包括行走的速度、电流和电压等，同时要按照相同的方向来施焊；第四，为避免由于刚性较差产生的变形，需在未设置横梁处采用斜梁，对上、下弦杆进行连接，以此实现刚性的增加[2]。
再次，利用工装夹具实现刚性固定，待焊接完成并冷却之后，将焊胎取出。对于刚性固定组装，主要是利用夹具对焊件进行固定，以此对弯曲变形和角变形进行有效控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用固定夹具，能把桁架可靠固定，限制变形的发生，随着装夹力的不断增加，变形逐步减小，在确保承载力的基础上，确定适宜装夹力，以此最大限度减小或防止变形的发生。
最后，采用反变形法，预留一定余量，来减少变形。先以相关经验为依据，对焊接变形方向及大小进行估算，然后在焊接装配过程中施加方向相反的变形，对焊接变形予以有效抑制和抵消。
3自动扶梯桁架焊接火焰矫正措施
火焰矫正主要有下列三种方法：第一种为线状加热；第二种为点状加热；第三种为三角形加热。火焰加热具体位置及火焰能量在很大程度上决定了火焰矫正实际效果。以采用低碳钢的桁架为例，其加热矫正过程中的温度为：当采用低温加热矫正法时，温度为500-600℃，采用水冷却的方法；当采用中温加热矫正法时，温度为600-700℃，采用水冷却或空气冷却的方法；当采用高温加热矫正法时，温度为700-800℃，采用空气冷却的方法[3]。
自动扶梯桁架一般采用高温加热矫正法，所采用的热源为氧乙炔焰作为加热用火焰，中性焰。火焰矫正具体工艺流程为：
（1）利用水平仪将桁架各段找正，再将水平度调整至允许误差范围以内。
（2）上头部以安装主驱动处两侧的左右上弦杆及下头部以安装张紧架处两侧的左右上弦杆的中心为依据，确定其整台桁架的中线具体位置后固定好中心线
（3）中心线确定后，移动中心线锥，使用钢直尺每间隔4米对桁架的左、右单侧弦杆实际分中偏差进行检测，并在弦杆内侧做好相应的尺寸标记。
（4）根据尺寸标记，若对称尺寸存在偏差且超出工艺允许值的，则需进行火焰校正。偏差严重的需反复进行矫正，直到偏差处于允许范围内为止。具体的操作步骤及方法如下：
当桁架单侧的对中线尺寸大于理论值且误差小于5MM时，选择离测量点最近的该侧立柱内侧进行火焰加热，加热中心点选择在靠近下弦杆的100MM处，三角形状加热，三角形箭头朝向桁架外侧，内侧加热宽度控制在40-80mm范围内，温度按600-700℃控制，自然冷却即可；其宽度范围的选择视偏差大小而定，按照相关经验，对该一个点进行加热，弦杆的中线将向里侧偏移1-3mm；即对该点加热能满足对中误差小于5MM时的矫正工艺要求.
当桁架单侧的对中线尺寸大于理论值且误差大于5MM时，上述的单点加热无效果，需对同截面的用于固定导轨固定板的横梁进行同步加热，加热中心点选择在靠近立柱的100MM处，三角形状加热，三角形箭头朝向桁架底部.有时还需结合同侧的上弦杆内侧进行同步加热，上弦杆的加热区域需在与立杆的接缝处，且形状也是箭头朝外的三角形状.综合上述措施直到偏差切实满足要求后停止。
当桁架单侧的对中线尺寸存在较小的中线尺寸时：则对该侧桁架立柱的外侧进行加热，加热中心点选择在靠近下弦杆的100MM处，三角形状加热，三角形箭头朝向桁架内侧，外侧加热区域宽度控制在40-80MM范围内，温度按500-600℃控制，采用自热冷却的方法。通过热胀冷缩，使加热区中的钢材出现塑性变形，实现尺寸装配目标。对一个立柱进行加热，能减小1-3mm的误差，当偏差较大时，靠立柱单点加热不奏效时应考虑其它适当部位多点加热，通过综合措施保证桁架的对中尺寸符合工艺要求.
当桁架整体发生弯曲变形时，一般表现为桁架弦杆上拱：当上弦杆材料尺寸为120×60×5、下弦杆材料为100×60×5且上拱尺寸较小时，只需对上弦杆进行加热，注意加热部位必须在离最高点最近的立杆支撑处，不能在前后两立杆之间的上弦杆处加热，否则会出现弦杆在加热点冷却后产生突然弯曲的感官。加热形状为箭头朝下的三角形；如遇上下弦杆材料臂厚为7MM或上拱尺寸较大时，除先对上弦杆加热外还需结合下弦杆的加热，注意两加热处均需在与立杆的交接处。加热形状均为箭头朝下的三角形，三角形宽度视弦杆规格而定，温度控制在600-700℃范围内，自动冷却。利用以上方法，能使中间段的弯曲变形减小近20mm，效果十分显著。
按照以上工艺对桁架的每个部分进行矫正，到底部中线尺寸和上部均满足实际要求，且直线度处在允许范围内时完成矫正。
4结束语
综上所述，在桁架焊接过程中，难免会产生一定弯曲变形，对产品的质量造成影响，对此应在设计和工艺上予以严格控制，避免变形的产生，并针对已经产生的变形，采用火焰矫正的方法进行处理。
参考文献：
[1]吴建龙.自动扶梯特殊外装饰板设计规则及安装工艺方法研究[J].中国电梯，2018（24）：52-56+59.
[2]何先学，何焕锋，陈龙海，等.浅析自动扶梯桁架优化设计[J].中国电梯，2018，29（23）：125-127+256.
[3]武德，张劭阳，李建国，等.地铁重载型自动扶梯更新改造的思考及案例[J].中国电梯，2018，29（17）：67-70.
论文作者:郭家寅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：桁架论文; 尺寸论文; 下弦论文; 立柱论文; 上弦论文; 火焰论文; 角形论文; 《基层建设》2019年第6期论文;