一张槽体图纸下到车间,焊工照着焊,焊完打压不漏,交付半年后从底角的焊缝根部裂开一条缝。查下来焊工手艺没问题,参数也对——问题出在图纸上,焊缝的位置从一开始就选错了。PP焊接结构的设计,和钢结构不是一套逻辑。
焊缝本身就是薄弱环节
不管热风焊还是挤出焊,焊缝区的材料都经历过一次熔融再结晶,晶粒形态和母材不一样,熔合线两侧还有一条被反复加热的热影响带。做拉伸试验,好焊缝能到母材强度的七八成,这已经是车间条件下的上限。所以结构设计的第一条:凡是能不焊的地方就不焊。
最典型的是槽体底角。底板和侧板拼焊,焊缝正好落在应力最集中的位置,槽内装满液体,底角一边受弯一边受拉,还叠加了焊接残余应力。用整板折弯做成L形,把焊缝挪到侧板中部去,那里是纯拉应力区,受力条件好得多。折弯要求板材厚度均匀、加热温度控制得住,这是选板的时候就该考虑的事。
不要让焊缝交叉
十字交叉的焊缝是结构设计里的老忌讳,在PP上尤其明显。交叉点处三个方向的收缩互相约束,谁也退让不了,残余应力在这一点叠加。这种地方装的时候完全看不出来,用上一年半载,从交叉点开始出细纹,再往两边跑。
做法是把十字改成丁字:让一条焊缝断开,与另一条错开一段距离,通常错开几倍板厚以上。加强筋的布置同理,筋与筋不要在同一点汇交,宁可错开排布。
接管和法兰的根部同理:一圈角焊缝本身已经是应力集中区,再让一条纵向拼板缝顶到这一圈上,等于把两个薄弱点叠在一起。排版下料时把纵缝转开一个角度避开,成本是零。
对称布置,控制变形
PP的收缩比金属大一个量级,焊缝冷却时的收缩量足以把整块板拉弯。同样的焊缝长度,对称分布在中性轴两侧,变形能互相抵消;单侧集中,板必翘。几条通用做法:
- 先焊收缩量大的焊缝。厚板、长焊缝、坡口大的先焊,让它在结构约束还小的时候把变形释放掉。
- 从中间往两端焊。不要从一头焊到另一头,那样应力会一路累积到收尾处。
- 大件分段退焊。每段几百毫米,方向与整体推进方向相反,把收缩打散。
- 对称件成对焊。两侧同时上人,进度尽量同步。
- 留出冷却时间。连着焊会让局部温度越积越高,母材软化,后面的焊缝质量跟着下降。
图纸上要留出焊枪的位置
这条最容易被忽略。画图的时候两块板的夹角看着很清楚,到车间才发现挤出焊枪的机头伸不进去。深窄槽的内侧角焊缝、密集加强筋之间的空档、接管根部一圈——这几处经常出现“设计得出来、焊不到”的情况。合理的顺序是先想清楚每条焊缝用什么方式焊、从哪个方向进枪、装配顺序怎么排,再定结构。金浩丰车间接来图外协件的时候,第一件事就是看图上有没有焊不到的角,有的话先跟客户商量改。
还有一条边界:不要让PP焊缝去承担结构荷载。大型槽体、带加热的槽体、有振动的场合,承力交给外部型钢框架,PP只做防腐内衬和密封。这个分工清楚了,焊缝设计的余地就大很多。
济南金浩丰供应PP板材、同批原料拉制的焊条以及配套棒材,也接来图外协加工。焊缝排布拿不准的,把结构简图发过来,我们按车间实际能做的工艺给意见——用不上加强筋的地方,我们不会劝你加。186 1558 6932。