乙烯管道电熔接头焊接过程温度场分析.pdfVIP

第30卷第3期 焊 接 学 报 V01．30No．3 200 March2009 9年3月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION 聚乙烯管道电熔接头焊接过程温度场分析 郑津洋1， 施建峰1， 郭伟灿1’2， 丁守宝2， 石 平2， 王 卉H (1．浙江大学化工机械研究所，杭州310027； 2．浙江省特种设备检验研究院，杭州310020) 摘要：电熔焊接是聚乙烯燃气管道常用的连接技术之一．电熔焊接过程的温度场分 布对接头的强度和寿命有着重要的影响．文中建立了聚乙烯管道电熔焊接接头的一维 非稳态整体传热模型，综合考虑聚乙烯比热容、密度和热导率的温度非线性，电阻丝与 聚乙烯的热导率以及实时输入功率随温度变化对温度场的影响．结果表明，利用文中 的方法可以准确地预测电熔焊接过程的温度场，跟踪焊接功率的实时变化情况． 关键词：聚乙烯管道；电熔接头；温度场；数值模拟 文献标识码：A 郑津洋 中图分类号：TQ320．67 文章编号：0253—360X(2009103—0005—05 0序 言 之一，如果焊接模型无法准确预、狈4电源实际输入功 率的数值及其变化情况，那么在此基础上得到的温 聚乙烯管道以其质轻价廉、比强度大、比刚度高 度场结果是难以与实际相符的． 以及耐磨损、耐腐蚀、绝缘等优势正逐渐代替金属管 文中运用传热学理论，综合考虑了聚乙烯比热 道，成为埋地燃气管道发展的主流…．电熔焊接接 容、密度和热导率，电阻丝与聚乙烯间的接触热导以 头在聚乙烯管道连接中大量使用，其质量直接关系 及焊机输入功率等因素随温度变化的影响，建立了 到整个管道系统运行的安全性．研究表明[2-41，电聚乙烯管道电熔接头一维非稳态整体传热模型．采 熔焊接过程接头内部的压力场形成主要依赖于焊接 用Skeel方法对微分方程进行数值求解．通过布置 温度场．焊接温度场与压力场共同影响着焊接界面 热电偶测量焊接接头中管材与套筒界面的温度，并 之间高分子的扩散与缠结．焊接后接头的强度、韧 利用电熔焊机测量不同焊接电压下焊接过程的输入 性以及断裂性能等都依赖于界面高分子之间的扩散 热量．温度场与热量测量试验结果与预测值十分吻 以及缠结程度．因此焊接温度场的研究对焊接过程 合，模型可用于接头温度场预测和焊接工艺参数优 的模拟以及提高接头力学性能具有重要意义。 化． 国内外许多学者研究了电熔焊接过程的温度 场．师春生等人【51建立了一维轴对称传热模型，用 1焊接温度场建模 有限差分方法计算温度场，然而模型中没有整体考 虑管材与套筒间的相互影响，且忽略了聚乙烯材料 1．1电熔焊接原理 性质的温度非线性．Nakashiba，Nishimura[6’7]，Fu． 聚乙烯管道电熔接头如图1所示．电熔焊接的 jikake等人1副用有限元方法建立了电熔接头的整体 基本原理是通过在加热电阻丝两端加一恒定电压， 传热模型，考虑了聚乙烯材料的热导率、比热容、密 利用电阻丝的焦耳效应发热将套筒与管材壁面附近 度等随温度变化对结果的影响，但选取一个恒定输 的聚乙烯熔融并粘接在一起．电熔焊接存在诸多非 入功率计算热流密度，且没有给出该计算输入