不同冷卻速度下高密度聚乙烯管道熱熔焊焊縫模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著社會和科技的進(jìn)步，聚乙烯管道逐步取代了傳統(tǒng)金屬管道，在給水和燃?xì)廨斔偷阮I(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。聚乙烯管道在使用過程中，最易破壞和泄漏的部位就是管道的接口部位，聚乙烯管道的熱熔焊接頭性能優(yōu)劣對管道系統(tǒng)的安全尤為重要。在聚乙烯管道熱熔焊接過程中，焊接參數(shù)選擇和設(shè)置是決定焊接接頭性能的重要影響因素，是影響壓力管道安全應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。
　　本文針對高密度聚乙烯管道熱熔對接焊，利用MARC軟件建立高密度聚乙烯管道焊接接頭一維非穩(wěn)態(tài)整體傳熱模

2、型，對HDPE管快速冷卻焊接溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行模擬研究，模擬焊縫在不同冷卻速度下溫度場及應(yīng)力場分布。為驗(yàn)證模擬結(jié)果，采用規(guī)格為直徑110 mm，SDR=17，壁厚6.47 mm的PE100給水管道作為試驗(yàn)材料，在不同工藝條件下進(jìn)行焊接。選取最優(yōu)焊接溫度210℃條件下，采用0.2 MPa焊接壓力對HDPE管進(jìn)行焊接，加壓過程完成后將焊接接頭快速放入冷熱循環(huán)箱。分別設(shè)置冷熱循環(huán)箱溫度為-15℃、-10℃、0℃、10℃、15℃，使焊接接頭冷卻

3、至室溫25℃，獲得不同冷卻條件下的焊接接頭。焊接和冷卻過程中全程利用熱電偶和溫度巡檢儀對焊接接頭溫度進(jìn)行實(shí)時采集。通過實(shí)際測得焊接溫度場變化與模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，趨勢一致。
　　為解決高密度聚乙烯管焊縫質(zhì)量評定過中周期長、成本高、工藝制定靠經(jīng)驗(yàn)以及分析不準(zhǔn)確等問題。研究開發(fā)了高密度聚乙烯管熱熔焊焊接工藝數(shù)據(jù)庫，包括材料類型表、熱熔焊焊接參數(shù)表、快速冷卻下焊縫斷口數(shù)據(jù)表及退火條件下焊縫斷口數(shù)據(jù)表等，對數(shù)

4、據(jù)的分析提供了便利。
　　為了優(yōu)化熱熔焊工藝，將焊接溫度為210℃，焊接壓力0.2 MPa條件下自然冷卻至室溫的焊接接頭，放入保溫爐中以70℃、80℃、90℃、100℃進(jìn)行24小時保溫后冷卻至室溫。將焊后自然冷卻，焊后保溫?zé)崽幚?，焊后快速冷卻三種焊后處理工藝條件獲得焊接接頭，進(jìn)行彎曲試驗(yàn)、掃描電鏡試驗(yàn)和XRD測試，通過測試數(shù)據(jù)分析，得到不同的冷卻速度，對焊縫結(jié)晶度的影響。得出，18.6℃/min的冷卻速度為聚乙烯熱熔焊接的最佳冷卻