[發(fā)明專利]一種PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710160935.X
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106940747A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊其華;張若玙;謝佳敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法。

背景技術(shù)

PE電熔管件的主體是聚乙烯材料套筒，在套筒內(nèi)壁嵌有螺旋纏繞的電阻絲，電阻絲兩端接有接線柱，伸出套筒兩接線端用于電熔焊機(jī)接入。電熔焊接是指將需焊接的兩管端插入電熔管件中并緊密配合，使用電熔焊機(jī)對電熔管件兩接線柱進(jìn)行通電，致使電阻絲產(chǎn)生焦耳效應(yīng)，調(diào)節(jié)通電時(shí)間積累熱量，使溫度達(dá)到聚乙烯管材熔點(diǎn)，管子外壁及管件內(nèi)壁熔化膨脹，由于管子和管件間的壓力致使熔化區(qū)相互融合，停止通電逐漸冷卻后，管子就通過管件連接在一起了。電熔焊接是PE管道連接的主要方式。

現(xiàn)有電熔管件焊接工藝參數(shù)的制定主要有兩種方式：第一種是通過焊接試驗(yàn)確定，即通過嘗試不同的焊接工藝參數(shù)搭配進(jìn)行試驗(yàn)，然后對每種搭配方式焊接結(jié)果進(jìn)行接頭處剝離實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，從而選取效果最好的焊接參數(shù)。這種方法的缺點(diǎn)在于耗費(fèi)試驗(yàn)材料、試驗(yàn)周期長、耗費(fèi)人力。第二種方式是根據(jù)材料的熱性能參數(shù)，利用數(shù)值分析或有限元模型仿真出焊接過程中的電熔焊接組件內(nèi)部溫度場情況，根據(jù)判斷內(nèi)部溫度是否達(dá)到經(jīng)驗(yàn)焊接要求來確定焊接工藝參數(shù)，如專利CN201310749560.2。這種方法節(jié)省了人力財(cái)力時(shí)間，但僅通過溫度場來判斷焊接進(jìn)程，無法判斷由于局部并絲造成溫度快速升高而提前達(dá)到焊接溫度情況或過焊等情況，且實(shí)際焊接施工時(shí)，經(jīng)常有用同種型號管件配合不同型號管子進(jìn)行焊接的情況，僅憑判斷溫度場是否達(dá)到熔化標(biāo)準(zhǔn)在不同間隙配合的焊接情況下不能判定管件與管子的熔漿是否融合，判斷因素單一，導(dǎo)致判斷結(jié)果準(zhǔn)確性大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，該方法通過建立電熔管件、管子配合3D模型，使用ANSYS軟件對配合模型進(jìn)行電-熱-力多物理場耦合仿真，綜合分析電熔管件焊接過程中電熱轉(zhuǎn)化輸出、接頭處溫度場、焊接區(qū)域徑向形變量來制定PE電熔管件焊接工藝參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，包括順序相接的以下步驟：

（1）在Pro/Engineer中建立電熔管件與管子配合的三維結(jié)構(gòu)模型；

（2）將三維結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入ANSYS WORKBENCH中，建立電-熱-力多物理場耦合模型；

（3）設(shè)定相關(guān)材料的熱性能參數(shù)、力學(xué)參數(shù)和電學(xué)參數(shù)，其中熱性能參數(shù)包括導(dǎo)熱率、密度、比熱容、熱膨脹系數(shù)，力學(xué)參數(shù)包括泊松比、楊氏模量，電學(xué)參數(shù)包括電阻率；

（4）初步確定PE電熔管件的焊接電壓；

（5）根據(jù)步驟（4）中確定的焊接電壓設(shè)定電熔管件中電阻絲的通電載荷，設(shè)定管件外表面與管子內(nèi)表面的對流系數(shù)，設(shè)定PE材料的相變焓，設(shè)定管件與管子的對稱受力約束；

（6）設(shè)定模型網(wǎng)格的劃分類型及網(wǎng)格尺寸，然后劃分網(wǎng)格；

（7）設(shè)定載荷加載時(shí)間及步長，求解；

（8）提取求解結(jié)果并確定焊接工藝參數(shù)。

作為優(yōu)選，步驟（4）中，確定PE電熔管件的焊接電壓的方法為：根據(jù)管件型號使用行業(yè)內(nèi)慣用恒壓焊接電壓，通常為39.5V。

作為優(yōu)選，PE電熔管件的相變溫度為132℃，步驟（5）添加相變焓值載荷的方法為APDL編程，確定焓值的方法為：

提出在PE固態(tài)溫度130℃~液態(tài)溫度135℃間定義5℃的相變區(qū)間，焓值計(jì)算公式為：

其中H為熱焓，單位為J，T為溫度，單位為℃，ρ為密度，單位為kg/m³，Tr為參考溫度，單位為℃，C為比熱容，單位為J/（kg·℃）。

作為優(yōu)選，步驟（2）中多物理場耦合順序?yàn)椋菏紫壤肁NSYS WORKBENCH中電學(xué)模塊求取電阻絲發(fā)熱體積功率，然后將電學(xué)結(jié)果導(dǎo)入熱學(xué)模塊作為載荷條件求解溫度場模型，最后將溫度場結(jié)果導(dǎo)入結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊作為載荷條件求解力學(xué)模型。

作為優(yōu)選，PE管件焊接溫度為160℃~250℃， 熔接深度為1.5mm~2mm，對步驟（8）提取的求解結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)電熔管件熔接區(qū)域溫度落在160℃~250℃范圍內(nèi)，且管件徑向形變達(dá)到1.5mm~2mm，確定模型仿真時(shí)間即為焊接所需時(shí)間，否則重新調(diào)整焊接工藝參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行仿真求解。