[發明專利]基于電阻絲的電阻溫度系數自動測量的電熔管件焊接方法

有效

• 申請號: 202110905066.5
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113619127B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 施建峰;任亦心;鄭津洋;項光特;胡裕銳;葛周天
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C65/34
• 分類號: B29C65/34;B29L23/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及電熔焊接技術，旨在提供一種基于電阻絲的電阻溫度系數自動測量的電熔管件焊接方法。該方法包括：在電熔管件焊接前，通過脈沖電壓激勵電熔管件，自動測算電熔管件內部電阻絲的電阻溫度系數；在焊接過程中，實時獲取電路中的電壓電流用于計算電阻絲的阻值變化情況；通過控制焊接電路的電壓，將基于電阻溫度系數計算的電阻溫度控制在恒定的最優值，實現焊接過程中電熔管件內部溫度的精準控制。本發明不需要分離已內嵌于電熔管件的電阻絲或使用成本較高、流程較復雜的水浴油浴調溫等測量方式，僅借助焊機本身以及相對較短的時間即完成電阻溫度系數的測算。可便捷獲取電阻絲的電阻溫度系數，支持電熔焊機的熔區溫度監測以及智能焊接控制。

技術領域

本發明涉及塑料管件焊接技術，特別涉及一種基于電阻絲的電阻溫度系數自動測量的電熔管件焊接方法及裝置。

背景技術

聚乙烯管道與傳統的金屬管道相比具有質量輕、柔韌性好、比強度大、耐腐蝕、使用壽命長、經濟環保等優點，近年來正逐步替代金屬管道成為埋地燃氣管道的主流。在聚乙烯管道進行長距離的布置及工程應用時，需要將管材進行連接。電熔焊接技術因其設備成本低、操作簡單、自動化程度和施工效率高，目前已成為工程應用最廣泛的塑料管道連接方式。電熔焊接的操作過程是將需要連接的兩段管材相向插入埋有螺旋導電銅絲的電熔管件中，使其外表面貼合管件內表面。使用時，對電熔管件施加固定的焊接電壓。電阻絲通電后，由于焦耳效應產生熱能，使電阻絲周圍固態聚乙烯溫度升高熔化。熔融區隨著焊接過程向焊接界面擴展，直至將管材和管件融為一體，在冷卻后就形成了具有一定強度的電熔接頭。

隨著聚乙烯管道系統在燃氣、供水等領域的應用日益廣泛，電熔焊接技術的安全問題受到越來越多的關注。根據2020年PPDC塑料管道數據庫委員會的報告，57％的管道故障發生在管道接頭處。有文獻(施建峰，陶楊吉，安成名，等.聚乙烯燃氣管道超聲相控陣檢測工程應用案例分析[J].壓力容器，2020，37(12)：54-62)進一步指出電熔接頭的危險缺陷率達到了7.1％。電熔接頭作為管道系統中質量最薄弱的部分，影響到整個管道系統的使用壽命，因此提升電熔焊接的質量成為了保障聚乙烯管道系統安全的關鍵。

在電熔焊接中，內部的熔區溫度是影響電熔接頭質量的主要影響因素。若焊接界面溫度過低或沒有在熔融溫度以上持續足夠長的時間，會產生冷焊缺陷；若熔區溫度過高，則可能使得聚乙烯材料產生高溫裂解的風險，導致過焊缺陷。鑒于常規的熱電偶測溫方式無法實際應用于電熔管件的內部測溫，研究人員利用管件內部嵌入的電阻絲阻值隨溫度線性變化的關系，提出通過測量阻值間接測算內部焊接溫度的方法。這一方法也被應用于多個焊接溫度控制的專利中：例如，中國發明專利“能夠防止產生冷焊與過焊缺陷的電熔焊接方法及電熔焊機”(CN201110428347.2)中，發明人通過測量電壓電流，實時獲取電熔管件中電阻絲的阻值變化情況，繼而間接測算電阻絲周圍聚乙烯材料溫度；中國發明專利“一種電熔管件智能焊接方法”(CN104816467A)采用PID等控制算法，通過調節電壓來控制電熔管件電阻絲的阻值，以使得熔區溫度維持在恒定的溫度上。

但是，在這些方法的具體實施中，最關鍵的特性參數電阻溫度系數被作為已知參數加以利用。然而這樣的做法無法應用于實際的焊接場景中，主要原因有以下三點：

(1)不同制造商、管件規格甚至批次下的管件，電阻絲材質均不相同。

目前聚乙烯管件的國家標準只規范了管件尺寸、外形以及配合間隙等基礎參數，并沒有明確規范電阻絲材料的材質和成分。以國內產品為例，諸如宇華、亞大、滄州明珠、吉林松江、慶發等品牌生產電熔管件所選用的電阻絲材質和成分均有不同。甚至不同規格、不同批次之間也會出現電阻溫度系數的差異。

(2)不同材質電阻絲的溫度系數存在很大的區間范圍。