CN113075944A - 一种基于pe电熔管件电熔温度特性优化的温控实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于PE电熔管件焊接技术领域，公开了一种基于PE电熔管件电熔温度特性优化的温控实现方法，该方法在有限元仿真的基础上，通过分时段优化电熔温度特性的方式，来确定可以获得良好电熔温度特性的电源输出参数调整规则，然后将该调整规则作为控制规则来控制电熔管件熔接过程中电源的输出参数，来实现电熔管件熔接过程中温度的控制。本发明方法在无法实现PE电熔管件内部温度的无损检测的情况下，成功实现了电熔管件熔接过程中温度的有效控制。同时还引进了闭环控温熔接的概念，以使本发明的温控实现方法，具有更好适应用。

Description

一种基于PE电熔管件电熔温度特性优化的温控实现方法

技术领域

本发明属于PE电熔管件焊接技术领域，具体涉及PE电熔管件焊接过程中如何控制电阻丝对PE材料的加热温度的技术。

背景技术

高密度聚乙烯（PE）电熔管件是一种内部埋置电加热熔接用电阻丝的管道连接件。一组电阻丝在管件内测两头分布两个环带区，两端插入对接管后，PE电熔管件电阻丝通电升温，达到PE材料熔融温度区间并保持一段时间，使PE管件和对接管段的PE材料均保证有一定深度熔融层，同时熔浆充满对接管段环形区缝隙，再断电自然降温后实现可靠的分子缠结及固化，完成整个熔接过程。

目前普遍采用的PE管件熔接方法，是电源恒压输出、定时长为PE管件的电阻丝供电，其中的通电时长控制，一般依赖于特定管件结构及对接条件下的经验参数，一种规格的管件，对应一组电熔接参数（常为固定39.5V~时长t）。这种电熔方法，实际上并没有严格的对接管段熔接温度控制的概念，可能受到对接管缝隙、环境温度及空气对流条件、管件结构参数与电熔参数匹配合理性等多重因素的影响，出现过熔（焦化）、欠熔等现象，进而导致对接管出现熔接质量问题，给燃气等管网建设留下严重安全隐患。

在电熔过程中，对温度进行有效控制，是保证熔接质量和熔接效率的有效手段，电熔过程中温度的控制包括：分界面过/欠熔的控制、熔融区范围的控制、熔接效率的控制、冷却降温的时间控制。理论上，实时监测分界面和熔融区的边界的温度（例如在管件上开孔，将热电偶分别植入分界面和熔融区的边界等需要监测温度的部位），根据监测值即时调整电源输出参数（电压/电流），即可以达到上述控制目的。但是无损检测PE电熔管件内部温度，目前尚没有有效的方案。有没有办法可以实现PE电熔管件内部温度的无损检测，或者，在无法实现PE电熔管件内部温度的无损检测的情况下，是否有办法可以实现电熔过程中温度的控制，是目前尚未解决的问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中尚未实现PE电熔管件电熔过程中温度的控制这一现实，在无法实现PE电熔管件内部温度的无损检测的情况下，通过PE电熔管件电熔温度特性的优化，来实现电熔温度控制。

为实现上述目的，本发明给出的技术方案是：一种基于PE电熔管件电熔温度特性优化的温控实现方法，其特征在于，包括：

步骤1, 基于仿真分析的PE电熔管件电熔温度特性优化，该步骤基于有限元仿真的热分析，通过调整模拟电源输出参数，优化PE电熔管件电熔温度特性，具体包括：

步骤1-1，建立目标PE电熔管件的仿真模型；

步骤1-2，在不同的电源输出参数下对仿真模型进行恒参仿真（恒定电源输出参数的有限元热分析），选取仿真结果中最优的一种，将其电熔温度特性作为电熔温度特性优化的基础进行下一步；

步骤1-3，电熔温度特性分时段优化仿真：将整个熔接过程分为三个阶段，第一阶段以步骤1-2中最优的电熔温度特性对应的电源输出参数值作为基础电源输出参数值，加上预设的初始上调参数值（例如最优的电熔温度特性对应的电源输出参数值的50%）作为第一阶段电源输出参数值，开始仿真过程；当分界面（也就是目标熔融区的中心）达到设定上限温度，则下调电源输出参数值至基础电源输出参数值，此时从此次下调开始进入第二阶段，在第二阶段中，设定的电源输出参数调节规则，在条件达成时调节一次电源输出参数，使分界面温度在设定范围内波动；当目标熔融区的边界达到目标温度时，仿真过程进入第三阶段，停止电源输出，直到焊接分界面下降到目标温度，优化仿真过程结束，由此得到优化后的电熔温度特性（不难看出，通过不断调整电源输出参数，而达到的电熔温度特性满足分界面不过熔、边界不欠熔的条件）；在整个熔接过程中，每调节一次电源输出参数值，熔接过程进入一个新的时段；

步骤2，基于电源输出参数调整的电熔过程温度控制的实现，包括：

步骤2-1，将步骤1优化的电熔温度特性所对应的，电源输出参数分时段调整规则，作为电熔电源的输出参数的控制规则；

步骤2-2，基于环境温度的温控方法优化：在电熔过程开始之前，检测环境温度，将根据公式（t=a*t0）计算获得用于电源输出参数优化的环境温度优化参数，并根据该环境温度优化参数，优化电源输出参数分时段调整规则中每一个电源输出参数；其中a为环境温度系数，t0为设定时长，t为修正时长；

步骤2-3，基于电阻值监测的温控方法优化：在电熔过程中，监测电阻丝的阻值，根据阻值按公式T=(R/R0-1)/a+T0计算电阻丝实时温度，当电阻丝实时温度偏离优化的温度特性曲线，实时调整电熔电源的输出参数；其中a为电阻温度系数；T为实时温度值；T0为初始温度值，也就是环境温度，标准值为20℃；R0为初始电阻丝阻值；R则是实时电阻丝阻值。

进一步地，第二阶段设定的电源输出参数调节规则为：当分界面达到设定下限温度则按一个预设的上调幅度上调电源输出参数值，当分界面达到设定上限温度则按一个预设的下调幅度下调电源输出参数值。

进一步地，第二阶段设定的电源输出参数调节规则预设的幅度中，预设的上调幅度为基础电源输出参数值的10%，预设的下调幅度为基础电源输出参数值的10%；分界面温度的设定范围优选：上限温度为230度，下限温度为190度。

进一步地，所述步骤1-3中，第一阶段所述初始上调参数值为：基础电源输出参数值的50%。

进一步地，所述电熔电源优选输出电压可调的电源，所述电源输出参数是指电熔电源的输出电压。

进一步地，所述步骤1-1具体包括：

步骤1-1-1，针对不同型号的管件，依据PE电熔管件内外管的壁厚，内外管的直径、电阻丝直径、电阻丝线距和圈数，通过三维建模软件建立三维模型；

步骤1-1-2，采用有限元前处理器软件，对步骤1-1-1所建立的三维模型进行网格化处理。电阻丝周围网格较密，向外逐渐变疏，以此来建立网格化模型；

步骤1-1-3采用非线性有限元仿真软件，对步骤1-1-2所建立的网格化模型添加参数，包括电阻丝的材质、热导率、温度系数、质量密度，管件的材质、热导率、质量密度等参数完善模型，并且通过施加如环境温度等边界条件建立仿真模型；而后采用现有的经验值作为模拟电源的输出参数，通过非线性有限元仿真软件进行热力学仿真；选取模型网格节点，获取仿真得到的温度特性；而通过在管壁上打孔，将热电偶插入对应位置，可以获取实际温度特性。将仿真结果与实测对比，分析验证模型的可靠性，从而完成仿真模型的建立。

进一步地，所述步骤1-2和步骤1-3中，仿真时，取PE电熔管件及对接管段的熔接环面（中位）轴向切面展现电熔全过程温度变化，得到熔接过程开始后不同时刻该切面的温度场分布图和沿径向温度梯度分布数据。综合同一切面上不同时间点的温度场分布图，得到熔接管段从电阻丝表面起始向上及向下动态扩大（增厚）分子缠结温度区的过程。

进一步地，所述步骤1-2中，电熔温度特性优劣判断标准为：分界面温度、熔融区的边界温度，同时接近各自目标温度和目标时长的程度越高，则判断为电熔温度特性最优。

本发明有益效果：

本发明在有限元仿真的基础上，通过优化电熔温度特性方式，来确定可以获得良好电熔温度特性的电源输出参数调整规则，然后将该调整规则作为控制规则来控制电熔管件熔接过程中电源的输出参数。该方法在无法实现PE电熔管件内部温度的无损检测的情况下，成功实现了电熔管件熔接过程中温度的有效控制。

本发明将整个熔接过程分为三个阶段，第一阶段快速升温，第二段温度保持，第三段自然冷却。在第一段，通过相对于传统经验值高很多的电源输出参数(如将39.5调整至60)，根据q=i²rt（其中，q为电阻丝吸收热量，i为电源输出电流值，r为电阻丝阻值，t为加热时长），使得电阻丝在同样时间产生更多热量，实现快速升温的效果。在第二阶段，以分界面温度的上下限为节点反复上调或下调电源输出参数，以实现快速熔接的同时，保证分界面不发生过熔或欠熔。通过本发明的实现方法，来实现电熔管件熔接过程中温度的控制，可以达到很高的熔接质量。

此外，本发明在温度控制的实现环节，还引进了闭环控温熔接的概念，不仅设计了基于环境温度的优化机制，并且还设计了一种通过电阻丝阻值的监测，间接实现分界面实际温度的监控，并基于分界面温度监控结果，实时微调电源输出参数，以使本发明的温控实现方法，具有更好适应用。

综上所述，在基于本发明的方法实现的电熔温度控制下的熔接过程，对比定压定时长熔接过程，具有显著的技术效果。

附图说明

图1是采用恒电压输出的常规电熔温度特性曲线（以分界面温度表示）。

图2是理想电熔温度特性曲线（以分界面温度表示）。

图3是电熔管件三维模型示意图。

图4是八分之一三维模型示意图。

图5是网格化模型示意图。

图6是仿真模型示意图。

图7是70s加热温度场分布图。

图8是600s冷却温度场分布图。

图9是单时段仿真分界面及径向2mm处温度特性曲线。

图10是多时段仿真分界面及径向2mm处温度特性曲线。

图11是电源系统控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所述的温控实现方法，做进一步解释说明。

本发明所述电熔温度特性是指电熔接过程中管件内部的温度-时间变化情况。某一点的温度-时间变化情况，可以用一条温度特性曲线来表达。

根据本发明，要想通过PE电熔管件电熔温度特性优化，来实现电熔温度控制，大体涉及如下三个方面工作：（1）电熔温度特性分析及符合熔接机理及满足熔接质量要求的电熔温度特性的确定；（2）依托智能电熔电源实施的控温熔接；（3）基于环境及实时检测的熔接控制的优化。

PE管件材料融化起始温度约为130℃，管件熔接时希望达到材料分子缠结温度180~240℃，材料在高于240℃后将出现碳化。PE电熔管件常规的电熔过程，是加载固定电压（如39.5V）给电熔管件的电阻丝，针对特定规格管件延续一个事先确定的匹配通电时间，进而完成加热熔接过程，其熔接温度特性如图1所示。从温度控制角度看，这一过程是以事先定标的时间参数为核心，针对对接管件对象实施的温度开环控制。显然，因控制对象可能受到诸多对接条件影响，这种控制熔接温度的方法存在缺陷。

针对PE电熔管件应用中的电熔对接实际情况，对接管段电熔温度场可以建模分析。仿真模型依据PE电熔管件规格、电阻丝分布及其基本参数、对接管配合条件、环境温度等，建立仿真模型。取PE电熔管件与对接管件的熔接管段（中位）的轴向切面展现电熔全过程温度变化，可以得到熔接过程开始后不同时刻该切面的温度场分布图和沿径向温度梯度分布数据。综合同一切面上不同时间点的温度场分布图，可以得到熔接管段从电阻丝表面起始向上及向下动态扩大（增厚）分子缠结温度区的过程。

管件熔融层过薄，会导致熔接可靠性降低，而越厚则意味着消耗能量越多，也意味着管件整体结构形变风险增加。因此，为了即保证熔接可靠性，又防熔接管件结构形变及控制电熔能耗，需要将PE电熔管件的熔融层厚度控制在合理的范围内， 根据经验，优选将PE电熔管件控制在2~3mm分子缠结熔融层厚度；从熔接施工效率看，也希望能够达成可靠熔接的时间尽可能短。分子缠结层厚度的控制，是一个电能转化为热能升温速度与材料热传导速度的合理匹配的过程。升温过快不及传导，可能造成局部高温超限碳化；升温过慢，不仅热能传导损耗增加，更重要的是热能有机会更多地传导至目标熔融层以外的部位，增加管件变形风险。如将现有的定电压、定时长熔接的开环温度控制，改进为变电压、变时长的闭环温度控制，则可能得到优化的电熔温度特性。

综上所述，结合电熔管件施工熔接实践经验，熔接温度特性优化目标可归纳为：①较快的熔接管段升温至控制温区≥180℃；②熔融层温度控制在材料分子缠结温域（180~240℃），并控制缠结熔融层外延增厚达标（2~3mm）；③较少的电源电能消耗和整体最短的通电熔接时间。

根据上述目标，理想的电熔温度特性应当如图2所示，整个电熔过程，按温度变化规律，依次分为三个阶段：第一阶段，加电快速升温阶段；第二阶段，控温保护阶段（分子缠结熔融层逐步外延；第三阶段，断电自然冷却降温阶段。

整体控温时长（t₁+t₂）与第Ⅰ、Ⅱ段温度特性关联，控温优化主要针对电熔电源输出（u-t）特性进行；第Ⅲ段特性对应断电后的熔区温度自然冷却，与后续质量管控环节存在关联。需要特别指出，持续控温在180~240℃范围，是为了达到一定的缠结熔融区厚度，而此缠结熔融区外延的速度主要取决于温度传导速度。

图2所示的理想电熔温度特性，与传统的定电压、定时间控制下的温度特性比较，显著优势在于：①从常温开始到熔融温度，特性是可以按快速升温要求（依赖电熔电源输出控制）进行升温速度规划的，有利于熔融层厚度控制和节能、节省时间；②升温到熔融温区后，特性有明显的超差控制界限，不会出现温度过高过低导致的过熔或欠熔情况；③熔融温度的保持时间与缠结熔融层厚度相对应，可实现层厚控制的对应。实际期望电熔电源相对熔接管件实现的温度特性，持续控温段（Ⅱ段）处接近240℃高位，则时间（t₁+t₂）相对短，而持续控温段处接近180℃低位，则时间（t₁+t₂）相对长。

确定了理想的电熔温度特性后，接下来要解决的是如何通过电源的控制，实现这一理想的电熔温度特性，这是本发明的最大技术难点。

为此，本发明设计了一种以常规的恒定电压下的电熔温度特性为基础，在仿真环境下，通过调整电源（模拟的）输出参数，对电熔温度特征进行优化，直到取得满足优化目标的电熔温度特性，然后将取得满足优化目标的电熔温度特性的电源输出参数调整规则作为实际电熔过程中的电源控制规则，最终在实践中，实现相对理想的电熔温度特性。

下面以调整电源的电压为例 ，对所述的电熔温度特性优化过程做一个具体的说明。

本实例通过建立电熔管件的三维模型进行有限元仿真，模拟得到实际管件熔接过程中内部温度场的变化情况。并基于PE材料升温段快速上升；保持段保持在最优熔融区；冷却段自然冷却的温度特性，对现有工艺参数进行优化，通过对比分析仿真结果，证实了温控的可行性。

第一步，通过制图软件Solidworks建立电熔管件三维模型图，以DN63管件为例，建立的模型如图3所示。

其中，1为外管，2为内管，3为电阻丝，内外管的尺寸如下表所示：

电阻丝的参数见下表：

为了便于计算，在不影响仿真结果的程度上截取模型的八分之一作为仿真模型，如图4所示。

第三步，将建立的三维模型导入CAE软件Hypermesh中，考虑到电阻丝是热源，且距管件接触面2mm处是比较关键的分子缠结熔融区，故电阻丝附近的网格更密，划分网格结果如图5所示。

网格划分完成后，将内外管、电阻丝模型分别导入至有限元软件Msc.Marc进行热分析，其仿真模型节点如图6所示。

对导入的模型进行前处理，已知电阻丝材料为H65黄铜，管件材料为PE100，根据材料手册，确认相关参数，如下表所示：

表1 H65黄铜物理性能参数

表2PE100随温度变化物理性能参数

因为热源是因施加电压而产生热量的电阻丝，其热量由公式Q = I²Rt得到。电阻丝在温度升高过程中其阻值按照公式R = R0[1+a(T-T0)]发生变化，其中a为电阻温度系数；T为实时温度值；T0为初始温度值，也就是环境温度，标准值为20℃；R0为初始电阻丝阻值；R则是实时电阻丝阻值。

现市场上多使用39.5V恒压输出的电热熔焊机进行焊接，DN63管件热熔焊工艺参数见下表：

DN63 PE电熔管件热熔焊工艺参数

根据以上参数确定热源的体积热流为P = Q/V。其中，Q为产生热量，V为电阻丝体积。

前处理工作完成后，对该模型开始仿真。由于施加的是70s恒定39.5v电压，因此，在70s时，管件中心电阻丝温度达到最高。此时，整个模型的温度场如图7所示。

加热70s后，电源停止供电，电阻丝不再产生热量，其温度开始下降。但是，热传递是个过程，距电阻丝径向传热的PE材料仍会有一段时间呈温度上涨趋势，而后才下降。经过600s自然冷却后的温度场示意图如图8所示。

选取分界面及距分界面径向2mm处的节点，观察其整个过程的温度变化情况，如图9所示，图中上方曲线为分界面温度特性曲线，下方曲线为距分界面径向2mm处温度特性曲线。

由图可见，在恒定39.5v单段仿真过程中，分界面的温度在18s的时候达到熔点，35s的时候达到180℃-240℃的最优熔融区，70s的时候达到最高点257.2℃；距分界面径向2mm处的温度在63s时达到熔点，78s时达到最高点145.1℃。

对单时段仿真进行优化，采用多段式电压进行仿真。其设置参数为60v10s，40v5s，35v5s，40v5s，加热时长70s，冷却600s。选取分界面及距分界面径向2mm处的节点，观察其整个过程的温度变化情况，如图10所示，图中上方曲线为分界面温度特性曲线，下方曲线为距分界面径向2mm处温度特性曲线。

由图可见，在初始60v加热过程中，分界面仅在6s时就到达了130℃的熔点，在10s时达到了最优熔融区，而在65s时达到最高点237.2℃，并未过熔；2mm处在61s时达到熔点，81s时最高为143.3℃。

从仿真结果来看，优化过的分时段式熔接无论是在升温阶段还是保持阶段，其温度场数据都要优于单段熔接，可见优化温控确实有效。

经过电熔温度特性优化，要最终实现电熔过程中温度的控制。还需要进一步构建形成可控制的电源系统，其控制原理如图11所示；

PE电熔管件电阻丝通电时，其发热量为：

Q = I²Rt = (U²/R)t ………(1)

其中t为通电加热时长，U为电源输出电压值，R为电阻丝阻值；

电阻丝从环境温度开始升温后，电阻丝阻值将从R0变为：

Rt = R0(1+AT+BT²) ……(2)

其中A、B是对应电阻丝材料的常数；

当电阻丝两端的U、I可准确测得后，以欧姆定理计算得到升温后的Rt，进而可从式（2）中求解得到对应时刻的电阻丝的平均温度T。电阻丝作为内部发热源，通电状态下产生的热始终向电阻丝周边传递，丝表面温度也应该高于周边材料温度。根据对接管段结构温度场仿真或实验测得数据，可以基本确定热源相对材料的热传导关系，总结得到径向传导的温度梯度值，评估出一定分子缠结熔融层形成并逐步增加的厚度值以及耗时多少。

基于电熔电源输出控制的优化温度特性实现，还需设计电源控制策略或方法。图2以理想化的温度特性（180~240℃温区的单值函数）作为给定输入，电熔电源内部可建立起以控制熔融层厚度和缩短通电时间为优化目标的△T和其变化率的双输入模糊（Fuzzy）控制策略（不局限于此）。控制器输出将动态调整加载与电阻丝上的u(t)特性，达成电熔温度控制目标。在温度闭环系统输出控制精准度较高情况下，将闭环系统输出的持续控温段温度特性抬高到接近240℃，则必然有利于缩短电熔时间。

温度控制闭环系统以电阻丝温度推算值为反馈，从电阻丝表面开始的缠结熔融层厚度推测评估，依据来源于确定条件下的仿真或实验经验值，在存在若干不确定因素情况下，将无法保障熔融层厚度的推测准确。这种不确定性，相当于温度控制闭环外的干扰，只能通过事先预测预判，通过适当调整控制策略或修正控制参数加以抑制。实施中，即需结合PE电熔管件结构参数、材料参数等变化（电熔管件壁厚、电阻丝位、丝环距/单位环面电功率、丝材及电阻率、丝埋深、质控允差）等，调整控制策略或修正控制参数。如，考虑以下因素适当调整控温范围和延续时间：(a)布丝环区单位面积平均电阻Rp（Ω/mm²）；(b)电阻丝埋深h（mm）；(c)相对标准管件壁厚的误差±△b；(d)对接缝隙标准差±δ；(e)环境温度。

Claims (8)

1.一种基于PE电熔管件电熔温度特性优化的温控实现方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于仿真分析的PE电熔管件电熔温度特性优化，该步骤基于有限元仿真的热分析，通过调整模拟电源输出参数，优化PE电熔管件电熔温度特性，具体包括：

步骤1-1，建立目标PE电熔管件的仿真模型；

步骤1-2，在不同的电源输出参数下对仿真模型进行恒参仿真，选取仿真结果中最优的一种，将其电熔温度特性作为电熔温度特性优化的基础进行下一步；

步骤1-3，电熔温度特性分时段优化仿真：将整个熔接过程分为三个阶段，第一阶段以步骤1-2中最优的电熔温度特性对应的电源输出参数值作为基础电源输出参数值，加上预设的初始上调参数值作为第一阶段电源输出参数值，开始仿真过程；当分界面达到设定上限温度，则下调电源输出参数值至基础电源输出参数值，此时从此次下调开始进入第二阶段，在第二阶段中，设定的电源输出参数调节规则，在条件达成时调节一次电源输出参数，使分界面温度在设定范围内波动；当目标熔融区的边界达到目标温度时，仿真过程进入第三阶段，停止电源输出，直到焊接分界面下降到目标温度，优化仿真过程结束，由此得到优化后的电熔温度特性；在整个熔接过程中，每调节一次电源输出参数值，熔接过程进入一个新的时段；

步骤2，基于电源输出参数调整的电熔过程温度控制的实现，包括：

步骤2-1，将步骤1优化的电熔温度特性所对应的，电源输出参数分时段调整规则，作为电熔电源的输出参数的控制规则；

步骤2-2，基于环境温度的温控方法优化：在电熔过程开始之前，检测环境温度，将根据公式（t=a*t0）计算获得用于电源输出参数优化的环境温度优化参数，并根据该环境温度优化参数，优化电源输出参数分时段调整规则中每一个电源输出参数；

步骤2-3，基于电阻值监测的温控方法优化：在电熔过程中，监测电阻丝的阻值，根据阻值按公式T=(R/R0-1)/a+T0计算电阻丝实时温度，当电阻丝实时温度偏离优化的温度特性曲线，实时调整电熔电源的输出参数。

2.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，第二阶段设定的电源输出参数调节规则为：当分界面达到设定下限温度则按一个预设的上调幅度上调电源输出参数值，当分界面达到设定上限温度则按一个预设的下调幅度下调电源输出参数值。

3.根据权利要求2所述的温控实现方法，其特征在于，第二阶段设定的电源输出参数调节规则预设的幅度中，预设的上调幅度为基础电源输出参数值的10%，预设的下调幅度为基础电源输出参数值的10%；分界面温度的设定范围：上限温度为230度，下限温度为190度。

4.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，所述步骤1-3中，第一阶段所述初始上调参数值为：基础电源输出参数值的50%。

5.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，所述电熔电源为输出电压可调的电源，所述电源输出参数是指电熔电源的输出电压。

6.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，所述步骤1-1具体包括：

步骤1-1-1，针对不同型号的管件，依据PE电熔管件内外管的壁厚，内外管的直径、电阻丝直径、电阻丝线距和圈数，通过三维建模软件建立三维模型；

步骤1-1-2，采用有限元前处理器软件，对步骤1-1-1所建立的三维模型进行网格化处理，电阻丝周围网格较密，向外逐渐变疏，以此来建立网格化模型；

步骤1-1-3采用非线性有限元仿真软件，对步骤1-1-2所建立的网格化模型添加参数，包括电阻丝的材质、热导率、温度系数、质量密度，管件的材质、热导率、质量密度等参数完善模型，并且通过施加边界条件建立仿真模型；而后采用现有的经验值作为模拟电源的输出参数，通过非线性有限元仿真软件进行热力学仿真；选取模型网格节点，获取仿真得到的温度特性；再通过在管壁上打孔，将热电偶插入对应位置，以获取实际温度特性；将仿真结果与实测值对比，分析验证模型的可靠性，从而完成仿真模型的建立。

7.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，所述步骤1-2和步骤1-3中，仿真时，取PE电熔管件及对接管段的熔接环面轴向切面展现电熔全过程温度变化，得到熔接过程开始后不同时刻该切面的温度场分布图和沿径向温度梯度分布数据；综合同一切面上不同时间点的温度场分布图，得到熔接管段从电阻丝表面起始向上及向下动态扩大分子缠结温度区的过程。

8.根据权利要求1所述的温控实现方法，其特征在于，所述步骤1-2中，电熔温度特性优劣判断标准为：分界面温度、熔融区的边界温度同时接近各自目标温度和目标时长的程度越高，则判断为电熔温度特性最优。

Images