CN113276433A - 一种大口径pe电熔管件结构及尺寸、焊接工艺参数制定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供一种大口径PE电熔管件结构及尺寸、焊接工艺参数制定方法，通过设计不同壁厚的薄壁段和厚壁段，使其在电熔焊接过程中在焊接表面区域的材料熔融软化后，薄壁段能够更易于收缩，从而保证焊接部分压强及贴合程度，同时通过仿真模型的方法来制定尺寸、焊接工艺参数。其结构是包括管件主体、接线铜柱和电热线圈，电热线圈沿着管件主体内壁呈螺旋状布置，接线铜柱布置在管件主体的外周面的两端，电热线圈两端分别连接接线铜柱，所述管件主体包括同轴连接的至少一处薄壁段和至少一处厚壁段，所述薄壁段和厚壁段为一体成型结构，管件主体在厚壁段处的壁厚大于在薄壁段处的壁厚。
Description
技术领域
本发明涉及PE电熔管件技术领域，尤其涉及一种PE电熔管件焊接工艺参数制定方法。
背景技术
PE电熔管件是一种用于电熔连接PE管材的连接件。电熔管件的结构主要包括塑料的管体、布设于管体内壁的电阻丝以及用于电阻丝通电的电极，其焊接原理是通过电阻丝通电产热使电熔套管以及待连接管材的接触面的塑料材料融熔，使电熔套管及管材的表面材料融接为一体，待冷却后即完成焊接。
在实际使用中，需要保证电熔套管内壁和管材外壁高度贴合并保有一定压力，才能使焊接面充分熔融，从而保证焊接面质量。大口径的PE管件的管壁厚度和材料导致PE管件的整体刚性较高，在焊接表面区域的材料熔融软化后，未熔融的部分维持原有的结构而不会内侧收缩，导致焊接部分压强及熔融程度下降出现缝隙。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的电熔管件存在的上述不足之处，提供一种大口径PE电熔管件结构及尺寸、焊接工艺参数制定方法，通过设计不同壁厚的薄壁段和厚壁段，使其在电熔焊接过程中在焊接表面区域的材料软化熔融后，薄壁段能够更易于收缩，从而保证焊接部分压强及贴合程度，同时通过仿真模型的方法来制定尺寸、焊接工艺参数。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种大口径PE电熔管件结构，包括管件主体、接线铜柱和电热线圈，电热线圈沿着管件主体内壁呈螺旋状布置，接线铜柱布置在管件主体的外周面的两端，电热线圈两端分别连接接线铜柱，所述管件主体包括同轴连接的至少一处薄壁段和至少一处厚壁段，所述薄壁段和厚壁段为一体成型结构，管件主体在厚壁段处的壁厚大于在薄壁段处的壁厚。
作为优选，所述薄壁段数量为两段，薄壁段对称设置于厚壁段的两端，所述接线铜柱设置在薄壁段上，厚壁段和薄壁段之间设有弧面过渡。
本发明的技术方案通过设计不同壁厚的薄壁段和厚壁段，使其在电熔焊接过程中在焊接表面区域的材料熔融软化后，薄壁段能够更易于收缩，从而保证焊接部分压强及熔合程度。而厚壁段和弧面过渡结构能够保证电熔管件整体的结构强度。
本发明同时提供一种大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建电熔管件和对接管道配合的三维模型；将所述三维模型导入ansys系统中；
步骤2，设定电熔管件、对接管道和电热丝材料的热分析参数和力学参数，构建电熔管件和对接管道的有限元传热模型和有限元力学模型，设定电熔管件和对接管道对外环境热交换参数，设定电热丝发热功耗曲线；
步骤3，设定模型网格的划分类型及网格尺寸，然后划分网格；
步骤4，采用初步确定的焊接电压设定对电热丝的通电载荷，同时设定通电载荷的时间及步长，求解；
步骤5，根据求解结果，获取电熔管件和对接管道的焊接区域的温度、压强以及管径随焊接时间的变化曲线；
步骤6，变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5，确定电熔管件的薄壁段和厚壁段的长度比例以及焊接时间。
作为优选，所述步骤2中的所述热性能参数包括管件主体材料的密度，导热系数以及比热容随温度变化曲线。
作为优选，所述步骤2中的所述力学参数包括泊松比和杨氏模量。
作为优选，所述有限元传热模型的理论公式包括：
传热方程式如下：
作为优选，所述步骤6，进一步包括：
PE电熔管件焊接的温度为190-250℃，对步骤5提取的求解结果进行分析，当电熔管件和对接管道的焊区温度落在190-250℃范围内，电熔管件在薄壁段的管径变化处于1.5mm～2mm范围，确定模型仿真时间即为焊接所需时间，否则变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5进行仿真求解。
作为优选，所述步骤2中，电熔管件和对接管道对外环境热交换参数包括流体湍流模型、热辐射模型和环境温度。
本方法是针对本发明提供的一种大口径PE电熔管件结构的仿真实验方法。发明首先初步设定焊接电压，然后通过网格简化电熔管件和对接管道，使用ANSYS软件仿真分析电熔管件焊接过程焊接区域温度、压强以及管径变化，来制定PE电熔管件焊接工艺参数，不仅提高了电熔管件焊接参数的制定效率，节约了成本，同时保证了PE电熔管件的焊接质量。
附图说明
图1为本发明的一种大口径PE电熔管件结构的结构图。
图2为本发明的一种大口径PE电熔管件结构的侧视图。
图3为本发明的一种大口径PE电熔管件结构的剖视图。
图中标注：1、管件主体；101、薄壁段；102、厚壁段；2、接线铜柱；3、电热线圈；4、对接管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1、图2所示，本发明提供一种大口径PE电熔管件结构，包括管件主体、接线铜柱和电热线圈，电热线圈沿着管件主体内壁呈螺旋状布置，接线铜柱布置在管件主体的外周面的两端，电热线圈两端分别连接接线铜柱，所述管件主体包括同轴连接的至少一处薄壁段和至少一处厚壁段，所述薄壁段和厚壁段为一体成型结构，管件主体在厚壁段处的壁厚大于在薄壁段处的壁厚。
本实施例中所述薄壁段数量为两段，薄壁段对称设置于厚壁段的两端，所述接线铜柱设置在薄壁段上，厚壁段和薄壁段之间设有弧面过渡。
电熔管件和对接管道电熔焊接的基本原理是：通过电热线圈通电发热，使位于电热线圈处的电熔管件和对接管道的表面材料融化，并最终结合为一体。在实际操作中，需要保证电熔管件内壁和对接管道外壁充分贴合，才能使焊接面无缝隙，从而保证焊接面质量。对于小口径的PE管件，焊接表面区域的材料熔融软化后，其结构会向内侧收缩使电熔管件内壁和对接管道外壁充分贴合。但是大口径的PE管件的整体结构刚性较高，在焊接表面区域的材料熔融软化后，仍然维持原有的结构而不会内侧收缩，导致焊接部分压强及贴合程度下降出现缝隙。
本方案中的一种大口径PE电熔管件结构，通过在电熔管件的两端设计厚度较薄的薄壁段，调整整个电熔管件的结构性能。在保证电熔管件满足使用结构强度前提下，同时降低电熔管件的两端的刚性，使其在焊接表面区域的材料熔融软化后更容易向内收缩，从而保证电熔管件两端和对接管道焊接部分贴合程度，保证焊接质量。
在电熔管件的中部的厚壁段保持较高的壁厚尺寸保证电熔管件中部区域的具有较高的抗扭转等强度性能，满足焊接完成后的使用要求。电熔管件的两端的厚度逐渐减少，使得焊接表面区域的材料熔融软化后，电熔管件两端薄壁段、薄壁段和厚壁段的结合部分更容易向内收缩。从而形成保证焊接部分压强及贴合程度。
本发明同时提供一种大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建电熔管件和对接管道配合的三维模型；将所述三维模型导入ansys系统中；
步骤2，设定电熔管件、对接管道和电热丝材料的热分析参数和力学参数，构建电熔管件和对接管道的有限元传热模型和有限元力学模型，设定电熔管件和对接管道对外环境热交换参数，设定电热丝发热功耗曲线。
所述步骤2中的所述热性能参数包括管件主体材料的密度，导热系数以及比热容随温度变化曲线。所述步骤2中的所述力学参数包括泊松比和杨氏模量。电熔管件和对接管道对外环境热交换参数包括流体湍流模型、热辐射模型和环境温度。
步骤3，设定模型网格的划分类型及网格尺寸，然后划分网格；
步骤4，采用初步确定的焊接电压设定对电热丝的通电载荷，同时设定通电载荷的时间及步长，求解；
步骤5，根据求解结果，获取电熔管件和对接管道的焊接区域的温度、压强以及管径随焊接时间的变化曲线；
步骤6，变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5，确定电熔管件的薄壁段和厚壁段的长度比例以及焊接时间。
PE电熔管件焊接的温度为190-250℃，对步骤5提取的求解结果进行分析，当电熔管件和对接管道的焊区温度落在190-250℃范围内，电熔管件在薄壁段的管径变化处于1.5mm～2mm范围，确定模型仿真时间即为焊接所需时间，否则变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5进行仿真求解。
所述有限元传热模型的理论公式包括：
传热方程式如下：
本方法是针对本发明提供的一种大口径PE电熔管件结构的仿真实验方法。发明首先初步设定焊接电压，然后通过网格简化电熔管件和对接管道，使用ANSYS软件仿真分析电熔管件焊接过程焊接区域温度、压强以及管径变化，来制定PE电熔管件焊接工艺参数，不仅提高了电熔管件焊接参数的制定效率，节约了成本，同时保证了PE电熔管件的焊接质量。
Claims (8)
1.一种大口径PE电熔管件结构，包括管件主体、接线铜柱和电热线圈，电热线圈沿着管件主体内壁呈螺旋状布置，接线铜柱布置在管件主体的外周面的两端，电热线圈两端分别连接接线铜柱，其特征是，所述管件主体包括同轴连接的至少一处薄壁段和至少一处厚壁段，所述薄壁段和厚壁段为一体成型结构，管件主体在厚壁段处的壁厚大于在薄壁段处的壁厚。
2.根据权利要求2所述的一种大口径PE电熔管件结构，其特征是，所述薄壁段数量为两段，薄壁段对称设置于厚壁段的两端，所述接线铜柱设置在薄壁段上，厚壁段和薄壁段之间设有弧面过渡。
3.一种大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
步骤1，构建电熔管件和对接管道配合的三维模型；将所述三维模型导入ansys系统中；
步骤2，设定电熔管件、对接管道和电热丝材料的热分析参数和力学参数，构建电熔管件和对接管道的有限元传热模型和有限元力学模型，设定电熔管件和对接管道对外环境热交换参数，设定电热丝发热功耗曲线；
步骤3，设定模型网格的划分类型及网格尺寸，然后划分网格；
步骤4，采用初步确定的焊接电压设定对电热丝的通电载荷，同时设定通电载荷的时间及步长，求解；
步骤5，根据求解结果，获取电熔管件和对接管道的焊接区域的温度、压强以及管径随焊接时间的变化曲线；
步骤6，变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5，确定电熔管件的薄壁段和厚壁段的长度比例以及焊接时间。
4.根据权利要求1所述的大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述步骤2中的所述热性能参数包括管件主体材料的密度，导热系数以及比热容随温度变化曲线。
5.根据权利要求1所述的大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述步骤2中的所述力学参数包括泊松比和杨氏模量。
6.根据权利要求1所述的大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述有限元传热模型的理论公式包括：
传热方程式如下：
7.根据权利要求1所述的大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述步骤6，进一步包括：
PE电熔管件焊接的温度为190-250℃，对步骤5提取的求解结果进行分析，当电熔管件和对接管道的焊区温度落在190-250℃范围内，电熔管件在薄壁段的管径变化处于1.5mm～2mm范围，确定模型仿真时间即为焊接所需时间，否则变更电熔管件中薄壁段和厚壁段的长度比例，重建电熔管件的三维模型，并重复上述步骤1-步骤5进行仿真求解。
8.根据权利要求1所述的大口径PE电熔管件尺寸、焊接工艺参数制定方法，其特征是，所述步骤2中，电熔管件和对接管道对外环境热交换参数包括流体湍流模型、热辐射模型和环境温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 310000 No. 149 staff Road, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District Applicant after: ZHEJIANG GONGSHANG University Applicant after: Ningbo Yuhua Industrial Co.,Ltd. Address before: 310000 No. 149 staff Road, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District Applicant before: ZHEJIANG GONGSHANG University Applicant before: NINGBO YUHUA ELECTRIC APPLIANCE Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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