热熔焊接工艺参数对聚乙烯管道力学性能的影响

聚乙烯（PE）管道在天然气运输中应用广泛，热熔焊接是连接PE管道的主要方式之一，焊接工艺参数影响热熔接头以及管道整体的性能。文章以焊接温度、加热时间和焊接压力等工艺参数作为主要影响因素，设计正交试验，制备不同的热熔接头拉伸试样，对比分析其抗拉性能。通过数值模拟得到带卷边热熔接头拉伸试样的本构模型。结果表明：焊接温度、加热时间和焊接压力使PE管道的抗拉性能先增高后降低，焊接温度和加热时间对热熔接头的抗拉性能影响显著。PE管道热熔接头的抗拉性能比基材好。载荷-位移曲线与实验曲线较吻合。基于有限元分析和Kwon聚合物本构模型可得到PE管道热熔焊接接头准确的本构关系。     

聚乙烯管材热熔对接接头性能的研究

通过使用两种不同聚乙烯(PE)原料制成的管材热熔对接接头试样进行(5±1)mm/min、(50±1)mm/min恒定速度拉伸试验,阐述了PE管材热熔对接接头的性能低于管材本体;利用对PE管材热熔对接接头试样加热的方法,以及对热熔对接接头试样焊缝四周切口后进行的(5±1)mm/min恒定速度拉伸试验,判定PE管材热熔对接接头的性能,这种方法与其它破坏性试验的统计结果相一致;并介绍了国外对PE管材热熔对接接头质量的评价方法。     

聚乙烯管材热熔对接接头抵抗慢速裂纹扩展性能评价

采用应变硬化试验(SH)对不同焊接工艺下的聚乙烯管材热熔对接接头抵抗慢速裂纹扩展（SCG）性能进行评价。通过建立焊接温度梯度（190~250 ℃）、焊接压力梯度（0.6~1.4 MPa）和吸热时间梯度（40~140 s）试验,分析在不同焊接工艺参数条件下,不同聚乙烯管材热熔对接接头耐SCG性能的变化规律,探索冷焊及过焊2种典型缺陷对管材接头耐SCG性能的影响。结果表明,焊接温度、焊接压力和吸热时间都是影响管材热熔对接接头耐SCG性能的重要工艺参数,试验测得PE100, d_n110, SDR11型管材的最佳焊接参数为焊接温度230 ℃,焊接压力1 MPa及吸热时间100 s,当焊接参数选取过高或过低时,会造成管材接头出现过焊或冷焊缺陷,降低管材接头的耐SCG性能。     

高密度聚乙烯管材光氧老化性能及寿命预测

采用荧光紫外灯人工加速老化方法模拟自然太阳光对高密度聚乙烯（PE?HD）管材和热熔接头的光氧老化,在不同温度下（50、60、70 ℃）,使用UVA?340型标准荧光紫外灯管在光照和冷凝2种循环模式下模拟老化,并利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对老化后的管材和接头试样进行了分析表征,通过差示扫描量热仪（DSC）测量了管材和接头的氧化诱导时间（OIT）。结果表明,随着老化时间的延长,接头的烯烃和羰基吸收峰强度高于管材,光氧老化程度加剧;随着温度和老化时间的增长,管材和接头的OIT不断降低,在同等条件下,管材的OIT高于接头;基于动力学曲线线性化方法拟合OIT和自然太阳光与荧光紫外灯辐照量关系,提出的PE?HD管材管件自然光老化的寿命预测模型显示,常温下暴露在自然环境下的接头的寿命比管材缩短了33.76 %。     

聚乙烯管材的连接方法和技术

为充分发挥聚乙烯（PE）管材的先进性，经济性和安全性，对PE管材的各种连接方法进行了广泛的研究。介绍了PE管材的热熔对接焊，电热熔焊，热熔承插焊，鞍形/侧壁熔焊，以及钢塑过渡接头连接方法和技术，并对热熔对接焊和电热熔焊作了较深入的探讨，同时进一步分析了不同塑料管材间的焊接方法。     

PE80管材热板熔焊接头的基本力学性能

PE80等级的中密度聚乙烯（MDPE）管材是目前专用于铺设燃气输送压力管道的塑料管材,测定了国产PE80管材及其热板熔焊接头室温及80℃下的拉伸σ－ε关系,给出了80℃下热板熔焊接头的拉伸本构方程,所得结果可作为评价该PE80管材及其熔焊接头的长期力学性能的基础。     

PE80聚乙烯管道焊接接头的应力松弛模型验证及安全评价

采用实验方法研究聚乙烯（PE）管道焊接接头在机械载荷条件下的应力松弛行为,通过松弛试验得出用Prony级数表示的PE管道焊接接头的本构模型。结果表明,PE管道焊接接头的松弛曲线与PE管道木材的松弛曲线相似;结合有限元分析软件Abaqus,建立PE80焊接接头的裂纹缺陷模型,导入PE管道焊接接头与PE管道母材的Prony级数,对含裂纹缺陷PE管道的应力强度因子进行计算;借鉴GB/T 19624—2004金属管道的评定标准,给出适合PE材料的断裂判据,比较PE材料的临界应力强度因子（KIC）及计算得出的应力强度因子(KI)的大小,进而通过断裂判据对含缺陷PE管道进行安全评价。     

钢塑转换连接结构的研究

对不同结构形式的钢塑转换管件进行了拉伸荷载后密封测试试验。结果表明,钢塑结合处高密度聚乙烯（PE?HD）塑端的厚度对拉伸荷载后密封性能有影响,当结合处PE?HD塑端壁厚减薄越大时,拉伸测试时,越容易在该处发生屈服、拔脱或断裂泄漏;同时钢管端低高度齿形的过盈结构,对于较大口径管件更容易发生拔脱泄漏;采用注塑PE-HD塑端或提高一等级SDR值的加厚PE?HD管材塑端制成的钢塑转换管件优于普通PE-HD管材塑端制成的钢塑转换,前二者的安全裕度更高,此类管件在低温、PE?HD发生蠕变等极限条件下稳定性相对更好。     

聚乙烯管材热熔对接焊冲击性能的研究

应用仪器化冲击试验机对聚乙烯热熔对接焊的冲击性能进行了测试，并对几种实际焊接情况进行了分析。结果表明，冲击试验可以作为评价热熔焊接品质的有效方法；工程中应避免PE100、PE80与PE63的焊接；当被焊管材的标准尺寸比（SDR）不 同时，焊接部位的冲击性能大幅度下降。     

温度对PE燃气管热熔焊接接头性能的影响

主要研究了聚乙烯(PE)燃气管热熔焊接接头在不同温度下的力学性能,通过不同温度下PE材料的拉伸破坏实验,根据不同温度下PE燃气管道焊接接头拉伸应力及拉伸应变,利用数值拟合的方法建立了PE材料接头的最大应力和断裂伸长率与温度的函数关系。其中卷边的存在容易产生应力集中使管道断裂,无卷边试样断裂伸长率总体高于有卷边试样且温度越高越明显,去除卷边对拉伸强度影响较小,可提高试样的断裂伸长率。温度对PE材料的拉伸强度、断裂伸长率影响较大,温度升高,PE材料的拉伸强度降低,断裂伸长率增加。     

基于冲压试验的聚乙烯力学性能预测

通过对5种不同曲率半径的高密度聚乙烯(PE?HD)圆棒试样进行单轴拉伸试验,重点分析了曲率半径对工程应力?位移曲线的影响;同时对PE?HD平板试样进行冲压试验,分析了压头直径和冲压速度对载荷?位移曲线的影响;建立了3种基于冲压载荷预测PE?HD单轴屈服应力的经验公式.结果表明,同一拉伸速度下,屈服强度随曲率半径的减小而...     

聚乙烯管道热熔焊接技术研究进展

简述了聚乙烯（PE）管道热熔焊接接头的影响因素,对国内外热熔接头可靠性测试方法的研究进展进行了综述。总结了焊接参数对接头质量的影响规律,并分析了接头的失效机理。焊接参数的改变能显著影响热熔接头的性能,选择最优焊接参数能提高接头乃至整个管道系统的可靠性。分别从力学性能、有限元模拟和无损检测3个方面总结了热熔接头相关研究,期待未来建立一种全面的热熔焊接接头力学性能评价标准,能减少实验时间、降低测试成本。随着材料的创新和科技手段的发展,未来有限元模拟和无损检测技术有望代替力学实验,成为热熔接头可靠性检测的主要方法。     

高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能及本构关系研究

利用万能试验机对高密度聚乙烯（PE-HD）进行了单轴拉伸试验,并选取了有效数据进行分析,得到了PE-HD的应力应变曲线,并利用Sherwood-Frost本构模型研究了PE-HD单轴拉伸的力学行为。结果表明,PE-HD的力学性能表现为明显的应变率相关性,屈服应力随着应变率的增大而提高,且屈服应力表现为应变率对数的线性关系; Sherwood-Frost本构模型能较好地描述PE-HD的力学特性。     

PE管材焊接技术与应用

PE管材连接方法包括热熔焊接、电熔焊接;热熔焊接要求热熔焊机的操作要符合操作规范,电熔焊接要注意每个电熔焊机的电流和焊接时间,另外管件的焊接参数每个生产厂家不同,焊接参数也不同,不同PE级别的产品焊接只能电熔焊接。     

PE管道热熔焊接工艺参数的实验

选择8种不同的焊接压力对4种规格聚乙烯(PE)管道进行焊接。通过对PE管道在热熔焊接过程中的压力、温度和位移量等参数变化进行测量,结合动态扫描量热试验结果得到相应的熔融层厚度和焊接位移值,并分析各工艺参数之间的关系。最后辅以拉伸试验验证,得到能满足焊接要求的焊接压力区间以及熔融厚度挤出段与熔融层厚度之间的比值(S/L)区间。试验结果表明,当熔融层厚度一定时,通过控制位移参数,达到一定范围内的S/L值,可得到合格的管道热熔焊接接头。     

疲劳试验评价缺陷对PE管热熔焊接接头长期性能的影响

高密度聚乙烯（HDPE）管广泛用于运输油气等,然而HDPE管在焊接过程中可能产生焊接缺陷,影响焊接接头的长期性能,目前主要通过静液压试验研究焊接缺陷对HDPE管长期性能的影响,但该方法所需时间较长。通过人工引入焊接缺陷,采用疲劳试验研究缺陷对HDPE管热熔焊接接头长期性能的影响。结果表明：在较低应力作用下,缺陷越大疲劳寿命越短,在较高应力作用下,缺陷对疲劳寿命的影响较小。疲劳裂纹扩展试验可用于快速评价PE管长期性能中的耐慢速裂纹扩展性能和影响,因此推断出疲劳试验方法可用于评价缺陷对HDPE管焊接接头长期性能中静液压强度的影响。     

聚乙烯及其复合管电熔接头的失效模式与爆破压力研究

通过Abaqus有限元分析软件,建立聚乙烯（PE）及其复合管电熔接头受内压和轴向力作用下的有限元模型,分析电熔接头的应力分布规律,研究管材种类、强度对电熔接头的失效模式与爆破压力的影响规律,结合电熔接头短时爆破实验验证模型的有效性。结果表明,PE管电熔接头的失效模式是管材韧性破坏;增强热塑性复合管（RTP）电熔接头的失效模式和爆破压力受管材强度影响,随强度增加,失效模式由管材破坏转变为电熔套筒破坏,爆破压力随RTP管材强度增加先升高,随后趋于稳定。     

高密度聚乙烯结构发泡塑料拉伸本构关系的研究

为了提高高密度聚乙烯（PE-HD）结构发泡工程的长期稳定性,在Sherwood-Frost模型的基础上,建立了包括应变率和密度的PE-HD结构发泡材料的本构关系,依据发泡塑料的拉伸应力-应变曲线,用数值方法拟合了该模型中的相关参数。验证结果表明,提出的本构方程能反映材料的应力-应变关系。     

基于循环载荷法评价聚乙烯管材性能的可靠性研究

为研究循环载荷法对加速表征聚乙烯（PE）管材耐慢速裂纹扩展（SCG）性能的可靠性,对5种不同等级的PE管材采用循环载荷缺口圆棒（CRB）试验和全切口拉伸蠕变（FNCT）试验的方法对其耐慢速裂纹扩展性能进行评估,同时对其试验结果进行相关性分析。此外,通过测量PE管材的分子量及其分布、结晶度和片晶厚度等高分子材料参数进一步佐证所选PE管材耐慢速裂纹扩展性能的优劣,进而验证CRB试验方法的可靠性。结果表明,循环载荷CRB试验方法不仅能可靠有效评估PE管材的耐SCG性能,且相比FNCT试验方法,其试验所需时长更短及试验条件要更贴近实际使用工况。     

聚乙烯管材残余应力的定性和定量评价

研究了冷却速度、挤出速度和拉伸比等不同挤出工艺对管材物理性能及残余应力的影响，结果表明，随着冷却和挤出速度的增加，PE管材纵向回缩率增大，静液压和SCG破坏时间逐渐降低。通过盲孔应变法研究了不同挤出工艺对管材内外层的释放应变和残余应力分布的影响，研究表明，采用理想化的均匀分布模型不适用于残余应力的定量评价，采用非均匀应力分布模型计算得到的管材外层的残余应力随着冷却和挤出速度的增加而增大，而管材内层的残余应力变化较小，由于管材沿壁厚方向冷却速度的不均匀，内外层残余应力分布存在差异。最终，通过对管材内中外层分别进行拉伸、密度和结晶度等物理性能试验，进一步证明了盲孔法定量评价残余应力的有效性。同时试验发现，当挤出拉伸比太高时，分子链取向严重，管材纵向回缩率增大，静液压和耐SCG性能下降，管材外层残余应力的最大值为14.6 MPa,与材料拉伸屈服强度相比，提高了50%。