一種基于有限元的pe電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，包括如下步驟：（1）初步確定PE電熔管件的焊接電壓；（2）設(shè)定熱分析參數(shù)；（3）在ANSYS?WORKBENCH中建立電熔管件、管材連接的有限元傳熱模型；（4）設(shè)定電熔管件中發(fā)熱絲與PE材料以及電熔管件與管材間的接觸熱導(dǎo)系數(shù)；（5）設(shè)定模型網(wǎng)格的劃分類型以及網(wǎng)格的尺寸，然后劃分網(wǎng)格；（6）對模型進(jìn)行載荷加載；（7）設(shè)定分析時間以及步長求解；（8）提取求解結(jié)果并確定焊接工藝參數(shù)。本發(fā)明提高了電熔管件焊接參數(shù)的制定效率，同時保證了PE電熔管件的焊接質(zhì)量。
【專利說明】—種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PE管道以其質(zhì)量輕、價格便宜、耐磨損、耐腐蝕以及絕緣等優(yōu)勢，廣泛用于燃?xì)廨斔汀⒔o水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、油田、礦山、化工及郵電通訊等領(lǐng)域。
[0003]電熔焊接是PE管道連接的主要方式，電熔焊接主要通過對PE電熔管件內(nèi)部嵌入的電阻絲通電后產(chǎn)生熱量將PE電熔管件與PE管材焊接區(qū)域融化，在內(nèi)部膨脹壓力的作用下，聚乙烯高分子鏈相互擴(kuò)散纏結(jié)，冷卻后形成牢固的連接。PE電熔管件焊接工藝參數(shù)直接關(guān)系著PE電熔管件焊接的成敗。PE電熔管件的焊接工藝參數(shù)主要是指在電熔焊接時所使用的焊接電壓以及焊接時間，因?yàn)槔鲜诫娙酆笝C(jī)只能輸出39.5V電壓，所以不需要設(shè)定焊接電壓，而現(xiàn)有電熔焊機(jī)均為電壓可調(diào)節(jié)，所以焊接電壓同樣需要設(shè)定。
[0004]現(xiàn)有電熔管件焊接工藝參數(shù)的確定主要有兩種方式:一種是直接通過焊接實(shí)驗(yàn)確定，即通過嘗試不同的焊接工藝參數(shù)，然后通過剝離實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)焊接質(zhì)量，從而確定出合理的焊接參數(shù)；另一種通過數(shù)值仿真分析確定，根據(jù)材料的熱性能參數(shù)，仿真出焊接過程中電熔焊接組件內(nèi)部溫度場的情況，根據(jù)內(nèi)部溫度場來確定焊接工藝參數(shù)。第一種方法目前雖然應(yīng)用廣泛，但是它的缺點(diǎn)也非常突出:(1)這種方法將耗費(fèi)大量的電熔管件，消耗大量人力，并且時間較長；
[0005](2)這種方法確定出來的焊接參數(shù)考慮因素較少，受外界環(huán)境因素影響較大，確定的參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)焊接失敗的情況。
[0006]第二種方法，根據(jù)材料的參數(shù)、傳熱學(xué)原理等進(jìn)行數(shù)值模擬，從而確定出焊接參數(shù)，這種方法的優(yōu)勢顯而易見，節(jié)省了大量的人力與財力，并且節(jié)省了時間。而在第二種方法中，現(xiàn)有技術(shù)忽略過多細(xì)節(jié)，造成焊接工藝參數(shù)確定困難，同時有的方法程序?qū)崿F(xiàn)過于復(fù)雜，通用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，該方法通過簡化電熔管件、管材，使用ANSYS軟件仿真分析電熔管件焊接過程溫度場來制定PE電熔管件焊接工藝參數(shù)。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，包括順序相接的如下步驟:
[0009]( 1)初步確定PE電熔管件的焊接電壓；
[0010](2)設(shè)定相關(guān)材料的熱分析參數(shù)，包括熱傳導(dǎo)率、密度、比熱容；
[0011](3)在ANSYS WORKBENCH中建立電熔管件、管材連接的有限元傳熱模型；
[0012](4)設(shè)定電熔管件中發(fā)熱絲與PE材料以及電熔管件與管材間的接觸熱導(dǎo)系數(shù)；
[0013](5)設(shè)定模型網(wǎng)格的劃分類型以及網(wǎng)格的尺寸，然后劃分網(wǎng)格；[0014](6)利用步驟(1)中確定的焊接電壓計算出發(fā)熱率載荷，然后對模型進(jìn)行載荷加載；
[0015](7)設(shè)定分析時間以及步長，求解；
[0016](8)提取求解結(jié)果并確定焊接工藝參數(shù)。
[0017]其中，步驟(1)中，確定PE電熔管件的焊接電壓的方法為:
[0018]提出在電熔管件恒壓焊接時的焊接電壓計算公式:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:包括順序相接的如下步驟:(1)初步確定PE電熔管件的焊接電壓；(2)設(shè)定相關(guān)材料的熱分析參數(shù)，包括熱傳導(dǎo)率、密度、比熱容；(3)在ANSYSWORKBENCH中建立電熔管件、管材連接的有限元傳熱模型；(4)設(shè)定電熔管件中發(fā)熱絲與PE材料以及電熔管件與管材間的接觸熱導(dǎo)系數(shù)；(5)設(shè)定模型網(wǎng)格的劃分類型以及網(wǎng)格的尺寸，然后劃分網(wǎng)格；(6)利用步驟(1)中確定的焊接電壓計算出發(fā)熱率載荷，然后對模型進(jìn)行載荷加載；(7)設(shè)定分析時間以及步長，求解；(8)提取求解結(jié)果并確定焊接工藝參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:步驟(1)中，確定PE電熔管件的焊接電壓的方法為:提出在電熔管件恒壓焊接時的 焊接電壓計算公式:
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:PE電容管件焊接的溫度為190-250°C，對步驟(8)提取的求解結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)電熔焊接組件焊區(qū)溫度落在190-250°C范圍內(nèi)，確定模型仿真時間即為焊接所需時間，否則需重新調(diào)整焊接工藝參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行仿真求解。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:步驟(4)中，發(fā)熱絲與周圍PE材料傳熱的熱流量使用如下公式計算q=Tcc(Tt-Tc)(3)其中Tc是位于接觸法向上某接觸“節(jié)點(diǎn)”的溫度，Tt是相應(yīng)的目標(biāo)“節(jié)點(diǎn)”的溫度，Tcc為接觸導(dǎo)熱系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:步驟(6)中的載荷包括:環(huán)境溫度、電熔管件外壁與空氣間的對流、管材內(nèi)壁與空氣間的對流、發(fā)熱絲的發(fā)熱率。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于有限元的PE電熔管件焊接工藝參數(shù)制定方法，其特征在于:步驟(6)中，載荷通過發(fā)熱率公式tf&a+a AT)V計算得到，U為焊接的電壓，&為初始溫度下的發(fā)熱絲的電阻，a為發(fā)熱絲電阻的溫度系數(shù)，V為發(fā)熱絲體積，選取ΛΤ=0:500組成發(fā)熱率隨溫度變化的矩陣進(jìn)行發(fā)熱率載荷加載。
【文檔編號】G06F17/50GK103745053SQ201310749560
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】賈民平, 唐 謙, 陸宇航, 黎世鵬, 黃鵬, 許飛云, 胡建中 申請人:江蘇雙騰管業(yè)有限公司, 東南大學(xué)