聚乙烯管道热熔对接焊接头性能的分析

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1、聚乙烯管道热熔对接焊接头性能的分析聚乙烯管道的焊接方法有热熔对接焊、电熔焊和热熔承插焊等。热熔对接焊作为一种实用的聚乙烯管道连接拄术，以其焊接设备简单、连接费用低、焊接接头牢固以及优异的密封性等，而在工程中被广泛采用[1、2]。聚乙烯管道热熔对接焊接头的综合性能在很大程度上决定着管道的应用领域，因而，探讨接头的性能对塑料管道的应用开发有着重要的作用。　　聚乙烯管道在焊接过程中，加热温度高于聚乙烯的熔融温度，同时加热和冷却又是在一定压力下进行的。熔融聚乙烯在压力的作用下，发生的流动、相互扩散与渗透以

2、及内部热量的产生与耗散，使得从连接界面到基材各个不同的区域，依据各自的加热温度及冷却速度不同，而发生了不同的结构转变过程，使得焊接接头在结构性能上是一个非均匀连续体[3、4]。而且在焊接过程中不可避免地产生一些焊接缺陷，如过热、气孔、错边和未熔合等。因此，有必要对塑料压力管道焊接接头的性能进行综合的研究。　　本文通过测试聚乙烯管道焊接接头的结晶度及硬度、拉伸强度和冲击强度，实现刘焊接接头性能的综合评价，旨在为聚乙烯管道的应用提供有价值的试验数据，从而椎动聚乙焊管道在我国的广泛应用。1试验材料丑试验

3、方法1．1度验材料及焊接工艺参数　　本文试验选用φ200SDR11燃气用埋地聚乙烯管道[5]，焊接设备采用自行开发的塑料压力管道热熔对接焊机焊接[6]，如图1所示，其焊接工艺参数如表1所示。1．2取样方式　　由于高聚物材料的性能不仅与其组成成分有关，而且与其加工过程有关，因此，本试验试样直接取自管道本身和管道的焊接接头。根据GB8804．1—88和GB8804．2—88中的规定取样[7、8]，取样方法为沿塑料管道圆周且平行于轴线均匀取样条，每条取试样一片。从管道上取样条的过程中，不加热，不压扁，样

4、条的取样方向平行于管道轴线。对焊接接头取样时应以焊缝中心为基础，取样位置如图2所示。图1塑料压力管道热焙对接焊机表1聚乙烯管道的焊接工艺参数(φ200SDR11)加热板焊接压力预热时间加热时间切换时间压焊时间温度/℃/MPa/s/s/s/min2100．152014048图2取样位置示意图1．3拉伸试验　　拉伸试验在室温(25℃)下进行，拉伸速率为50mm／s，测试焊接接头和基材拉伸强度。本文采用三种拉伸试样，第一种试样保留塑料压力管道的焊接熔环，如图3所示；第二种试样，考虑到焊缝处的焊接熔环可能

5、降低该处的应力载荷，因此，支掉焊接熔环，使焊缝部位与基材等面积，如图4所示；第三种试样，为了评价焊缝区域材料的力学性能，因此，去掉焊接熔环，且将焊接处截面变小，以便直接得到焊缝处的性能，如图5所示。三种试样均采用机械加工方式加工[7、8]。图3拉伸试样一图4拉伸试样二图5拉伸试样三1．4冲击试验　　冲击试验也是在室温(25℃)下进行，测试焊接接头和基材冲击强度。本文采用Charpy缺口冲击试验来测试焊接接头冲击强度的优劣，缺口开在焊接接头的中心。要据GBl043—79《塑料简支梁冲击试验方法》中的

6、规定制备试样[9]，试样尺寸如图6所示。图6冲击试样1．5结晶度的测量　　本文采用X射线衍射法测量聚乙烯管道焊接接头的结晶度[10]，设备型号为：Cavitzkey—Golay’sX射线衍射仪，管靶为Cu，管压为40kV，管流为100mA。1．6硬度的测量　　本文采用塑料球压痕硬度测量计测量热熔对接头的硬度[11]，硬度计型号为P-HBI-98A。测量位置示意图如图7所示，即在管壁中部沿轴向测量，测点间距为1mm—2．5mm。图7热熔对接接头硬度测量位冒示意图2试验结果与分析2．1结晶度的测量结果

7、与分析　　聚乙烯热熔对接接头和基材的结晶度见表2。从表2可以看出，焊接接头的结晶度比基材的结晶度高。这主要是由于聚乙烯材料被加热到熔融状态．然后在焊接压力的作用下慢慢冷却至室温，相当于聚乙烯材料进行再结晶，因些，结晶度升高，这表明聚乙烯树脂内部的有序程度提高了。表2热熔对接接头和基材的结晶度序号位置结晶度/%1接头84．782基材80．50　　结晶性高聚物从熔点以上冷却到熔点与玻璃化转变温度之间的任何一个温度时，都能结晶。在热熔对接焊中，焊接工艺参数对结晶性高聚物的结晶度有较大的影响，影响因素主要

8、有[12-14]：　　(1)加势板温度和加热时间：熔休中残存的品核数量和大小与加热温度有关，也影响结晶速度。加热温度越高，即熔融温度越高，如加热时间越长，则残存的晶核少，冷却时主要以均相成核形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸大；反之，如熔融温度低，加热时间短，则残存晶核多，冷却时会引起界相成核作用，结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，有利于提高聚合物的力学性能。　　(2)焊接压力：焊接压力增加，应力和应变增加，结晶度随之增加，晶体结构、形态、结晶大小等也发生变化。　　(3)冷却速度：冷却速