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        PP-R電熔管件設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

        2019-07-24 03:59:34高莉毛星劍謝青娜陳偉
        商品與質(zhì)量 2019年12期
        關(guān)鍵詞:電熔電阻絲電阻值

        高莉 毛星劍 謝青娜 陳偉

        浙江偉星新型建材股份有限公司 浙江臨海 317000

        PP-R管道在建筑給水及工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,施工的工況也越來越復(fù)雜,且管道的應(yīng)用口徑越來越大。傳統(tǒng)PPR管道連接主要采用熱熔承插連接,在小口徑領(lǐng)域由于其操作方便,占據(jù)著重要地位,但隨著焊接口徑的加大,其焊接所需的設(shè)備及操作空間也越來越大,普通熱熔承插焊接施工無法滿足需求,操作不夠便利,同時焊接質(zhì)量無法得到保障。而國家標(biāo)準(zhǔn)對于PP-R電熔管件內(nèi)容相對較少,無法進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo),同時焊接質(zhì)量判定沒有明確,闡述的不夠詳細(xì)。

        1 PP-R電熔管件概述

        電熔連接在PE管道上應(yīng)用較多,技術(shù)也較為成熟,但在PP-R管道上的應(yīng)用相對較少,技術(shù)也不夠成熟。目前,國內(nèi)外生產(chǎn)廠家較少,從生產(chǎn)工藝上看,PP-R電熔管件加工技術(shù)與PE電熔管件類似,主要有先注塑后布線和先布線注塑兩種成型模式。兩種生產(chǎn)的管件加工技術(shù)雖有不同,但管件焊接的工作原理相通,均是通過管件內(nèi)置電阻絲發(fā)熱,管件與管材熔接區(qū)的材料受熱膨脹并熔融,在熔區(qū)位置形成一定的熔體壓力,最終將管件與管材的分子重新纏繞結(jié)合為一體。PP-R材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.21W/m?k[1],PE材料的導(dǎo)熱為0.42W/m?k[2],PP-R材料的導(dǎo)熱只有PE的一半,因此需要充分考慮材料吸熱與擴(kuò)散的動態(tài)平衡。

        2 PP-R電熔管件設(shè)計(jì)原則

        PP-R電熔管件的設(shè)計(jì)主要可分為尺寸設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)兩大部分。尺寸設(shè)計(jì)方面,在軸向上主要是管件長度,依據(jù)GB/T18742.3-2017標(biāo)準(zhǔn)要求,PP-R電熔長度一般按最長的要求設(shè)計(jì),內(nèi)外冷卻區(qū)盡量進(jìn)行均分,確保熔融料不會溢出;國家標(biāo)準(zhǔn)要求的熔接區(qū)長度較短,一般以標(biāo)準(zhǔn)最小要求的1.8倍以上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在徑向上主要是管件壁厚,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PP-R管系列主要分為S2、S2.5、S3.2、S4、S5、S6.3這六個系列[3],S2和S6.3在管道應(yīng)用中較少,因此在設(shè)計(jì)PP-R電熔管件時,S2.5-S5這四大類是主要設(shè)計(jì)規(guī)格。PP-R管道通常應(yīng)用于熱水管道系統(tǒng),因此管件壁厚比PE厚,從S2.5到S5跨越多個等級的規(guī)格時,不同系列的PP-R電熔管件壁厚差異更大,設(shè)計(jì)時需要進(jìn)行區(qū)分。通常將S2.5和S3.2歸為同一個系列,按S2.5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì);將S4和S5歸為同一個系列,按S4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì)。

        電氣設(shè)計(jì)方面,主要是電熔管件焊接能量的設(shè)計(jì),焊接能量由管件內(nèi)置的電阻絲通電后發(fā)熱產(chǎn)生。電阻絲所產(chǎn)生的能量可由以下公式算出:

        式中,Q為管件的輸出能量,P為焊接功率,T為焊接時間,U為焊接電壓,R為管件電阻值[4]。PP-R焊接電壓通常采用39.5v的固定值,電氣設(shè)計(jì)主要是以電阻值和焊接時間為主。

        3 焊接功率對焊接質(zhì)量的影響

        固定焊接電壓為39.5v,通過調(diào)整電阻值調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)功率,測試焊接時熔融料溢出情況及剝離情況。本次焊接規(guī)格為dn110,焊接電壓為39.5v,焊接時間為250s,見表1。

        測試結(jié)果表明,在總的焊接時間不變的情況下,焊接功率較高時,焊接后熔融料越容易溢出,焊接后剝離測試的脆性開裂占比較高,主要是焊接后內(nèi)部氣孔較多。焊接功率降低后,焊接后熔融料無溢出,焊接后剝離測試的脆性開裂有所上升,主要是虛焊現(xiàn)象增多。

        表1 焊接功率對焊接質(zhì)量的影響

        4 焊接時間對焊接質(zhì)量的影響

        焊接規(guī)格選用dn110,以相同焊接功率進(jìn)行不同焊接時間的焊接性能測試。焊接電壓為39.5v,設(shè)計(jì)電阻值為2.00Ω,管件設(shè)計(jì)的標(biāo)稱焊接時間為250s。

        表2 焊接時間對焊接質(zhì)量的影響

        在固定的焊接功率下,從熔融料溢出的情況上看,焊接時間加長會出現(xiàn)熔融料溢出。從焊接后剝離測試上看,焊接時間越短,則出現(xiàn)脆性開裂的占比越高,主要為管件的虛焊增多;焊接時間越長,在超過一定量后,會出現(xiàn)脆性開裂占比增加,主要為焊接后內(nèi)部氣孔增加。

        5 電阻絲材質(zhì)對焊接質(zhì)量的影響

        不同材質(zhì)電阻絲的電阻溫度系數(shù)不同,溫度系數(shù)越高則焊接后電阻值越大,焊接功率下降越明顯,反之則焊接功率越穩(wěn)定。在相同的設(shè)計(jì)功率下進(jìn)行焊接,分析純銅絲和不同鎳含量銅絲管件的電阻值變化與剝離效果。焊接電壓為39.5v,設(shè)計(jì)電阻值為2.00Ω,管件設(shè)計(jì)的標(biāo)稱焊接時間為250s。

        隨著銅絲中鎳含量的上升,管件焊接結(jié)束時的電阻值上升越小,說明焊接的功率更為穩(wěn)定。從剝離測試上看,純銅絲管件的焊接后脆性開裂占比最高,鎳含量越高的管件焊接后脆性開裂占比越低。

        6 結(jié)語

        表3 不同材質(zhì)電阻對焊接質(zhì)量的影響

        通過試驗(yàn)對比驗(yàn)證表明,PP-R電熔焊接功率高、焊接時間長,焊接后的融熔料會有溢出,焊接功率的明顯更為明顯。在設(shè)計(jì)PP-R電熔焊接工藝時,需要考慮電阻絲的溫度系數(shù),溫度系數(shù)大的電阻絲對管件焊接時功率影響顯著,會使得管件的實(shí)際發(fā)熱功率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)PP-R電熔管件時,在焊接功率相同情況下,盡量選取溫度系數(shù)較低的電阻絲,同時兼顧成本,制造出性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

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