含工艺缺陷聚乙烯管道热熔焊接接头力学性能试验研究

论文摘要

目前,我国正大力推进城镇化进程,燃气作为城镇居民的主要消费能源之一,其需求量逐年上升。聚乙烯管道具有良好的耐腐蚀性能、优越的机械力学性能、优良的焊接性能和较长的使用寿命,在城镇燃气输送领域得到广泛应用。热熔焊接是聚乙烯管道的主要连接方式之一,热熔焊接接头力学性能的优劣直接关系到整个燃气管道系统的安危。然而未采用标准焊接参数产生的含工艺缺陷热熔焊接接头在工程应用中十分常见,成为聚乙烯燃气管道系统最大的安全隐患之一。系统地开展含工艺缺陷聚乙烯管道热熔接头力学性能试验研究,对热熔焊接接头失效模式和损伤机理的研究具有重要指导意义,可为焊接工艺优化和含工艺缺陷接头的安全评定提供数据支持。本文以国家科技支撑计划“生命线工程安全保障关键技术研究及工程示范”（2006BAK02B01）和国家高技术研究发展计划（863计划）重点项目课题（2009AA044801）为依托,在实现工艺缺陷分类与表征的基础上,对含工艺缺陷热熔焊接接头力学性能进行了系统研究,揭示了工艺缺陷对热熔焊接接头拉伸屈服强度、伸长率、拉伸失效模式以及熔合区硬度的影响规律,主要研究成果如下:（1）提出热熔焊接接头缺陷分类与表征方法。根据缺陷的形态特征,将热熔焊接接头缺陷分为裂纹、孔洞、熔合面夹杂、工艺缺陷四类,并实现了对各种缺陷的表征。（2）对现用GB/T 19810热熔焊接接头拉伸试验方法进行改进,试验数据稳定性得到显著提高。将试样宽度由60mm减小到20mm,并将试样上的4个圆孔简化为2个半圆弧,从而可实现试样的一次压切成型,简化了制样操作;将试样温度调节的控温精度由23±2℃提高到23±0.5℃,温度变化引起拉伸屈服强度误差由6.4%降低到1.6%。（3）在常见工艺缺陷的焊接参数范围内,即加热板温度150℃-270℃、焊接压力0.1MPa-0.5MPa内,对热熔焊接接头不同试样拉伸历程曲线、拉伸强度、伸长率、断口情况在x轴（加热板温度）与y轴（焊接压力）组成平面内的分布情况进行了分析,得到热熔焊接接头拉伸失效形式与焊接参数之间的对应关系。此外,对正常焊接接头、冷焊缺陷接头、过焊缺陷接头和焊缝过短缺陷接头熔合区硬度进行了测试,发现其焊接界面线上的硬度分布均为中间大两边小。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 聚乙烯管道热熔焊接
• 1.1.1 焊接原理
• 1.1.2 焊接工艺
• 1.1.3 焊接设备
• 1.1.4 现用检验方法
• 1.2 热熔焊接接头力学性能试验方法
• 1.2.1 拉伸试验
• 1.2.2 冲击试验
• 1.2.3 长期性能试验
• 1.3 热熔焊接接头力学性能
• 1.3.1 正常焊接接头力学性能研究
• 1.3.2 含缺陷接头力学性能研究
• 1.4 目前存在的主要问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 热熔焊接接头缺陷分类及其表征
• 2.1 分类方法
• 2.2 工艺缺陷
• 2.2.1 冷焊
• 2.2.2 过焊
• 2.2.3 焊缝过短
• 2.2.4 不对中
• 2.3 其他类型缺陷
• 2.4 本章小结
• 3 热熔焊接接头力学性能试验方法
• 3.1 本文考察指标及试验设备
• 3.1.1 考察指标
• 3.1.2 试验设备
• 3.2 所用试验方法
• 3.2.1 拉伸试验方法
• 3.2.2 超显微压痕试验方法
• 3.3 本章小结
• 4 含工艺缺陷热熔焊接接头力学性能
• 4.1 Ⅰ型试样拉伸试验
• 4.1.1 拉伸历程曲线
• 4.1.2 拉伸屈服强度与伸长率
• 4.1.3 试样断裂情况
• 4.1.4 拉伸失效分析
• 4.2 Ⅱ型试样拉伸试验
• 4.2.1 拉伸历程曲线
• 4.2.2 拉伸屈服强度与伸长率
• 4.2.3 试样断裂情况
• 4.2.4 拉伸失效分析
• 4.3 超显微压痕试验
• 4.3.1 测试点分布
• 4.3.2 焊接界面线硬度分布
• 4.3.3 含工艺缺陷接头硬度
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介