聚乙烯管道热熔焊接技术研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.016

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 104-116.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.016

聚乙烯管道热熔焊接技术研究进展

李兆璞¹, 武立文¹, 乔亮²^,³, 范峻铭²^,³, 张毅¹()

^1.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东青岛 266580
^2.深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳 518000
^3.深圳市燃气输配及高效利用工程技术研究中心，广东深圳 518000

收稿日期:2022-07-13 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
通讯作者: 张毅（1988-），男，副教授，博士，主要从事聚乙烯燃气管道损伤失效分析、寿命预测及高分子聚合物损伤失效机理与表征研究， zhangyi@upc.edu.cn
E-mail:zhangyi@upc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(11802343);江苏省特种设备安全监督检测研究院项目（KJ（Y）2020011）

Research progress in polyethylene pipeline hot melt welding technology

LI Zhaopu¹, WU Liwen¹, QIAO Liang²^,³, FAN Junming²^,³, ZHANG Yi¹()

^1.College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum （East China），Qingdao 266580，China
^2.Shenzhen Gas Co，Ltd，Shenzhen 518000，China
^3.Shenzhen Engineering Research Center for Gas Distribution and Efficient Utilization，Shenzhen 518000，China

Received:2022-07-13 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27
Contact: ZHANG Yi E-mail:zhangyi@upc.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 聚乙烯, 热熔焊接接头, 可靠性评价, 有限元模拟, 无损检测

Abstract:

In this review paper， the influencing factors of the hot⁃melt welded joints of polyethylene pipes were briefly described， and the research progress in the reliability testing methods of hot⁃melt joints at home and abroad was reviewed. The influence of welding parameters on the quality of the joint was summarized， and the failure mechanisms of the joint were analyzed. The change of welding parameters can significantly affect the performance of hot⁃melt joints， and the selection of optimal welding parameters can improve their reliability even across the whole piping system. The related research on the hot⁃melt joints was summarized from three aspects： mechanical properties， finite element simulation and nondestructive testing. It is expected that a comprehensive evaluation standard will be established for the mechanical properties of hot⁃melt welded joints in the future. This can reduce the experimental time and test cost. With the innovation of materials and the development of scientific and technological means， the finite element simulation and non⁃destructive testing technology are expected to replace mechanical experiments， and it will become the main method for reliability testing of hot⁃melt joints in the future.

Key words: polyethylene, hot melt welded joint, reliability evaluation, finite element simulation, non?destructive testing

中图分类号:

TQ325.1⁺2

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LI Zhaopu, WU Liwen, QIAO Liang, FAN Junming, ZHANG Yi. Research progress in polyethylene pipeline hot melt welding technology[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 104-116.

图/表 14

图1 PE管的常见应用领域

Fig.1 Common application field of polyethylene pipes

图2 热熔焊接流程图

Fig.2 Flow chart of hot melt welding

图3 焊接温度和焊接接头拉伸强度的关系

Fig.3 Relationship between tensile strength of welded joints and welding temperature

图4 不同焊接压力条件下应力⁃应变曲线

Fig.4 Stress⁃strain curves under different welding pressure

图5 不同焊接压力产生的卷边剖面图

Fig.5 Profile of crimping generated by different welding pressure

图6 热熔接头拉伸试样

Fig.6 Tensile sample of hot melt joint

图7 PE管热熔接头拉伸试验

Fig.7 Tensile test of hot melt joint of polyethylene pipe

图8 裂纹圆棒（CRB）试样

Fig.8 CRB sample

图9 基材和焊接材料CRB试样断面对比

Fig.9 Comparison of CRB sample sections between base material and welding one

图10 PE管道挤压和冷却成型的工艺流程

Fig.10 Extrusion and cooling molding process of polyethylene pipe

图11 PE管道的环向残余应力分布

Fig.11 Distribution of circumferential residual stress in polyethylene pipe

图12 卷边附近的裂纹扩展模拟

Fig.12 Finite element simulation of crack growth near the weld bead

技术名称	优点	缺点
超声脉冲回波检测	成本低、操作简单	检测灵敏度低、对复杂结构检测困难
超声相控阵检测	精度高，检测结果直观	限制试件厚度
超声衍射时差检测	灵敏度高	对近表面缺陷和横向缺陷检测困难

表1 超声检测方法对比

Tab.1 Comparison of ultrasonic detection methods

图13 不同焊接缺陷的超声波检测结果

Fig.13 Ultrasonic detection results of different welding defects

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聚乙烯管道热熔焊接技术研究进展

Research progress in polyethylene pipeline hot melt welding technology

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