[发明专利]精确控制电熔焊接过程中电熔管件上焊接电压的焊接方法

说明书

本发明涉及塑料管件焊接技术，旨在提供一种精确控制电熔焊接过程中电熔管件上焊接电压的焊接方法。包括：以四线制导线作为电熔焊机与电熔管件之间的连接导线，其中两根作为焊接线，另两根导线用于连接电熔焊机的测量电路与电熔管件的接线插口，作为测量线采集电熔管件两端的实际电压值；在焊接过程中，以测量线上采集到的电压值直接作为电熔管件的焊接电压，并将其作为电熔焊机的控制变量对电熔管件上焊接电压进行精确控制。本发明能有效消除焊接线自身电阻导致的压降影响，精确控制电熔接头上焊接电压以符合工艺要求。本发明能方便运用到现有数字式焊机当中，改造成本低，技术效果明显，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及塑料管件焊接技术，特别涉及一种精确控制电熔焊接过程中电熔管件上焊接电压的焊接方法。

背景技术

聚乙烯管道以其质轻价廉、比强度大、比刚度高以及耐磨损、耐腐蚀、绝缘等优势正逐渐代替金属管道，成为埋地燃气管道发展的主流。我国目前新铺设的城市燃气管大多为聚乙烯管材。电熔焊接是聚乙烯燃气管道最主要的焊接方式之一。

自上世纪九十年代以来，国内外研究机构在聚乙烯管道接头力学性能和可靠性方面进行了一系列研究，在聚乙烯管道电熔接头缺陷分类方面，研究者主要考虑了焊接接头中的熔合面夹杂缺陷和孔洞缺陷，这些是可直接观察到的表观缺陷，但缺少对聚乙烯管道电熔接头所特有的、工程中却容易出现的冷焊缺陷(由于焊接输入热量不足或过多造成的接头性能达不到规定要求)进行研究。

冷焊和过焊缺陷是工程中常见的由焊接工艺不合理造成的缺陷。如果焊接界面温度过低或者没有在熔融温度以上持续足够长的时间，会产生冷焊缺陷，含冷焊缺陷的电熔接头在服役过程中可能会发生沿熔合面发生贯穿裂纹扩展失效。如果焊接输入热量过多，可能会使电熔接头内部的聚乙烯因温度过高而发生裂解，产生过焊缺陷。

合理的焊接工艺是保障电熔接头质量的关键。现有的电熔接头在焊接工艺开发阶段，均采用试验的方法确定工艺的合理性，即通过不断改变焊接时间，制备出不同工艺条件下焊制的电熔接头，然后通过拉伸剥离试验，若剥离后试样满足GB15558.2中规定的不超过33％的脆性破坏，就认为是合格的焊接工艺。

现有的电熔焊接主要采用39.5V的恒电压焊接方式，唯一的控制参量是焊接时间。电熔焊机采用控制输出电压的方式控制焊接电压，即在电熔焊机的电压输出端口测量电压，并与39.5V进行比较，若输出端口测得的电压低于39.5V，则提高输出电压，反之降低输出电压，从而使输出端口电压始终保持39.5V。

然而，这种控制方式默认假设连接焊机和管件的焊接线电阻相比管件电阻很小，因而在焊接线上几乎不产生压降。然而通过测量国内数家行业知名企业市售产品(包括从63mm～315mm的电熔管件)的电阻值，发现多数电熔管件的电阻均在0.6～1Ω左右。而电熔焊机的焊接线按照国家标准GB/T20674.2-2006的规定，输出焊接线的长度不小于2.5m，实际电熔焊机为现场连线方便，其焊接线长度均超过3～5m。实际测量多台电熔焊机的输出焊接线的电阻，其电阻值均为0.05～0.1Ω之间，达到了部分管件电阻的16.7％。采用这样的焊接线进行电熔焊接，会产生不同程度的冷焊缺陷，主要原因在于：(1)由于焊接线电阻的分压，使得实际加到电熔管件上的电压不足39.5V，因而电熔管件实际处于欠压焊接状态，自然会产生冷焊；(2)由于不同管件电阻不同，不同焊接线电阻也不同，因而电熔管件上欠压的幅度也各不相同，因而冷焊的程度也各不相同。

更严重的问题是，部分厂家在对焊接电压进行工艺试验时，一直采用使用年限长且未对焊接线检验的焊机进行焊接，因而其工艺试验时产品的焊接电压就已经低于39.5V，其在此基础上确定的焊接时间实际上是在低于39.5V下的焊接电压得到的焊接时间。由于焊接线分走多少电压取决于焊接线电阻和管件电阻，因而如果实际现场焊接的电熔焊机的焊接线是高质量低电阻的焊接线，可能使管件的焊接电压高于39.5V而造成过焊或甚至喷料的严重后果；若实际现场焊接的电熔焊机的焊接线是高电阻的焊接线，则可能使管件的焊接电压不同程度的低于39.5V而造成冷焊缺陷，且冷焊的程度无法预计。