一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法
阅读说明：本技术 一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法 (Method for regulating and controlling welding thermal deformation of electric smelting bypass saddle-shaped pipe fitting ) 是由 陈源 陈建强 汪晓岗 赵立刚 刘维玉 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法,包括以下步骤：(1)采用塑料注塑工艺注塑旁通主体,并将温控形状记忆合金在旁通主体注塑的过程中嵌设在旁通主体内部；(2)将电热丝挤压嵌入在所述管道连接部的鞍型圆弧焊接面上；(3)将旁通主体捆绑在主燃气管道上,给电热丝通电,电热丝发热使鞍型圆弧焊接面处材料熔化,使得旁通主体与主燃气管道熔焊在一起。本发明既可通过椭圆螺旋线布丝减小温度不均匀的扭曲变形,又可通过温控形状记忆合金来控制剩余的扭曲变形。(The invention provides a method for regulating and controlling welding thermal deformation of an electric smelting bypass saddle-shaped pipe fitting, which comprises the following steps of: (1) the bypass main body is injection-molded by adopting a plastic injection molding process, and the temperature-control shape memory alloy is embedded in the bypass main body in the injection molding process of the bypass main body; (2) extruding and embedding the electric heating wire on a saddle-shaped arc welding surface of the pipeline connecting part; (3) the bypass main body is bound on the main gas pipeline, the electric heating wire is electrified, the electric heating wire heats to melt the material at the saddle-shaped arc welding surface, and the bypass main body and the main gas pipeline are welded together. The invention can reduce the uneven distortion of temperature by the elliptical spiral wire distribution, and can control the residual distortion by the temperature control shape memory alloy.)
技术领域
本发明属于焊接热变形调控技术领域，尤其是涉及一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形自适应调控方法。
背景技术
天然气作为城市清洁高效的能源之一，其最便捷的输送方式就是管道输送。相比金属燃气输配管道，聚乙烯(PE)燃气管道以其力学性能稳定、耐化学腐蚀、可熔接性、绿色环保、寿命长、重量轻、易加工成型、运输及安装费用低等综合优势，在英国、丹麦、法国等国家普及率均超过90％，在我国新建中、低压燃气输配管道中亦被大量推广应用。然而该种材质管道在实际使用中的重要问题之一就是已运行管道与新建支管道连接的技术问题。根据CJJ63-2018《聚乙烯燃气管道工程技术标准》要求，PE燃气管道连接应采用电熔连接(电熔承接连接、电熔鞍形连接)或热熔连接，不得采用螺纹连接和粘接。其中电熔旁通鞍形连接是燃气管道带压不停气连接中的常用方式。
现有PE电熔旁通鞍形管件(后简称鞍管)结构零部件包括电熔盖帽、密封圈、旁通主体、钻孔刀具、刀具托体、电热丝，电热丝在鞍管上的布丝,为空间圆柱面上的圆形布丝，各个方向电热丝丝距是一样的。其与主燃气管道的带压不停气连接的方法及工作原理为：首先将鞍管捆绑在主燃气管道上，此时通过给电热丝通电，电热丝发热融化PE材料使得鞍管与主燃气管道融焊在一起，焊接完成后需要带压不停气开孔，此时钻孔刀具通过螺纹配合旋转下降并在主燃气管道上钻开洞口，此过程刀具与刀具托体、刀具托体与旁通主体间所有泄漏通道均保证有密封圈密封，待孔钻完后刀具旋上去，盖好电熔盖帽，从而完成带压不停气开孔。
现有技术中的PE电熔旁通鞍形管件存在以下问题：熔焊过程中由于温度分布不均匀引起的变形不均匀导致鞍管与主管路的焊接质量差，焊缝处会出现裂口等缺陷，导致燃气泄漏。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，提供一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形自适应调控方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法，包括以下步骤：
(1)采用塑料注塑工艺注塑旁通主体，并将温控形状记忆合金在旁通主体注塑的过程中嵌设在旁通主体内部：
旁通主体包括钻孔管道和与钻孔管道连通的旁通支管，所述钻孔管道的一端设有鞍形的管道连接部，所述温控形状记忆合金嵌设在所述管道连接部内，所述温控形状记忆合金受热变形方向与所述管道连接部的热应力变形方向相反，所述管道连接部具有鞍型圆弧焊接面，所述钻孔管道在所述鞍型圆弧焊接面上形成有管孔；
(2)将电热丝挤压嵌入在所述管道连接部的鞍型圆弧焊接面上：
所述电热丝呈椭圆螺旋线形式布置，椭圆螺旋线的长轴与和管道连接部焊接的主燃气管道的轴向平行；
(3)将旁通主体捆绑在主燃气管道上，给电热丝通电，电热丝发热使鞍型圆弧焊接面处材料熔化，使得旁通主体与主燃气管道熔焊在一起。
作为优选，所述电热丝沿所述主燃气管道的周向的丝距为x，所述电热丝沿所述主燃气管道的轴向的丝距为y，0.5mm≤x≤3.5mm，0.8≤x:y＜1.0。
作为优选，所述电热丝的绕丝圈数为n，15圈≤n≤40圈。
作为优选，所述温控形状记忆合金设有多个，所述温控形状记忆合金嵌设在所述管孔的周围，多个所述温控形状记忆合金关于所述管孔对称设置。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：
本发明的电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法，通过将电热丝呈椭圆螺旋线形式布置，椭圆布丝可以均化温度场分布，因为椭圆螺旋线形式布置电热丝丝距是变化的，丝距增大温度是会降低的，丝距减小温度是会增高的，这样通过椭圆螺旋线形式布置的丝距变化控制是可以实现温度均化。这样可以提高熔焊质量，也可以减小不均匀的热应力变形。另外，利用目前先进的智能材料温控形状记忆合金内置于电熔旁通鞍形管件鞍型圆弧焊接面附近，当焊接时温度会升高，温控形状记忆合金会随温度按照预设计的方向产生形变应力，记忆合金的形变应力将会抵消焊接时的热应力，待焊接完成温度回归常温，记忆合金的变形应力亦消失，如此来控形。因此，本发明既可通过椭圆螺旋线布丝减小温度不均匀的扭曲变形，又可通过温控形状记忆合金来控制剩余的扭曲变形。
附图说明
图1为一种可自适应调控焊接热变形的电熔旁通鞍形管件的结构示意图；
图2为一种可自适应调控焊接热变形的电熔旁通鞍形管件的爆炸图；
图3为一种可自适应调控焊接热变形的电熔旁通鞍形管件的截面剖视图；
图4为鞍型圆弧焊接面处的结构示意图；
图5为温控形状记忆合金和焊丝布置结构示意图；
图中：
1-主燃气管道；2-旁通主体；21-钻孔管道；211-管道连接部；2111-鞍型圆弧焊接面；212-管孔；213-刀具托架支撑槽；22-旁通支管；3-钻孔刀具；4-刀具托架；41-圆环柱体一；42-圆环柱体二；43-圆环柱体三；44-圆柱槽；5-旁通盖帽；7-第一密封圈；8-第二密封圈；9-第三密封圈；10-第四密封圈；11-第五密封圈；15-电热丝；16-温控形状记忆合金；17-焊丝。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
一种电熔旁通鞍形管件焊接热变形调控方法，包括以下步骤：
(1)采用塑料注塑工艺注塑旁通主体，并将温控形状记忆合金在旁通主体注塑的过程中嵌设在旁通主体内部：
旁通主体包括钻孔管道和与钻孔管道连通的旁通支管，所述钻孔管道的一端设有鞍形的管道连接部，所述温控形状记忆合金嵌设在所述管道连接部内，所述温控形状记忆合金受热变形方向与所述管道连接部的热应力变形方向相反，所述管道连接部具有鞍型圆弧焊接面，所述钻孔管道在所述鞍型圆弧焊接面上形成有管孔；
(2)将电热丝挤压嵌入在所述管道连接部的鞍型圆弧焊接面上：
所述电热丝呈椭圆螺旋线形式布置，椭圆螺旋线的长轴与和管道连接部焊接的主燃气管道的轴向平行；
(3)将旁通主体捆绑在主燃气管道上，给电热丝通电，电热丝发热使鞍型圆弧焊接面处材料熔化，使得旁通主体与主燃气管道熔焊在一起。
步骤(2)中，所述电热丝沿所述主燃气管道的周向的丝距为x，所述电热丝沿所述主燃气管道的轴向0.5mm≤x≤3.5mm，0.8≤x:y＜1.0。
步骤(2)中，所述电热丝的绕丝圈数为n，15圈≤n≤40圈。
步骤(1)中，所述温控形状记忆合金设有多个，所述温控形状记忆合金嵌设在所述管孔的周围，多个所述温控形状记忆合金关于所述管孔对称设置。
按以上方法与主燃气管道1焊接的一种可自适应调控焊接热变形的电熔旁通鞍形管件，如图1-5所示，包括旁通主体2、钻孔刀具3、刀具托架4和旁通盖帽5。
所述旁通主体2包括钻孔管道21和与所述钻孔管道21连通的旁通支管22。本实施例中，钻孔管道21和旁通支管22一体设置。
所述钻孔管道21的一端设有鞍形的管道连接部211，所述管道连接部211具有鞍型圆弧焊接面2111，所述钻孔管道21在所述鞍型圆弧焊接面2111上形成有管孔212；所述钻孔管道21的另一端设置所述钻孔刀具3、刀具托架4和旁通盖帽5。
所述钻孔刀具3安装在所述刀具托架4上，所述刀具托架4设有上下贯通的圆柱槽44，所述圆柱槽44的槽壁设有用于连接所述钻孔刀具3的螺纹。
所述钻孔管道21的管口处设有一圈刀具托架支撑槽213，所述刀具托架4包括由上至下依次设置的圆环柱体一41、圆环柱体二42和圆环柱体三43。所述圆环柱体一41的直径与所述刀具托架支撑槽213的直径匹配；所述圆环柱体二42的直径与所述钻孔管道21的内径匹配；所述圆环柱体三43的直径小于所述钻孔管道21的内径。所述圆环柱体一41上设有一圈第一密封圈安装槽，所述第一密封圈安装槽内安装有第一密封圈7；所述圆环柱体二42上设有一圈第二密封圈安装槽，所述第二密封圈安装槽内安装有第二密封圈8。
所述旁通盖帽5截面呈凹字形，所述旁通盖帽5与所述刀具托架4、所述钻孔管道21无间隙配合。所述旁通盖帽5内部的底面上设有一圈第三密封圈安装槽，所述第三密封圈安装槽内安装有第三密封圈9。
所述钻孔刀具3在与所述圆柱槽44相配合的柱面的上部和下部分别设有一圈第四密封圈安装槽和第五密封圈安装槽，所述第四密封圈安装槽和第五密封圈安装槽内分别安装有第四密封圈10和第五密封圈11。
所述鞍型圆弧焊接面2111上设有椭圆螺旋线形式布置的电热丝15，椭圆螺旋线的长轴与所述主燃气管道1的轴向平行。所述电热丝15沿所述主燃气管道1的周向的丝距为x，所述电热丝15沿所述主燃气管道1的轴向的丝距为y，0.5mm≤x≤3.5mm，0.8≤x:y＜1.0。本实施例中，x＝1.0mm，x:y＝0.8。
进一步的，所述电热丝15的绕丝圈数为n，15圈≤n≤40圈。所述电热丝15的直径为d，0.3mm≤d≤1.0mm。本实施例中，所述电热丝15的绕丝圈数n＝20圈，所述电热丝15的直径d＝0.8mm。所述旁通主体2为PE管，所述电热丝15通过机床挤压嵌入所述管道连接部211的鞍型圆弧焊接面2111。
所述管道连接部211在所述管孔212的周围嵌设有温控形状记忆合金16，所述温控形状记忆合金16受热变形方向与所述管道连接部211的热应力变形方向相反。所述温控形状记忆合金16在所述旁通主体2注塑的过程中嵌设在所述旁通主体2内部。
优选的，所述温控形状记忆合金16设有多个，多个所述温控形状记忆合金16关于所述管孔212对称设置。本实施例中，旁通主体2上在所述管孔212周围嵌设有温控形状记忆合金16和焊丝17。所述温控形状记忆合金16呈条状，所述温控形状记忆合金16平行于所述主燃气管道1的轴向。所述温控形状记忆合金16有两条且两条温控形状记忆合金16关于所述管孔212对称设置。所述焊丝17垂直于所述主燃气管道1的轴向，所述焊丝17有两条且两条焊丝17关于所述管孔212对称设置。
电熔旁通鞍形管件与主燃气管道1的带压不停气连接的方法及工作原理为：首先将电熔旁通鞍形管件捆绑在主燃气管道1上，此时通过给电热丝15通电，电热丝15发热融化PE材料使得电熔旁通鞍形管件与主燃气管道1融焊在一起，焊接完成后需要带压不停气开孔，此时钻孔刀具3通过螺纹配合旋转下降并在主燃气管道1上钻开洞口，此过程钻孔刀具3与刀具托架4、刀具托架4与旁通主体2间所有泄漏通道均保证有密封圈密封，待孔钻完后钻孔刀具3旋上去，盖好旁通盖帽5，从而完成带压不停气开孔。
本发明中，电热丝呈椭圆螺旋线形式布置，椭圆布丝可以均化温度场分布，因为椭圆螺旋线形式布置电热丝丝距是变化的，丝距增大温度是会降低的，丝距减小温度是会增高的，这样通过椭圆螺旋线形式布置的丝距变化控制是可以实现温度均化。这样可以提高熔焊质量，也可以减小不均匀的热应力变形。另外，利用目前先进的智能材料温控形状记忆合金内置于电熔旁通鞍形管件鞍型圆弧焊接面附近，当焊接时温度会升高，温控形状记忆合金会随温度按照预设计的方向产生形变应力，记忆合金的形变应力将会抵消焊接时的热应力，待焊接完成温度回归常温，记忆合金的变形应力亦消失，如此来控形。因此，本发明既可通过椭圆螺旋线布丝减小温度不均匀的扭曲变形，又可通过温控形状记忆合金来控制剩余的扭曲变形。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
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