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收稿：2024-01-03，
修回：2024-02-22，
纸质出版：2025-01-20
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电熔焊是连接聚乙烯（PE）燃气管的常用方法。采用SYSWELD软件建立PE100圆管电熔焊的1/4轴对称有限元模型，考虑了电热丝产生的电阻热作为体积热源，并通过空气对流和散热面散热的方式模拟焊接过程中的热交换。通过DSC+TG联用测试PE100材料的熔化温度和分解温度，获得特征温度数据。试验测得PE100材料的熔化起始温度和峰值温度分别为118 ℃和138 ℃，分解起始温度为272 ℃，5%质量损失标定的分解温度为350 ℃。熔化区宽度的预测值与测量值吻合较好，误差在5%以内，验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明，焊接电压对熔化区宽度有显著影响，较大的焊接电压产生足够的热输入，进而扩大了熔化区宽度。但过高的热输入会导致塑料的过热分解，形成孔洞，降低有效连接面积，可能会影响到接头的力学性能。环境温度通过改变焊接结构的初始温度和对流散热强度，显著影响熔化区的形成过程和最终宽度。实际生产时，有必要依据具体的环境因素对电熔套筒的预设参数进行优化和调整，以保证电熔焊的质量。
Electrofusion welding is a common method for connecting polyethylene (PE) gas pipes. Using SYSWELD software
a 1/4 axisymmetric finite element model of PE100 circular pipe electrofusion welding was established
considering the resistive heat generated by the heating wire as a volumetric heat source and simulating the heat exchange during the welding process through air convection and cooling surface dissipation. The melting temperature and decomposition temperature of PE100 material were obtained through DSC+TG combined test to obtain characteristic temperature data. The experimentally measured melting onset and peak temperatures of PE100 material were 118 ℃ and 138 ℃
respectively
while the decomposition onset temperature was 272 ℃
and the decomposition temperature calibrated at 5% mass loss was 350 ℃. The predicted value of the melting zone width was in good agreement with the measured value
with an error of less than 5%
verifying the effectiveness and accuracy of the adopted calculation method. The simulation results show that the welding voltage has a significant effect on the width of the melting zone
and a larger welding voltage generates sufficient heat input
thus expanding the width of the melting zone. However
excessive heat input will lead to overheating and decomposition of the plastic
forming pores
reducing the effective connection area
and may affect the mechanical properties of the joint. The ambient temperature significantly affects the formation process and final width of the melting zone by changing the initial temperature and convection heat dissipation intensity of the welding structure. In actual production
it is necessary to optimize and adjust the preset parameters of the electrofusion sleeve according to specific environmental factors to ensure the quality of electrofusion welding.
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