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《浙江大学》 2011年
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聚乙烯管道电熔接头冷焊形成机理及其检测和评定方法

施建峰  
【摘要】:当今世界的交通运输方式正朝着高速化、大型化、专业化的方向发展。管道作为五大运输方式之一,是输送石油、天然气等关键能源介质的主要手段,对国民经济的发展和稳定起着至关重要的作用,是国民经济的“生命线”。 聚乙烯管具有使用寿命长、运行能耗和维护成本低等优势,符合国家倡导的“低碳”、“绿色”的发展方向,是国家中长期发展规划中主推的化学建材之一。开展聚乙烯管道接头焊接性能研究,突破聚乙烯管道系统安全应用的瓶颈,规范聚乙烯管道行业的设计、制造、安装、运行、维护以及安全状态监测体系,对推动整个聚乙烯管道行业的发展具有重要意义。 管道接头是管道系统安全的薄弱环节。电熔焊接是目前最广泛使用的塑料管道和塑料复合管道的连接方式之一。据美国Plastic Pipe Data Collection (PPDC)统计,除第三方破坏以外,大部分聚乙烯管道失效事故发生在电熔接头。由于聚乙烯管道与金属管道性能存在较大差异,因此金属管道中已较成熟的检测和质量评价方法并不适用聚乙烯管道。目前国内外电熔接头的质量控制主要通过设计合理的焊接工艺,制定严格的施工程序来实现,而对焊接后的电熔接头进行无损检测与安全评定方法研究基本为空白。 本文在国家“十一五”科技支撑计划课题“生命线工程安全保障关键技术研究及工程示范”(项目编号:2006BAK02B01)、国家“十二五”支撑计划项目“基于风险的特种设备事故预防关键技术研究”(项目编号:2011BAK06B01)和国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目“极端条件下重大承压设备风险评价与寿命预测关键技术研究”(项目编号:2009AA044801)的支持下,主要以聚乙烯管道电熔接头为研究对象,系统地研究了聚乙烯管道电熔接头的缺陷分类及其相应的失效模式,针对工程中最常见的冷焊缺陷,本文从形成原因、检测方法与安全评定三方面开展系统研究,主要完成的工作为: (1)采用理论分析与试验研究相结合的方法,将聚乙烯管道电熔接头内部缺陷分为熔合面缺陷、孔洞、结构畸变以及过焊四种基本类型;利用超声相控阵超声成像方法对这四种缺陷进行无损检测,证明该方法可用于聚乙烯管道电熔接头的无损检测并具有足够的精度;对含缺陷聚乙烯管道电熔接头进行拉伸、剥离、爆破和高温静液压试验,检验了各种力学试验方法对研究电熔接头焊接界面性能的有效性;通过高温静液压试验发现含上述缺陷的电熔接头具有沿熔合面的贯穿裂纹失效、沿电熔套筒壁的贯穿裂纹失效和沿金属丝所在圆柱面的贯穿裂纹失效这三种失效模式; (2)得到聚乙烯材料的导热系数、比热容和密度等传热参数随温度的非线性变化规律;在全面考虑聚乙烯材料参数、电熔焊接过程中输入功率以及电阻丝与聚乙烯之间的接触热阻等因素随温度变化规律基础上,建立聚乙烯管电熔焊接过程一维非稳态轴对称传热模型;通过温度场测量和焊接功率及焊接输入热量测量试验,验证所提出的模型的合理性和求解结果的准确性,并进一步分析了电熔焊接冷焊缺陷产生的原因和主要影响因素; (3)发明基于特征线的冷焊超声检测方法;通过电熔焊接过程进行实时超声录像,证明在焊接过程中超声检测特征线是固态聚乙烯和液态聚乙烯之间界面的超声反射信号;系统地分析电熔焊接后电熔接头中仍然残留有特征线的可能成因,包括金属丝周围的气泡,熔融区与未熔融区声阻抗差异以及熔融区边界的微晶;通过超声多次焊接、差式扫描热分析和显微观测试验多角度支持熔融区边界的微晶是形成特征线超声反射信号最主要原因的观点:结合温度场模型,预测了特征线随焊接时间和焊接功率的变化规律。 (4)分别基于材料力学的变形能分析和唯象理论方法提出两种通过拉伸剥离试验获得焊接界面剥离能的分析计算方法,解决了以往采用拉伸剥离试验无法直接得到焊接界面粘结性能指标的问题;在此基础上,系统、定量地研究了不同焊接时间对焊接界面粘结性能的影响。通过对试验结果进行理论分析,提出并分析电熔接头焊接过程依次经过强度孕育区、强度形成区、平台区和裂解区的本质原因;应用统计学分析方法,计算得到在给定置信水平下获得合格电熔接头所需的最小焊接时间;结合超声特征线检测方法,提出物理概念清晰、实施方便的电熔接头冷焊缺陷的安全评定方法,并已成功进行工程验证。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ325.12

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙昭艳,杨剑,安立佳,姜振华;PE线胀系数、等温压缩率和压力系数的测定[J];工程塑料应用;1999年06期
2 阳代军,霍立兴,张玉凤;塑料压力管道热熔对接焊机的研制与开发[J];工程塑料应用;2003年01期
3 阳代军,霍立兴,张玉凤;塑料压力管道焊接技术的发展现状[J];焊接技术;2003年02期
4 师春生,李家俊,王玉林;新型聚乙烯管道电熔焊接方法[J];焊接学报;2002年01期
5 阳代军,霍立兴,张玉凤,齐芳娟;塑料压力管道热熔对接自动焊机的控制系统[J];焊接学报;2002年03期
6 罗文波,杨挺青,安群力;非线性粘弹体的时间-温度-应力等效原理及其应用[J];固体力学学报;2001年03期
7 罗文波,杨挺青;固态高聚物的应力松弛行为[J];高分子材料科学与工程;2002年02期
8 解云川,张乾,范晓东,孔杰,乔文强;差示扫描量热法测定聚乙烯结晶度的不确定度评定[J];化学分析计量;2003年04期
9 肖伟民,林耀军,罗冬浦,肖贤明;饮用水不同类型消毒剂对分质供水管材溶蚀作用研究[J];给水排水;2004年01期
10 周以良,李琼;聚乙烯燃气管道的应用[J];煤气与热力;2003年09期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 黄杏冰;双峰聚乙烯分子量分布及结构调控的若干途径研究[D];浙江大学;2007年
2 那兵;聚烯烃(共混物)取向结晶与形变机理的研究[D];四川大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王卉;聚乙烯燃气管道电熔接头缺陷的超声检测及安全评定[D];浙江大学;2007年
2 曹文;聚烯烃注射成型制品的形态控制和多层次结构[D];四川大学;2007年
3 叶昌明;HDPE/弹性体/石墨复合材料力学性能和导热性能的研究[D];浙江大学;2005年
4 陈长森;聚乙烯在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结构与性能的研究[D];四川大学;2005年
5 左智敏;小城镇供水调节方式的研究与评价[D];重庆大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王庭慰,陈逸范,郭勇;高频低损耗PS/TiO_2复合材料介电性能研究[J];工程塑料应用;1997年03期
2 谢林生,缪国兵,陈小洪;双转子连续混炼机混合工艺特点及影响因素[J];工程塑料应用;1999年01期
3 申长雨,陈静波,刘春太,李倩;塑料成型加工讲座(第五讲)塑料注射成型加工工艺[J];工程塑料应用;1999年07期
4 何红,朱复华;单螺杆挤出过程的亚宏观可视化技术与理论[J];工程塑料应用;2000年12期
5 孙海霄,曾繁涤,林柳兰,黄树槐;激光选区烧结技术及所用高分子材料对工艺的影响[J];工程塑料应用;2001年03期
6 苑会林;塑料管材用原料及模具设计和成型技术进展[J];工程塑料应用;2003年01期
7 位延堂,王友印,徐斌;聚乙烯管材的连接方法和技术[J];工程塑料应用;2003年03期
8 申长雨,李海梅,高峰;注射成型技术发展概况[J];工程塑料应用;2003年03期
9 陈国,夏毅然,孔令斌,赵成如,王勤;塑料焊接技术及其在医用制品中的应用[J];工程塑料应用;2003年09期
10 史伟,王伟明;过氧化物交联聚乙烯管材的生产工艺[J];工程塑料应用;2004年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程栋材;黄志雄;;高聚物材料阻尼机理及IPN阻尼材料的发展进展[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
2 江晓玲;;采用通用有限元程序计算船体板架稳定性的分析研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
3 谢校臻;王继辉;冀运东;;脱硫烟道用乙烯基酯树脂复合材料力学性能测试[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
4 余红发;孙伟;;混凝土氯离子扩散理论模型[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
5 李晓丽;绪梅;符天保;;核爆探头受冲击波作用的数值模拟[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
6 杨橙;;现代设计方法在专用汽车开发中的应用[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
7 葛家琪;杨霄;张玲;王树;管志忠;;河南艺术中心艺术墙稳定承载力分析研究[A];中国钢结构协会四届四次理事会暨2006年全国钢结构学术年会论文集[C];2006年
8 肖飞;徐郁峰;;斜拉桥温度效应分析及其不利影响的消除[A];广东省公路学会桥梁工程专业委员会学术交流论文集[C];2004年
9 曹建军;;纳米TiO_2/ABS复合材料抗光老化性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
10 张野;;新型聚酯啤酒瓶专用料的研究[A];PPTS2005塑料加工技术高峰论坛论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢应生;螺杆冷却时单螺杆挤出过程熔融机理及相变行为的可视化研究[D];北京化工大学;2004年
2 李宁;东北地区城市就业能力的地域结构与区域调控措施研究[D];东北师范大学;2004年
3 王岸娜;壳聚糖澄清猕猴桃果汁及其澄清机理的探讨[D];江南大学;2004年
4 甘文君;热塑性改性环氧体系相分离的粘弹性行为[D];复旦大学;2004年
5 周兵;CaCO_3/PEEK复合材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2004年
6 柴军瑞;大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D];西安理工大学;2000年
7 刘光磊;孤齿锥齿轮传动动态接触特性研究[D];西北工业大学;2000年
8 李春花;海冰在潮汐和波浪作用下的断裂机理研究[D];大连理工大学;2000年
9 石宝军;电子文献研究[D];中国科学院文献情报中心;2001年
10 高江平;网状加筋挡墙结构的设计理论与方法研究[D];长安大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何小兵;生物合成聚γ-谷氨酸(钠盐型)的溶液性质研究[D];南京工业大学;2003年
2 袁智;检查手套润滑涂层的制备与机理研究[D];南京工业大学;2003年
3 任艳军;改性Y_2O_3增强橡胶材料研究[D];燕山大学;2006年
4 王健;神府超细煤粉低温热氧化降解特性研究[D];西安科技大学;2005年
5 沙保峰;超细煤粉对聚乙烯薄膜的光降解催化作用研究[D];西安科技大学;2005年
6 周丽春;聚乙烯/纳米二硫化钼功能复合材料的制备与性能研究[D];华侨大学;2005年
7 安孟康;库岸边坡地下水渗流特征及其成灾规律的研究-贡川滑坡地下水渗流模拟和稳定性分析[D];铁道部科学研究院;2000年
8 李旭红;高承载能力减速器温度场及散热系数的研究[D];西安理工大学;2000年
9 张秀森;印刷电路板组件易损特性的计算机仿真分析[D];西安理工大学;2000年
10 张晨光;铝合金轮毂的造型设计与结构分析[D];河北工业大学;2000年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈建康,黄筑平,楚海建,白树林;单向应力条件下松弛时间率相关的非线性粘弹性本构模型[J];高分子学报;2003年03期
2 罗文波,杨挺青;固态高聚物的应力松弛行为[J];高分子材料科学与工程;2002年02期
3 罗文波,杨挺青,王霞瑜;高聚物自由体积与温度和应力水平的相关性[J];高分子材料科学与工程;2005年03期
4 邓伟,杨挺青;基于内变量理论的一种广义粘弹性本构方程[J];固体力学学报;1997年01期
5 王钊,李丽华,王协群;土工合成材料的蠕变特性和试验方法[J];岩土力学;2004年05期
6 张玉川;塑料埋地排水管及其在我国的发展前景[J];中国塑料;2001年03期
7 王选伦,杨鸣波,吕军;聚乙烯管材专用料的现状及发展展望[J];工程塑料应用;2003年08期
8 邱竹贤,邱天爽,王兆文,高炳亮;铝电解实验数据的回归分析和经验公式拟合[J];东北大学学报(自然科学版);2003年04期
9 刘平德,张梅,雒贵明;新型聚合物KYP的合成与性能研究[J];大庆石油地质与开发;2005年02期
10 高兴军,赵恒华;大型通用有限元分析软件ANSYS简介[J];辽宁石油化工大学学报;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 邵煜;埋地管道的失效机理及其可靠性研究[D];浙江大学;2008年
2 李翔;钢丝缠绕增强塑料复合管粘弹性力学行为研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 张通;工程高聚物蠕变破坏的非线性粘弹性行为及其银纹损伤的实验研究[D];武汉理工大学;2003年
2 骆呈军;土工布力学性能的模拟及应用研究[D];青岛大学;2004年
3 卢玉斌;钢丝缠绕增强塑料复合管力学性能研究[D];浙江大学;2006年
4 王卉;聚乙烯燃气管道电熔接头缺陷的超声检测及安全评定[D];浙江大学;2007年
5 唐婧;Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的弹—粘—理想塑性场[D];哈尔滨工程大学;2003年
6 谷侃锋;高密度聚乙烯压力管道热板焊接接头应力场有限元模拟[D];天津大学;2003年
7 米艳华;数字化制造环境下的工艺质量分析技术研究[D];南京理工大学;2006年
8 赵薇娜;塑料压力管道破坏机理的损伤力学研究及其数值模拟[D];四川大学;2007年
【二级参考文献】
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1 马传国,容敏智,章明秋;导热高分子复合材料的研究与应用[J];材料工程;2002年07期
2 储九荣,张晓辉,徐传骧;导热高分子材料的研究与应用[J];高分子材料科学与工程;2000年04期
3 吴国章,益小苏;塑料焊接用电热膜性能的研究[J];工程塑料应用;1995年01期
4 阳代军,霍立兴,张玉凤;塑料压力管道热熔对接焊机的研制与开发[J];工程塑料应用;2003年01期
5 位延堂,王友印,徐斌;聚乙烯管材的连接方法和技术[J];工程塑料应用;2003年03期
6 王选伦,杨鸣波,吕军;聚乙烯管材专用料的现状及发展展望[J];工程塑料应用;2003年08期
7 高雪芹,陈长森,申开智,李又兵;聚合物成型加工过程中的形态控制技术[J];工程塑料应用;2004年12期
8 张雅君!北京,100044;给水系统费用函数的研究[J];北京建筑工程学院学报;1997年02期
9 罗艺 ,姜稳庄;聚乙烯燃气管道接口的质量控制[J];城市燃气;2004年11期
10 张健;居住小区变频和水塔供水能耗与投资分析[J];低温建筑技术;2003年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王圃;城市给水处理厂及泵站能耗分析与应用研究[D];重庆大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李锦;超声聚焦相控阵的研究[D];陕西师范大学;2003年
2 王越;全数字相控阵超声无损检测系统软件算法与实现[D];上海师范大学;2003年
3 苗秀荣;城市给水管网系统的优化设计研究[D];太原理工大学;2004年
4 冷艳锋;住宅小区给水方式优化研究[D];重庆大学;2004年
5 杨永;城市埋地燃气管道腐蚀防护综合评价系统研究[D];北京化工大学;2004年
6 沈时兴;城市给水厂综合评价模型及应用[D];合肥工业大学;2005年
【相似文献】
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1 张元彬,任登义;9Cr_2Mo轧辊冷焊焊缝组织分析[J];山东建材学院学报;1999年02期
2 任登义,邹增大,张元彬;钢轧辊局部冷焊实用工艺设计与分析[J];材料科学与工艺;1998年02期
3 任登义,邹增大,张元彬;钢轧辊局部冷焊实用工艺设计与分析[J];焊接技术;1998年03期
4 张元彬,任登义;一种新型工具钢冷焊焊缝的研究[J];工具技术;2002年11期
5 范润华,陈云,张景德,尹衍升;球磨合成Fe_3Al金属间化合物及其固相反应机理[J];功能材料;2004年04期
6 李光辉;冷焊应用——选粉机主轴的修复[J];四川水泥;2005年03期
7 李满林,张艳丽,杨宝旭;冷焊热焊在修复大型锻模上的应用[J];锻压机械;1995年03期
8 张玉慧;冷焊铸钢汽缸插座[J];吉林电力;1997年01期
9 陶然;陈辉;陈鹏;;自保护药芯焊丝在钢轨冷焊修复中的应用[J];电焊机;2005年11期
10 李剑锋;冷焊不解体修复卡轨车发动机缸体获得成功[J];煤矿机械;2000年04期
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1 施建峰;郑津洋;郭伟灿;李翔;秦永泉;王非;;聚乙烯管道电熔接头冷焊的判定方法[A];压力容器先进技术——第七届全国压力容器学术会议论文集[C];2009年
2 杨蓉遵;钱耀洲;邓祖荣;顾素兰;;埋地燃气聚乙烯管道全面检验方法探索[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年
3 石秀山;何仁洋;任峰;蔡广明;;在役埋地聚乙烯(PE)管道质量安全检验关键技术及工程应用[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年
4 崔旭明;李刘合;张彦华;杨建华;;Nb在非铸铁型焊缝中的合金化作用[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
5 陶然;陈辉;陈鹏;;自保护药芯焊丝在钢轨冷焊修复中的应用初探[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年
6 施进浩;龚春雨;李宝库;;登月工程用超声波电机的新产品研制策略[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年
7 杨芬明;;试论铝合金铸件冷焊修补[A];重庆市机械工程学会铸造分会、重庆铸造行业协会2010重庆市铸造年会论文集[C];2010年
8 欧阳敏;谢瑞栓;吴清振;;“冷焊”技术在电缆设备修理中的应用[A];2002年晋冀鲁豫鄂蒙川沪云贵甘十一省市区机械工程学会学术年会论文集(河南分册)[C];2002年
9 陈钟盛;;用低氢型普低钢焊条冷焊铸铁[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
10 ;降低框架点焊偏心量值离异 华映光电股份有限公司天籁圈[A];2006年度电子信息行业优秀质量管理小组成果质量信得过班组经验专集[C];2006年
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1 ;用于灰口铸铁和球墨铸铁冷焊的新型铸铁电焊条[N];中国有色金属报;2003年
2 张玉川;拓宽应用领域,是推广聚乙烯管的关键(上)[N];中国建设报;2004年
3 勇辉;冷焊技术在修船上的应用[N];中国船舶报;2005年
4 北京塑料工业协会 张玉川;重视应用技术,稳步发展PE管(一)[N];中国建设报;2004年
5 北京市塑料工业协会 张玉川;重视应用技术,稳步发展PE管(三)[N];中国建设报;2004年
6 齐艳丽;浙江省特检院多个科研项目获得国家级奖[N];中国质量报;2010年
7 齐艳丽 记者 曹吉根;浙江省特检院一项成果喜获国家发明专利授权[N];中国质量报;2009年
8 霞;聚乙烯管能带来哪些方便?[N];消费日报;2001年
9 姚耀富;P P R管材:期待在规范中发展[N];中国石化报;2004年
10 ;“用培训为船厂发展保驾护航”[N];南京日报;2007年
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1 施建峰;聚乙烯管道电熔接头冷焊形成机理及其检测和评定方法[D];浙江大学;2011年
2 张元彬;冷焊态高碳合金钢型熔敷金属无孪晶强化及增韧[D];山东大学;2003年
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1 章全奎;金属微粉无结晶形成镀层机理研究[D];昆明理工大学;2005年
2 秦永泉;含工艺缺陷聚乙烯管道热熔焊接接头力学性能试验研究[D];浙江大学;2010年
3 王金凤;椭圆体缺陷PE燃气管道受温度影响的力学特性研究[D];西南石油大学;2012年
4 王卉;聚乙烯燃气管道电熔接头缺陷的超声检测及安全评定[D];浙江大学;2007年
5 余伟华;铅酸蓄电池电极铸焊工艺研究[D];上海交通大学;2008年
6 黄真;碳钢表面机械合金化制备高Cr合金层的研究[D];南京航空航天大学;2008年
7 明宗峰;在于实验数据的MA致三元金属合金非晶形成规律的数学模型及分析[D];广西大学;2001年
8 杨道虹;MA致三元金属合金非晶化的形成规律及应用[D];广西大学;2001年
9 刘景平;空调与制冷用高效节能内螺纹铜管高频焊工艺及应用研究[D];浙江大学;2005年
10 李江英;汽车自动变速箱零件再制造技术的研究[D];北方工业大学;2010年
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