【摘 要】
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随着城市建设的不断发展,我国地下管网的铺设规模不断扩大。一些管道由于铺设年代久远,相继达到服役年限,加之环境变化,导致管道出现了不同程度结构性和功能性的缺陷,这不仅会减少管道使用寿命,还会导致各种问题,危害到城市安全,因此急需对地下管网进行维护和修复。原位固化修复技术(CIPP)以其成本低、周期短、施工安全性好、交通影响小等优势逐渐被广泛应用。但由于该技术在我国起步较晚,修复工程所用的设备及材料虽
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随着城市建设的不断发展,我国地下管网的铺设规模不断扩大。一些管道由于铺设年代久远,相继达到服役年限,加之环境变化,导致管道出现了不同程度结构性和功能性的缺陷,这不仅会减少管道使用寿命,还会导致各种问题,危害到城市安全,因此急需对地下管网进行维护和修复。原位固化修复技术(CIPP)以其成本低、周期短、施工安全性好、交通影响小等优势逐渐被广泛应用。但由于该技术在我国起步较晚,修复工程所用的设备及材料虽进行了国产化,但缺乏基础性研究,质量控制凭经验,限制了此项技术在我国的发展。本文针对排水管道CIPP核心材料-内衬软管的焊接技术进行研究,以期为我国的非开挖原位修复用内衬软管的机械化、连续化生产提供支撑。(1)通过对材料的改性、复合方式研究,开发了内衬软管的封口材料,确定了封口材料的“特一性”。对影响热封焊接三要素(热风温度、焊接速度、热风风量)进行研究,确定接缝焊接最优组合工艺参数,结果表明:在热封温度为300℃、焊接速度为1.80m/min、热风风量为20m~3/h的条件下,LLDPE软管焊缝处的强度最高,抗拉强度为275MPa,剥离强度为286N/m。通过TG-FTIR、DSC、SEM等仪器对热封分离前后的热封面进行测试,分析热封焊接过程分为四个阶段,分别为密封膜受热熔融、界面对流、缠结和冷却结晶,其中受热熔融和缠结阶段是决定热风焊接质量的关键。通过正交实验方法确定了焊接工艺最佳参数:热风温度为300℃,焊接速度为1.80m/min,热风风量为20m~3/h,此时接缝处剥离强度为185N/m。(2)对TPU(热塑性聚氨酯弹性体)软管焊接机理进行研究,通过万能电子拉力机、TG-FTIR、DSC、SEM等仪器对接缝处的密封性能、表观形貌、熔融状态进行测试,结果表明:TPU软管焊接过程同样可分为四个阶段,且受热熔融和缠结阶段是关键环节;正交实验结果表明:在热风风量为20m~3/h,焊接速度为2.16m/min时,剥离强度最大,为1000N/m。(3)通过ANSYS有限元模拟分析,利用热-力耦合单元进行计算,得到热风焊接过程中的温度场的分布,以及热过程产生的残余应力数值。结果表明:焊接过程中因余热产生的纵向残余应力为1.28×10-3MPa,横向残余应力模拟结果为8×10-5MPa,残余总变形为0.0015mm。(4)通过生产装备优化研究,对送料装置、软管成型装运装置、软管内外层焊接装置进行升级改造,提高了生产能力。降低送料装置前端的高度,形成自下而上的坡度,以减小上料阻力;增加软管成型转运装置的限位功能,保证软管对正拼合状态,减少人工对缝的工作量;对热风焊接装置进行优化,将继电器控制改为PLC控制,温控精度控制在±1℃以内,保证了焊接过程的稳定;采用气动升降装置控制焊接设备前端牵引部分,解决人工调整动力辊与从动辊之间的缝隙,导致的压辊两端不平行的问题。使用优化后的工艺生产线制备DN1000,壁厚为20mm的内衬软管,制备的成品软管质量较好,优化后的工艺生产线能够完成中等口径内衬软管的制备。
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