بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند جوش بات فیوژن2 یکی از مرسومترین روشهاي اتصال و جوش لولههاي پلیاتیلن میباشد. مرحله حرارت دهی مهمترین مرحله در این روش اتصال میباشد. کیفیت جوش به ضخامت لایه مذاب و مقدار ماده مذاب موجود در لبه جوش بستگی دارد لذا تعیین توزیع درجه حرارت و عمق لایه مذاب و ارتفاع بید تشکیل شده در مرحله حرارت دهی براي پیش بینی کیفیت جوش بسیار اهمیت دارد.
در این تحقیق انواع مدهاي انتقال حرارت بررسی شده است و یک مدل عددي - FEM - از فرآیند جوش در مرحله حرارتدهی با در نظر گرفتن شرایط فیزیکی حاکم در جوش براي تعیین توزیع درجه حرارت و مکانیزم تشکیل بید در آن تهیه شده است. با انجام جوش و اندازهگیري دما با استفاده از ترمومتر دیجیتال در فواصل مختلف از انتهاي لوله پروفیل توزیع دما در آن بدست آمده است . در انتها نتایج آزمایشهاي تجربی با نتایج شبیهسازي از لحاظ دما و شکل گرده جوش اولیه مقایسه شده است.
-1 مقدمه
امروزه لولههاي پلیاتیلن به مهمترین ماده مورد استفاده در شبکههاي انتقال و توزیع گاز شهري تبدیل شده است. مهمترین عواملی که باعث این انتخاب شده است عبارتند از: هزینههاي پایین نصب ونگهداري نسبت به لولههاي فلزي، مقاومت بالا در برابر خوردگی، مقاومت شیمیایی بالا ، حد دوام و عمر بالاتر - حداقل 50 سال - و مقاومت بالا در برابر بارهاي ضربهاي ناگهانی مانند زلزله. براي اتصال لولهها در شبکههاي پلیاتیلن انتقال گاز از چندین روش استفاده میشود که مهمترین و شناخته شده ترین این روشها جوش لب به لب - بات فیوژن - و جوش الکتروفیوژن میباشد.
در روش بات فیوژن ابتدا براي رفع آلودگی، سطوح اتصال را به صورت دقیق تمیز میکنند یا براي انطباق دقیق سطوح انتهاي لولهها را پیشانی تراشی میکنند تا سطوحی صاف و عمود بر هم حاصل شود. بعد از آن سطوح را در تماس با یک پلیت حرارتی قرار میدهند و فاز گرمایش آغاز میشود. معمولاً فاز گرمایش در لولهها در دو مرحله انجام میشود. فاز اول گرمایش با حضور عامل فشار و فاز دوم گرمایش که معمولاً مقدار فشار محوري اعمال شده بسیار کم و در حدود صفر است. در فاز اول گرمایش یک فشار اولیه در انتهاي لوله به صورت یکنواخت اعمال میشود که زمان این فاز در استانداردها مشخص است و براي لوله با - SDR113قطر خارجی 160mm و ضخامت - 14/6 mm در حدود 200 ثانیه میباشد.
در شکل-1 مراحل جوش به صورت شماتیک ارائه شده است. بعد از تشکیل گرده اولیه جوش فاز دوم مرحله گرمایش که در آن فشار اعمالی بر انتهاي لوله در حدود صفر است آغاز میشود. زمان این فاز در حدود 180 ثانیه است. مرحله بعدي مرحله تغییر وضعیت1 و کنار رفتن پلیت حرارتی و اتصال سطوح مذاب و نرم شده تحت اثر یک فشار معین میباشد. این مرحله به طور همزمان با مرحله خنک کاري و سرد کردن میباشد و نفوذ مولکولی و خنک کاري با هم همپوشنی دارند
شکل-1 شکل شماتیک مراحل جوش لب به لب
تعدادي تحقیق در موضوع جوش لب به لب وجود دارد ولی در آنها محقیقن به توضیح تئوري فرآیند حادث شده در مراحل مختلف جوش لب به لب نمیپردازند و همچنین در این تحقیقات به کل فرآیند نیز پرداخته نمیشود .[3-5] لسکویچ [6] به بررسی تاثیر جوش لب به لب بر روي میکروساختار جوش و مقایسه با ساختار اصلی لوله پرداخته است.
کولا لوکا و همکارانش[7] بر روي بهینهسازي فرآیند جوش لب به لب با استفاده از پارامترهاي مؤثر بر آن و انجام یک سري آزمایشهاي تجربی با استفاده از روش آماري F.F.T پرداخته است. ژائو و همکارش [8] به بررسی اثر آلودگی سطوح بر روي جوش لب به لب لولههاي پلی اتیلن و لو و همکارانش [9] به بررسی تأثیر پارامتر فشار و آلودگی سطوح بر روي مقاومت و کیفیت جوش پرداختهاند.
آز.وود [10] به بررسی و تحلیل عددي فرآیند انتقال حرارت جوش لب به لب در لولههاي پلی اتیلن با استفاده از روش دیفرانسیل محدود پرداخته است و یک مدل ریاضی براي مساله بدست آورده است. با توجه به مرور تحقیقات انجام شده در جوش لب به لب، در زمینه مدلسازي عددي فرآیند جذب حرارت کارهاي چندان زیادي انجام نشده است و نیز با توجه به اینکه پایه تئوري محکمی براي مدلسازي کامپیوتري فرآیند جهت بهینهسازي پارامترهاي جوش وجود ندارد در این مطالعه به منظور درك بهتر فرآیند جوش لب به لب و بررسی تاثیر پارامترهاي مختلف جوش در مرحله حرارت دهی، ابتدا مساله انتقال حرارت بررسی شده است. در نهایت یک مدل کامپیوتري از فرآیند بر مبناي استفاده از روش المان محدود تهیه شده است و با نتایج تجربی مقایسه شده است.
-2 انتقال حرارت در فرآیند جوش لب به لب
در حالت کلی در جوش لب به لب انتقال حرارت به سه طریق کنوکسیون، هدایت و تشعشع انجام میشود و هر یک از آنها در مراحل مختلف وارد میشوند و تاثیر هر یک از آنها در مراحل مختلف ممکن است متغیر باشد. در این قسمت از : Q1-2 مقدار گرماي انتقالی به ازاي واحد زمان بین جسم - - 1 و - 2 - و : q1- 2 انتقال حرارت به ازاي واحد زمان بین سطح - 1 - و - 2 - استفاده شده است.
1-1-2 انتقال حرارت به طریق هدایت حرارتی
هدایت حرارتی مهمترین مد انتقال حرارت بین لوله و پلیت حرارتی میباشد و شار حرارتی از سمت پلیت به سمت لوله میباشد
