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PE管、配件焊接培训教材第一节 热熔连接热熔连接又称热熔对接焊，是聚乙烯（PE）燃气管道施工中主要的连接方法之一，使用的设备是热熔对接焊机，根据管径选择不同规格的焊机；在二十世纪六十年代就成功的应用于热塑性塑料管道的连接，在国内已经成熟的应用于所有行业聚乙烯（PE）管道的焊接。一、 热熔对接的原理热熔对接焊的是依靠加热板同时加热需要焊接管材/管件的两个端面，使其达到熔化温度，迅速贴合，在一定的压力下冷却，达到熔接目的。焊接机理分子扩散缠绕理论：两个相容的高分子材料，加热到一定的温度，使大分子得到能量和空间，由于分子的热运动，并在得到外力的作用下，强制的彼此流动进行迁移、扩散、互相缠绕，随着温度的下降开始结晶，得到一定的结晶度达到理想焊接的目的。二、 热熔对接焊机热熔对接焊机是用来实施对聚乙烯（PE）对接件端面进行加热焊接的专用设备，焊机的质量直接影响焊接质量，它的性能要符合ISO12176-1标准要求。其主要由泵站、机架、夹具、加热板、铣刀等部分组成。液压系统的工作原理（见图411）：由电动机带动液压泵旋转产生压力，通过手动三位四通阀进行切换，来改变液压油流动的方向，达到机架的闭合、保压、分离。调整调压阀,设定需要的力值（压力：由压力表显示），经过高压油管将压力油输送到机架上的液压油缸内，传递给油缸中的活塞，使机架上的夹具在固定的导轨上滑动，作往复直线运动，供给焊接所需要的力（压力）。(1) 泵站泵站是热熔对接焊机机架运动的动力源；以液压原理的控制系统，为机架提供所需要的动力，能够控制机架运动，并且提供焊接所规定的力值（压力）。它的结构应当包括清晰可辨的压力指示、压力调整、控制机架运动及计时的装置。泵站的结构见图412。 泵站的一般要求：l 压力表精度等级应为1.6，应当定期校正；l 应当配备有吸热、冷却时间的计时器的提醒报警装置；l 所有接头不能泄漏；(2) 机架及夹具机架上装有快插接头，由装有快插接头的高压油管与泵站连接，将泵站的压力传递给机架，达到焊接目的，其构造见图413；机架及夹具的作用：l 夹持管材/或管件使其作直线往复运动；l 固定焊接件保证在运动中具有良好的同轴度 。l 铣削和加热焊接端面时的定位；l 校正管材焊接面椭圆的功能； 机架及夹具的性能和技术要求：l 机架的稳定性和直线性满足以下要求：机架应当具有足够的刚性，在整个行程中轴向线性偏差 0.2mm；夹持管材时有支撑架和其他支撑的轴向线性偏差 0.5mm；见图414；去除支撑后，焊机机架及所夹持的管段要产生额外的弯曲度，在受力的情况下进行测量（见图415），它的同轴度应当不超表42中的要求。表42 机架无支撑时夹持最大管材额外弯曲的直线偏差管材外径（SDR17.6）250315400500630受力后同轴度(mm)12345（1） 机架l 空载拖动力应当满足以下要求：型号250mm以下的对接焊机，最大焊接规定的焊接压力20内（最大不超过800N）；型号250mm以上的对接焊机，最大焊接规定的焊接压力20内（最大不超过1200N）；夹具移动在任何位置其压力变化不能超过拖动压力的10；（2）夹具l 夹具的夹持力，能保证承受对接管材时的轴向压力，而管材不松动；l 焊机是以两个油缸保证夹具运动直线度，故夹具的椭圆度 0.1mm；l 夹具与轴的支撑应当具备足够的刚性，保证在整个行程中，轴向线性偏差 0.2mm；l 校圆功能：任何管端25mm内不圆度 壁厚的5；错边 250mm，“X” 15mm；l 两面平整光滑：0.1mm/100mm；特别在与管材管件接触部分不得有划伤及微孔。l 厚度偏差：型号250以下0.1mm；型号250以上0.25mm。l 温度控制：7；自动恒温，在170260正常工作状态下（环境温度1040） 控制在要求内。(4) 铣刀铣刀的作用是用来将需要焊接的两个端面经铣削后，获得平整、洁净、相互平行的表面，在焊接时能得到焊接面有效的接触。铣刀的动力是由大扭矩的手枪式电钻的电机部分（见图420）、电动机或液压马达输出动力，经过减速装置降低旋转速度并改变运动方向，带动双面刀盘旋转，在一定的压力下同时对两个端面进行铣削。铣刀的性能及技术要求：l 铣削后保证切屑与切削面、铣刀及管口处斜向分离；使用者能清晰可见判断铣削是否完成。l 铣刀刀片可以更换，具备铣削量的控制功能，防止过量铣削。l 铣刀应当对其焊机包括全部规格尺寸的管材管件进行铣削。l 铣刀具备双面切削，铣削后铣削面应当光滑平整，两个端面闭合后的间隙：管材外径 250mm为 250mm外径 630mm为 0.5mm；三、 焊接工艺制定热熔对接焊焊接的过程分三个阶段：加热段、切换对接段和冷却段；也就是说在对接焊具备焊接条件的情况下，每一个焊口都要经过这三个阶段的循环。对接焊的焊接工艺有三个重要参数：温度、压力、时间；在温度确定的情况下压力和时间的关系见图421；1. 温度：焊接温度一般为200235，在实际施工中，可以根据具体施工环境和材料适当调整焊接温度。标准的焊接工艺参数PE80材料焊接温度为21010；PE100材料为22510；图421 焊接工艺曲线图加热段切换对接段冷却段t3t5t4t2t1总的焊接时间P1P拖P2P压力T时间图中：P1焊接规定的压力（MPa）；P2总的焊接压力，P2=P1+P拖（MPa）； P拖拖动压力（MPa）；t1卷边达到规定高度的时间（凸起高度mm）；t2焊接所需要的吸热时间（s）；t3切换所规定的时间（s）；t4调整压力到P2所规定的时间（s）；t5冷却时间（min）；2. 压力：需焊接的焊接面的标准压力或力值P0：0.15N/mm2；由于焊机生产厂家的不同，各个生产厂设计的液压缸径和导杆外径也不同，受力活塞的有效面积就不同，但是作用在需焊接的管材或管件截面单位面积上所受的力是相同的，各种管子的截面积的焊接压力可以从焊机生产厂提供的焊接参数中查得，焊机生产厂应当提供活塞的有效面积，其焊接压力P1是按以下方式计算：管材/管件所需的对接力：式中：F1管材/管件所需的对接力（N）。P0作用于管材上单位面积的力（0.15N/mm2）。A管材/管件截面积（mm2）。 焊机的液压系统给出的力：式中：F2焊机需要输出的对接力（N）。P1焊机液压系统压力（MPa）。S 焊机液压缸活塞的有效面积（mm2）。 F1F2 拖动压力P拖：是焊机夹具运动时克服机械摩擦力和拖动管材所需要的压力，它随着焊接环境、夹持管材质量不同而变化，所以所需要的压力是个浮动值，在焊接中每个焊口必须进行测量，测出的拖动压力值必须加入最终实际操作所需要的压力，这是非常重要的。焊接总的压力P2：P2P1 + P拖； 3. 时间：是焊接工艺参数和操作过程中必须进行限定，见表43，SDR11管材焊接参数和表44，SDR17.6管材焊接参数。l 卷边（凸起）达到规定高度的时间t1；它随着环境温度的变化是不固定的，环境温度高，在压力P2的作用下，卷边（凸起）达到规定高度的时间就短，环境温度低，卷边（凸起）达到规定高度的时间就长；凸起高度有三个作用：一是平整焊接端面，二是环境温度补偿，三是热板失去温度的恢复。l 吸热时间（s）t2；管材/管件壁厚（mm）10（s），根据材料规格、壁厚确定。当环境条件（气温、风力）变化较大时，应当根据实际情况适当调整。l 切换时间（s）t3；是加热板抽出的时间，也是人为因素影响焊接质量非常关键的操作，这个操作时间越短越好，应当不超过30.01dn（管材外径）s；实践证明切换对接时间和调整压力P2时间越短越好，应当熟练到10秒内完成，严禁高压碰撞。4. 热熔对接焊的标准工艺参数见表43和44；表43 SDR11管材焊接参数（热板表面温度：PE80为21010；PE100为22510）公称外径mm管材壁厚mmh压力P2凸起高度mmt2压力P拖吸热时间sect 3切换时间sect 4增压时间sect 5压力P2冷却时间minP1MPa756.81.0684 6 10219/S908.21.5824 7 11315/S11010.01.51004 7 14471/S12511.41.51144 8 15608/S14012.72.01274 12 17763/S16014.52.01455 13 19996/S18016.42.01645 14 211261/S20018.22.01825 15 231557/S22520.52.52055 12 261971/S25022.72.52276 13 282433/S28025.52.52556 14 313052/S公称外径mm管材壁厚mmh压力P2凸起高度mmt2压力P拖吸热时间sect 3切换时间sect 4增压时间sect 5压力P2冷却时间minP1MPa31528.63.02866 15 353862/S35532.33.0323717 394906/S40036.43.03647 19 446228/S45040.93.54098 21 507882/S50045.53.54558 23 559731/S56050.94.05099 25 6112207/S63057.34.05739 29 6715450/S注：以上参数基于环境温度为20。四、 焊接工艺的评定聚乙烯（PE）燃气管道对接焊的焊接工艺应当经过工艺评定，施工单位通过工艺评定能提高本单位的管理水平和施工人员的素质，其目的是通过对接焊焊口性能的评价，验证所拟定工艺参数的正确性。在进行工艺评定时，所用的焊接材料及焊机应当符合本章第一节和本节中热熔对接焊机的基本性能要求，应当由操作技能熟练的焊工进行操作，保证焊接工艺的正确性。多年的实践证明，公称外径dn63或者壁厚6的管材、管件不适用于热熔对接焊接，原因是管壁薄，焊接压力小，焊机的给出的压力精度达不到，焊接质量问题比较多， 表44 SDR17.6管材的焊接参数（热板表面温度：PE80为21010；PE100为22510）公称外径mm管材壁厚mmh压力P1凸起高度mmt2压力P拖吸热时间sect3切换时间sect4增压时间sect5压力P1冷却时间minP1MPa1106.31.063469305 /S1257.11.5714610394/S1408.01.5804611495/S1609.11.5915713646/S18010.21.51025714818/S20011.41.511458151010/S22512.82.012858171278/S25014.22.014269191578/S28015.92.0159610201979/S31517.92.0179611232505/S35520.22.5202712253181/S40022.72.5227713284039/S45025.62.5256814325111/S50028.43.0284815356310/S56031.83.0318917397916/S63035.83.03589184410018/S注：以上参数基于环境温度为20。所以应当选用公称外径dn110以上规格的管材进行，特别是：l 不同厂家生产的产品进行焊接，聚乙烯（PE）原材料牌号不同；l 不同材料等级（PE80和PE100）进行焊接；l 材料的熔体质量流动速率（MFR）大于0.5g/10min（190，5000g）；l 施工环境与焊机的工作条件有较大的差别；工艺评定验证的覆盖范围： 不同级别材料（例如PE80、PE100）的工艺评定可以相互覆盖。 不同系列材料（例如SDR11、SDR17.6）的工艺评定可以相互覆盖。 当公称外径dn250的规格时，任选一个规格进行评定即可覆盖dn250所有规格。 当管材、件公称外径dn250时，任选一个规格和压力等级进行评定即可覆盖dn250mm的所有规格。焊接接头性能试验1外观检查：试验方法及结果判定应当符合本章第四节六款的要求。2翻边氧化诱导：氧化诱导时间应当大于20min。试验方法按第一章第五节进行？。3拉伸性能测试：焊接面不出现脆性断裂。试验方法按GB/T 19810-2005聚乙烯（PE）管材和管件 热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定要求。480、165h短期静液压强度试验：试样应当无破裂、无泄漏。试验方法按第二章第四节第三款进行？。五、 操作步骤操作基本守则：施工现场的焊接区域内应当防范不良气候的影响；风雨天和在零下温度进行焊接时，必须采取适当有效的保护措施，以保证需要焊接的焊接面有足够的温度，那么焊接操作人员将不受任何限制，可以在任何外界温度下进行操作。需要焊接的部位不能有损伤破坏、杂质、污垢（如：污物、油脂、切屑等），焊接面在焊接前必须清洁，与焊接面接触的所有物品必须清洁。确保焊接过程的连续性，焊接完成后应当充分的进行自然冷却，以达到其满意的结晶度。施工现场进行焊接的每一个焊口数据要有详细的焊接记录。热熔对接焊的焊接操作过程1. 焊接前准备（1） 清洁油路接头，正确的连接焊机各部件。（注意高压管接头是否进行清洁，勿将异物带入液压油路系统）。（2） 测量焊机规定用的电源电压，确认电压符合焊机要求。必须是加负载后的电压值，均在焊机电源插头处进行测量。机器外壳接地。（3） 检查、清洁加热板，不得有涂层损坏，否则应更换。每次焊接前应当确保热板清洁，用洁净的棉布或非纤维纸和酒精进行处理。 （4） 接通加热板、泵站和铣刀的电源，启动焊机，空转排气。（5） 加热板升温到设定温度后，第一个焊口预热10分钟，保证热板温度的均匀稳定。（6） 准备管材/管件及焊接相关的辅助工具。（7） 安装与管材/管件规格相符的卡具。2. 装夹管材/管件（1）