PE管道焊接技术 1

1、PE管道焊接技术,KK-5000质量监控办 党维攀 2014年2月28日,一. 概况 二. PE管道连接方法及设备 三. PE管道系统施工的一般要求 四. PE管道施工注意事项及质量控制 五. 案例分析,一、概况,PE管原材料为聚乙烯，是一种有机合成的高分子材料-c-c-n-，燃气管道应用有高密度和中密度 聚乙烯管道特性 长期的使用寿命（长达50年，减少了旧管网改造费用） 卓越的耐腐蚀性能（是一种惰性材料，除少数强氧化剂外可耐多种化学腐蚀，无电化学腐蚀） 经济性能好 柔韧性高、抗震能力强 可靠的连接性能（焊口比管材本身抗拉能力强） 焊接工艺成熟 优良的输送性能（摩擦阻力较小） 较好的耐冲击性能

2、 良好的施工性能,PE管道因其使用寿命长、卓越的耐腐蚀、耐磨损、耐冲击及可靠的连接和方便的施工等性能，从而被广泛的应用于诸多领域： 燃气输配 城镇供水 农业灌溉 化工管道 排污管道 矿山沙浆输送 热力护套 电力电缆护套 旧管道穿插修复,应用于城镇供水管道 城镇供水管的压力等级一般以其标准尺寸比（径厚比SDR，SDR=公称外径/公称壁厚）表示，常用的有SDR13.6（ PE80 、 PE100）和SDR17（ PE80 、 PE100）两种规格。,二、连接方法及设备,PE管道发展至今，其管道之间的连接方法主要 有三种： 热熔对接连接（主管道连接常用） 电熔连接（小口径） 机械连接(法兰连接),(

3、一）热熔对接 热熔对接连接的原理： 由于PE管道是利用PE树脂经挤出成型而得到的。其热熔对接是在特定的温度下，将PE管焊接端经加热熔化后，施以规定的压力作用，使PE管焊接端相互连接融合，然后经保压冷却而使管材熔接成为一体。,热熔对接焊接具有以下特点： 管道熔接为分子之间的结合，因而极为可靠； 该方法只需使用专用设备，无须任何辅助材料，因而施工成本低廉。 操作方法简单，易学易懂。 注意： 热熔对接连接是PE管道连接最常用方法，一般认为热熔对接适用于63mm以上口径管材或壁厚大于6mm 以上管材的连接。,设备规格：根据可焊接管材的规格不同，热熔焊机主要有： 63160mm、 110250mm、 1

4、60315mm、 200450mm、 200500mm、 315630mm 、 450800mm 设备构成 热熔对接焊机一般都包含以下四部分： a). 机架 b). 加热系统 该系统主要包含一块加热板和温控系统。 c). 加压系统 目前该系统有手动和液压两种方式。 d). 铣削系统 该系统按照铣刀驱动源不同，分为电机驱动和液压驱动两种方式。,热熔对接连接的必要条件是： 导致聚乙烯材料熔融流动的熔接温度（T） 熔接压力（P） 压力和温度作用的时间（t） 也就是我们常说的温度、压力、时间三要素。,熔接温度加热板温度： 对于HDPE、MDPE管道，其熔接时加热板温度一般为21010（PE100级原料

5、为22510） 。薄壁管材焊接时温度适当升高，靠温度上限；厚壁管材焊接时温度适当降低，靠温度下限；大风或寒冷天气施工时温度适当升高。 熔接压力和时间： 焊接压力和压力及温度作用时间按照熔接过程曲线详细如下： 以时间t作x轴，以焊接过程中对应的压力p作y轴，可得到熔接过程曲线：,按照加热时间将热熔对接连接过程分为四个阶段： a).初始加热阶段（t1， P1） 将加热板放入两管端之间，加压到P1，加热时间为 t1 。其目的使初始熔融的物料在压力的作用下全部挤出，直到管材两端面与加热板紧密接触后为止，目的是保证下一步加热时，两管端能均匀吸热。 t1 ：加热时间t1按卷边高度确定，即当卷边高度达到最小

6、卷边高度所需的时间；,emin =0.1s+0.5(mm) 时，所需时间为t1 。 其中： s - 管材壁厚，单位mm。 p1 ：由液压系统的压力来控制，即p表 ，计算如下： 管材截面积（cm2） p表 = p拖 + 0.15 (MPa) 油缸活塞总面积（cm2） p拖：油缸运动克服系统阻力所需压力，操作时可从设备的压力表上直接测出，单位MPa。,b).吸热阶段(t2， P2) 当卷边高度达到emin 时,将压力由P1 降至P2（ P2 0）,继续吸热t2 时间,目的是保证管端与加热板表面接触,使管材继续吸热产生足够多的熔融物料。 t2 =10s（秒） P2 0 其中：s-管材壁厚，单位mm。

7、 注：过热、过冷或大风天气应对其做适当调整。,c).切换阶段（t3） 当加热时间t2 达到后，迅速打开两管端，取出加热板，并快速合拢两管端。这段时间应越短越好，最大不能超过t3 。 t3 =0.01d+3 (秒) 其中：d-管材外径，单位mm。,d).冷却阶段（p3 ，t4） 两端结合后，压力迅速升到p3 ，升压时间最大值为： 3+ 0.01d 6秒； 压力达到p3后，保压冷却t4 时间. 目的：在规定的压力下，使分子间充分融合,P3 = P1 t4=10 Ks s （min） 其中：s-管材壁厚，单位mm； Ks -壁厚系数 其中： Ks = 0.5, s10mm Ks=0.03s+0.2

8、(s10mm ),焊接准备 1. 设备应置于平整、干燥、并有足够的空间来操作设备的场地，否则，应采取相应的措施。 2. 检查整个机具各个部位的紧固件有无脱落或松动，并予以必要处理。 3. 检查整机电器线路有无损坏，并予以必要处理。 4. 检查液压箱内液压油是否充足。 5. 确认电源与机具输入要求相匹配。,6. 将与管材规格一致的卡瓦装入机架。 7. 准备足够的支撑物，以保证待焊接管材可与机架中心线处于同一高度，并能方便移动。 8. 将焊机各部件按照要求插装连接好并检查无误。 9. 设定加热板温度至200235。 10. 接通焊机电源，打开加热板、铣刀和油泵开关并试运行，检查各自工作是否正常。

9、注：焊接准备是焊接前必须进行的步骤，操作人员必须予以充分的重视。,（二）电熔焊接 电熔连接是利用电熔管件将管材（管件）连接到一起的一种PE管道连接方式，目前主要用小口径管线连接和管道维修及热熔对接较难操作（死口连接）的施工中。在有些工程中，电熔连接被作为主要的连接方式应用。 这种连接方法有以下优缺点： 优点：1）.使用设备少，操作简单； 2）.熔接过程人为因素影响小，因而更可靠； 3）.熔接区域较热熔对接更大，故而更为安全。 缺点：因每个焊口都得使用一个电熔管件，造成工程成本较高。,电熔连接的原理 埋设在电熔管件内表面的电阻丝在通电后，在一定的时间内产生适当的热量，使电熔管件内表面与被连接的管

10、材（管件）外表面熔融，物料熔融后膨胀而相互间产生压力，达到焊接要求。,电熔管件分类： 电熔管件按照结构形式可分为电熔承口件（套筒式）和电熔鞍型件两种；按照电极可分为4mm和4.7mm两种；按照电熔丝在管件内壁的布置结构，可分为裸露式和包覆式两种。,电熔焊接的三要素： 电熔管件要求的输入电压 目前常用电熔管件要求的输入电压一般都是39.5V。 加热时间 加热时间在管件上都有标注，但值得注意的是实际操作时应根据环境温度对加热时间进行补偿（依据管件说明书）。 冷却时间 冷却时间一般在管件上也都有标注。,电熔连接的主要设备和工具 电熔连接一般需使用以下设备或工具： 电熔焊机 电熔焊机是根据正确的熔接参

11、数，输出电能给电熔管件的设备。主要是为电熔管件提供稳定的输出电压，并具备根据环境温度自动调节熔接时间的功能，可识别条形码、存储已完成的焊接参数，并且连接打印机后可输出焊接参数。 刮削工具 用于刮削管材或承口管件熔接外表面。 夹持工具 为固定焊接管材与电熔管件，部分夹具同时具有恢圆功能。 切断工具 为得到干净平直的管材切割端面而使用的专用切割工具。,焊接准备 1.设备应置于平整、干燥、并有足够操作空间的场地，否则，应采取相应的措施。 2.电熔连接前必须判明欲熔接的管材和管件具备可焊性。 3.电熔连接必须选择可靠的、输出稳定的专用合格焊机。 4.检查电熔焊机输入输出导线是否完好，能否正常工作。 5

12、.确认电源与电熔焊机输入要求相匹配。 6.准备相应的刮削工具、切断工具、记号笔、尺子等，并检验其功能是否正常。 7.检查电熔焊机各按键或旋纽是否工作正常,焊接操作 在操作过程中，操作人员必须严格按照电熔管件所规定的焊接参数进行焊接，确保焊接质量 1.检查电熔管件有无断丝、绕丝不均等异常现象。不合格的管件禁止使用。 2.核对欲焊接的管材（管件）规格、压力等级是否正确，检查其表面是否有磕、碰、划伤，如伤痕深度超过管材壁厚的10%，应予以局部切除后方可使用。 3.清除管材、管件焊接区域的灰尘或污物。 4.在欲焊接端按照需插入管件长度用记号笔进行标注，刮除管材表皮（厚度约0.2mm）并修整光滑；刮削段

13、长度应大于承插长度。刮削后的管材表面不应被再次污染。,5.在已刮削好的端面上再次按承插长度对管子进行标注。 6.将刮削后的管子插入清洁后的管件到标注尺寸，必要时应予以夹持固定。 7.承插件承插一般以略微用劲即可插入为宜。 8.将焊机输出插头插入管件插孔内并锁紧。 9.确认设定程序或参数无误后，启动电熔焊机进行焊接。 10.在熔接过程中，操作者必须注意观察管件观察孔内熔体的溢出情况，及时中断异常熔接状态。 11.焊接完成后，取出插头，接头自然冷却,鞍型连接是PE管道电熔连接的一种，其连接原理和过程基本与电熔承插连接过程相同，首先用刮削工具刮削待熔接区域，然后按照要求将鞍型管件固定在管材上，使管件

14、和管材完全接合，用电熔焊机焊接 。,（三）机械连接 机械连接主要用于管道法兰连接和钢塑过渡连接两种方式。 法兰连接是PE管道和其他材质的管道、阀门连接的主要方式，也常用于PE管道本身之间的连接（如地下障碍物比较多或管道进行维修时采用）。 钢塑过渡连接一般是成型产品，在工厂内制造并经过测试，主要用于与钢管的连接。,PE法兰连接的组件有： 1、聚乙烯法兰头； 2、金属制背压活套法兰； 3、螺栓、螺母； 4、密封圈。 连接时用螺栓紧固背压活套法兰和欲连接的钢法兰，使PE法兰头和欲连接的钢法兰紧密连接在一起。建议在24小时内至少均分多次重复紧固所有螺栓，以消除聚乙烯材料的柔性形变，确保法兰连接的严密性

15、。,一般要求： 管道施工之前，应有书面的连接程序，包括方法规范、焊接参数、焊接设备及工具、连接条件、操作者的技术水平及质量控制方法。 操作者应有制作连续一致的高质量焊接接头所必须的技能和知识，并具备相应的资格。 PE管道的土方工程应符合国家现行标准规范中的有关规定。 一般情况下管道的埋设不小于1米。,三、PE管道系统施工的一般要求,管道敷设时允许的弯曲半径规定如下： 管段上无承插接头和其他附属设备时，应符合下表规定： 管段上有承插接头和其他附属设备时，管道的允许最小弯曲半径不应小于125D。,一般规定 给水管道在安装完毕后，均应按照设计规定对其进行水压试验，以检验管道的连接质量。试验后还应进行

16、冲洗消毒。 冲洗消毒采用清洁水，严禁污染水进入管道。 试验用的弹簧压力表，其量程不得大于试验压力的1.3-1.5倍，精度不得低于1.5级，表壳的公称直径不得小于150mm，使用前经校正并有符合规定的证书。 试验时所发现的缺陷，应在泄压后进行修补，修复后应进行复试。,压力试验： 聚乙烯管道压力试验的压力为管道设计压力的1.5倍且不小于0.8Mpa。 聚乙烯管道进行压力试验时，将压力缓慢升至试验压力并稳压30min,期间如有压力下降可注水补压，但不能超过试验压力，检查管道接口、配件等有无漏水、损坏现象，若有应及时停止试压，查明原因采取相应措施后再重新试压。 停止注水补压后，稳定15min，当15m

17、in后压降不超过规范允许值时将试验压力降至工作压力并保持恒压30min,进行外观检查无漏水现象，则水压试验合格。,冲洗消毒： 用以冲洗管道的清洁水源已经确定； 消毒方法和药品已经准备就绪； 排水管道已经安装完毕，并保证畅通、安全； 冲洗管末端已设置方便、安全的取样口； 管道第一次冲洗应用清洁水冲洗至出水口水样浊度小于3NTU为止，冲洗流速应大于1.0m/s； 管道第二次冲洗应在第一次冲洗后，用有效氯离子含量不低于20mg/L的清洁水侵泡24小时，在用清洁水进行第二次冲洗直至水质检测、管理部门取样化验合格为止。,影响热熔对接的因素和注意事项 适合焊接的管材 DN63mm以上或壁厚6mm以上 焊接

18、端部SDR相同 尽可能是相同的材料，或有相同的MFR 如果MFR不同，应尽量相近的MFR,四、PE管道施工注意事项及质量控制,温度设定 通常为200235 通常HDPE选择220 ，MDPE选择210 过热会引起材料降解，加热不充分会导致材料软化不够,加热时间（形成卷边） 加热板达到设定温度后，应保持一定的恒温时间，然后再将端 面修平的管材以一定的压力压紧在加热板的加热平面上，初始 时压力较高（P1）并保持一定的时间（T1），以便保证管材的 整个端面与加热板平面达到良好接触，直到形成规定宽度的翻边。 这个时间通常靠目测判断，所以操作者必须经过训练,吸热时间 达到规定卷边后，将压力切换至低压P2

19、（接近于零压），使管材端面和加热板之间刚好保持接触，开始吸热。吸热时间T2是管材壁厚的函数。 在操作中最常见的一种错误就是T2太短，不能保证管材端面材料有足够的熔融深度。,切换时间 达到吸热时间后，移开焊机的可动夹具，并移走加热板。快速检查加热后的管材端部，确认在移动加热板过程中是否损伤熔融的端面，然后再合拢焊机夹具，使管材端面接触。 在这段切换时间内，熔融的物料暴露在空气中，不但会迅速降温，还会产生一定程度的热降解。因此这段时间的控制就显得很重要，控制的越短越好。,增压时间，应平稳而迅速 重新建立焊接压力时，应当缓和而不能太过突然，以免熔体不均匀流动或产生较大的内应力。,焊接（冷却）压力 焊

20、接压力P5不能过高，以免将焊接面上的熔融物料完全挤跑，形成所谓冷焊接头。其大小通常与P1相同，并在整个冷却过程中保持不变。,冷却时间 在整个对焊接过程和随后的冷却过程中，对接焊机均应保持压紧状态。 冷去时间对于接头质量有着非常重要影响，为了提高效率而人为的缩短冷却时间是非常错误的。,工作环境 寒冷天气或刮风会影响焊接温度，此时应考虑合适的防护措施，如设置帐篷、为管道增加端帽或延长加热时间等。 环境温度低于-5 应采取保护措施或调整焊接工艺（国内）。,夹紧与对中程度 焊接时必须夹紧管材或管件 待焊面贴合对齐后，其对中误差不得超过规定的最大偏移量（一般为0.2mm）,端面铣削 铣端面时，压紧力应足

21、以使铣刀两侧产生稳定的PE薄片。撤走铣刀时，应先降低压力，保持铣刀继续旋转，知道不能在切削下PE在移走，以免管材或管件起毛刺。,洁净程度 待焊部件端口必须清洁。 检查加热板表面涂层是否完整无划伤，如有必要，清理焊接表面或加热板，加热板上的聚乙烯残留物只能用木质刮刀去除。,拖动阻力 应尽可能减小拖动阻力，例如使用短管作为滚筒。 焊接前一定要测量焊机的摩擦损失和拖动阻力，并将其加到需要的焊接压力上。,设备状态 焊接设备应符合国家或公司相关标准。 焊接设备要定期维护，加热板表面的清洁和完成性、温控精度、对中能力均非常重要，不用时要把加热板贮存保护好。,热熔对接的质量控制 热熔对接接头的质量检验分为非

22、破坏性检验和破坏性检验两大类。前者主要包括外观检验、翻边尺寸检验、卷边切除后的目测和弯曲检验、超声波检测和X射线检测等；后者主要包括各种形式的拉伸测试、静液压测试等。,非破坏性检验 1、焊接接头的现场目测检查标准 (1)几何形状 翻边应沿整个外圆周平滑对称，尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不应有切口或缺口状缺陷，焊缝高度不得低于管材表面。焊接部位的错边量不得超过管材壁厚的10%。,(2)工艺条件不同时会引起翻边形状不同，其宽度B受PE材料类型、生产过程（挤出或注塑成型）、使用的加热板类型、温度和焊接周期的影响，因此很难确定一组翻边的宽度值。以下是根据实践得出的一些数据： 翻边宽度B=0.35-0.4

23、5e，翻边高度H=0.2-0.25e，翻边中缝到管材外壁的高度（环缝高度）h=0.1-0.2e 其中e为管材壁厚。,对于上述系数的选择应遵循“小管径，选较大值；大管径，选较小值”的原则。 如DN63的管子，翻边宽度可选成0.45e，而DN250的管子，翻边宽度则应选0.35e。 在相同条件下得到的焊接翻边应该基本一致，不超过平均值的20%。,（3）互焊部件熔体流动速率不同时，翻边对称性也会受到影响，但接头性能可能仍然满足要求，应通过实验确定不对称性的可接受水平。 （4）如果翻边向两边翻卷的尖端没有和管壁接触，翻边高度过低，通常是由于焊接压力不足或加热温度过低造成的。 （5）如果翻边高度过大，一

24、般是由于对接压力过大引起的，这种焊口的潜在危害很大。,（6）若两个卷边不同轴，主要是装卡定位不良或管材外径偏差所。应尽量保证装卡管材时管材外径偏差不超过壁厚的5%。 （7）同侧翻边不均匀，通常是由于铣削不平或对接夹具轴向间隙过大。 （8）使用合适的工具切除翻边检查，翻边应是实心和圆滑的，根部较宽。根部较窄且有卷曲现象的中空翻边可能是由于压力过大或没有加热造成的。卷边底部不应有污染、孔洞等，若发现杂质、小孔、偏移或损坏时，应拒收该接头。,（9）翻边后弯试验。将翻边每隔几厘米进行后弯试验，检查有无裂缝缺陷。如发现裂缝，表明在熔接界面处有微细的灰尘杂质。这可能是由于接触脏的加热板造成的。,2、超声波

25、检测 和X射线检测 超声波检测是根据声波反射情况来判断焊接质量的。焊接缺陷、裂缝、孔洞等均会在显示屏上表现为异常的反射波。 X射线检测是利用材料对其吸收特性来工作的。,破坏性检验 1、拉伸试验 拉伸测试可以得到焊口的短期焊缝系数，用它可以初步评价焊接质量的优劣。 方法是：从焊接接头位置制作哑铃状式样，在恒定拉伸速率下测试式样拉伸强度并与本体强度对比，得到短期焊接系数，同时考察焊接面破坏类型。,拉伸试验,2、三点弯曲试验： 可以得到焊口弯曲角和破坏类型，可以较好地评价接头的焊接质量，特别是变形能力。 方法：制作长条矩形式样，按一定间距支撑，从管材外表面方向对焊缝施压使之弯曲，考察其开始开裂时的弯

26、曲角度。 现场弯曲试验：沿纵向切取样条，其长度为300mm或30倍壁厚（焊缝居中），宽度25mm或（0.5-1）倍壁厚。弯曲180 ，焊口不发生破坏。,三点弯曲试验,案例1 南京一工地，选用国内某知名品牌全自动焊机，焊接时出现翻边不对称、不规则现象，造成外观不合格。 原因分析 经检查：该机未能定期检查，加热板上螺丝松劲，加热板四周温度不均匀，温度参数不符要求。 规范中规定： 热熔对接连接设备应定期校准和检定,周期不宜超过1年。,五、案例分析,案例2 某工地敷设聚乙烯（PE）管道，DN250，SDR11，材料等级PE80，管件与管材焊接后，管件翻边表面产生大量气泡，造成外观不合格。 原因分析 经检查，施工基本规范，焊接使用全自动焊机，焊接参数符合要求。后请厂方人员参与分析，厂方人员承认在制造、储存和运输中存在问题。虽然PE树脂吸水性差，但因在制造、储存和运输中受PE粒料中添加剂的影响，或温度和环境变化时的水分凝结，其中将含有一定的水分 。水分含量高会严重影响PE管的加工性能，焊缝外观不好,呈或有气泡。 管材从生产到使用之间存放时间不宜超过1年，管件不宜超过2年。当超过上述期