PE管热熔焊接工艺Word文档下载推荐.docx
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焊缝在保压状态下得冷却时间tf2/minPf1=Pf2=0、15MPa
＜4、5
0、5
45
5
6
4、5～7
1、0
45～70
5～6
6～10
7～12
1、5
70～120
6～8
10～16
12～19
2、0
120～190
8～10
8～11
16～24
19～26
2、5
190～260
10～12
11～14
24～32
26～37
3、0
260～370
12～16
14～19
32～45
37～50
3、5
370～500
16～20
19～25
45～60
50～70
4、0
500～700
20～25
25～35
60～80
Pa
厂家提供得对焊压力Pa0拖动压力
Ｐa1
卷边压力ｐa2
吸热压力
pf１
熔接压力
pf2
冷却压力
tａ1
加热时间Tu
切换时间（包括加热板撤出时间）
tf1
增压时间
tｆ2
冷却时间
Pａ1=pａo+Ｐa
厂家提供得对焊压力
pa1＝a1*p０／a２
a1：
管材截面积
p０:
作用于管材上单位面积得力
0、15N／MM２
a2:
作用于液压缸活塞单位面积得力
Pa2=Pa０ +１/10Pa
厂家提供得对焊压力
Pf１＝pf2=pao+Pａ
厂家提供得对焊压力溶融得分子在此压力下扩散缠绕结晶
●
加热板温度
指加热板表面温度,在测量温度时,要考虑环境温度得影响。
热板温度既要保证管材端面迅速熔融,又要保证焊制管件不因温度过高而发生降解。
卷边压力Pa１
作用就是对管材进行强制加热,去掉管材端面不平整得部分,使管材端面全部与加热板接触，均匀受热。
管材两边整个圆周都达到铭牌提供得参数高度
ﻫ●
卷边高度
卷边高度用于衡量加热压力作用于管材截面得时间，即加压加热得程度。
约为熔融对接压力得１/１0,它得作用主要就是防止管材回弹,使管材紧贴在加热板上,提高加热效果,减少加热时间。
加热阶段得时间与焊制管件得横截面积、加热板温度、环境温度有关。
一般为管材壁厚*10
ﻫ
熔融对接压力
指垂直作用于两个对接面上得压力
四、焊接检验实践证明，聚乙烯燃气管道最容易损坏与泄露得部位，就就是管道接口。
工程成功与失败得关键就就是管道连接质量得好坏。
多根管道连接、阀门连接尤其重要。
由于阀门连接得特殊性,焊口与地面很难保证充分接触,一直处于不均匀受力状态,而且阀门较重,焊接压力较高,更需重视.
由于目前环众手动焊机调压阀调节范围有限，最低调节压力０、6mｐa,现分两种情况说明:
1:
连接单根管道、管件
此种情况下由于拖动压力很小,基本不受外力作用,拖动压力大概0、2mpa，施工中无需测量拖动压力
卷边压力Ｐa1=Pa
厂家提供得对焊压力+０、2mpa
由于焊机设计问题，油缸不能保压,将很快下降到零，由于无外力作用,可在此状态一直吸热
熔融对接压力pf1=Ｐa
厂家提供得对焊压力+０、2ｍpa
冷却压力由于油缸不能保压,此时需通过外接压力表持续加压（最少两分钟）,由于外力较小，余下时间靠机架本身压力，直到冷却
２:
连接多根根管道、阀门
拖动压力测试,按常规施工经验估算拖动压力（４根de２0０一般为０、６—０、8mpa）,按动前进按钮得同时，调节调压阀到预定压力，当机架开始缓慢移动2—3cm时，此时压力极即为拖动压力。
调压阀压力不可过大,否则液压缸移动较快,压力值不准。
卷边压力Pa1＝Pa
厂家提供得对焊压力+Pa0拖动压力,,按动前进按钮得同时，调节调压阀到卷边压力，管材两边整个圆周都达到铭牌提供得参数高度
按动前进按钮得同时,调节调压阀向下到Ｐa0＋１/10Pa
厂家提供得对焊压力,由于焊机设计问题，油缸不能保压,将很快下降到零,此时借助外接压力表,不断加压.此条很重要
冷却压力按动前进按钮得同时，调节调压阀到Pａ０＋Pa
厂家提供得对焊压力，由于油缸不能保压,此时需通过外接压力表持续加压,直到冷却.此条很重要
ＰE热熔焊接技术得重要点
热熔对接得连接界面就是平面，其方法就是将两相同得连接界面用热板加热到粘流态后,移开热板，再给连接界面施加一定压力,并在此压力状态下冷却固化,形成牢固得连接。
其主要工艺过程为调整、加热、切换、合缝加压与冷却。
对接时界面上处于粘流态得材料有流动也有扩散，流动太大不利于扩散与缠结，所以要把流动限制一定范围，在有限得流动中实现“熔后焊接”。
因此，对接工艺得关键就是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三参数,要把连接界面材料得性能、应力状况、几何形态以及环境条件等因素一起考虑,才能实现可靠得熔焊，要根据一般得规律与各自采用材料得
特性进行试验,评价熔接质量，达到系统标准后,确定各品种规格得工艺规程,按规定得工艺参数方法与步骤进行焊制管件得生产与现场安装施工．
ﻫ热熔对接得几个重要工艺参数
指加热板表面温度，一般用表面温度计测量。
在测量温度时,要考虑环境温度得影响.（设备已考虑得除外）热板温度既要保证管材端面迅速熔融，又要保证焊制管件不因温度过高而发生降解。
焊接压力
加压加热压力与熔融对接压力相当。
作用就是对管材进行强制加热,去掉管材端面不平整得部分，使管材端面全部与加热板接触，均匀受热。
卷边高度用于衡量加热压力作用于管材截面得时间,即加压加热得程度。
约为熔融对接压力得１/10，它得作用主要就是防止管材回弹，使管材紧贴在加热板上,提高加热效果，减少加热时间。
加热阶段得时间与焊制管件得横截面积、加
热板温度、环境温度有关。
指垂直作用于两个对接面上得压力。
其主要与熔融对接部分得面积、焊机油缸面积、焊制管件得材料有关:
一般按下式计算:
ﻫﻫＰ
对接焊压力=KS
管截面积/S
油缸活塞总有效面积
式中
K-—与材料有关得压力系数。
S
管截面积=л（dn—ｅn）en
单位为cm２
dn--管材外径,单位为cｍ
ﻫen—－管材壁厚，单位为cm
ﻫＳ
油缸活塞总有效面积——在该焊机得使用说明书上可查到。
计算出来得压力在实际操作过程中要进行适实调整，并要将机器自身移动所需得压力或塑料管材较长时牵引所需压力考虑进去。
熔融对接时间
指保持熔融对接压力得时间，主要与管材得壁厚即熔融对接面积有关。
切换周期
热板熔融对焊得主要过程为加热过程与焊制过程。
这两个过程以热板得切换从时间上分开。
切换时间过长,熔化得端面在相互接触之前将因冷却而形成一层“冷皮"
不利于分子链得扩散。
工艺步骤:
ﻫﻫ材料准备
用于焊制管件得管材得圆度应高于标准值,下料时要留出１０-２0mm
得切削余量.用于管道连接时应将两待焊管材置于平坦得地面夹紧管材
根据所焊制得管件更换基本夹具,选择合适得卡瓦,切削前必须将所焊管段夹紧。
ﻫ切削
切削所焊管段端面得杂质与氧化层,保证两对接端面平整、光洁．
ﻫﻫ对中
两对焊管段得错边应越小越好,如果错边大,会导致应力集中,错边不应超过壁厚得10％。
ﻫ加热
保证有足够得熔融料,以备熔融对接时分子相互扩散。
ﻫﻫ切换
从加热结束到熔融对接开始这段时间为切换周期,为保证熔融对接质量,切换周期越短越好。
熔融对接
就是焊接得关键，熔融对接过程应始终处于熔融压力之下进行。
冷却
由于塑料材料导热性差,冷却速度相应缓慢。
焊缝材料得收缩、结构得形成过程在长时间内以缓慢得速度进行。
因此,焊缝得冷却必须在一定得压力下进行．（eｎd）
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PＥ管热熔焊接兼容性
热熔焊接得基础理论
热熔焊接就是焊接部件表面与热板接触热熔后，变成粘滞得流体，将熔融得表面压在一起，聚合物分子在热及压力得作用下运动,相互穿插盘绕,产生范德华作用力，冷却后形成坚固得焊接面,分子之间没有产生化学连接键,焊接强度取决于焊接面之间得相互穿插盘绕程度.如图1所示。
为了对热熔焊接有更深入得认识，我们首先了解以下理论：
１、1
粘合理论
这个理论强调得就是相互焊接得两种聚合物之间具有零或近乎零得表面接触能量得重要性。
两种完全相同得聚合物相焊接就是最好得情况，如相同牌号得聚乙烯之间得焊接。
一些杂质与添加剂或不同牌号则可能会影响焊接质量,依据此理论，选择相同材料得管材进行焊接就是最佳得选择。
1、2
分子扩散缠绕理论
两种相容得高分子材料，加热到一定温度,使大分子得到能量与空间．由于分子得热运动,并在得到得外力作用下，强制得彼此流动进行迁移、扩散,相互缠绕，随着温度得下降开始结晶，得到一定得结晶度则达到理想得焊接目得。
因此两种材料得相容性越好，则扩散越充分,连接性越好。
1、3
流动过程理论
该理论强调了焊接压力得重要性，指出焊接强度随焊接压力得升高而提高,直到焊接强度达到一个曲线得平稳段，几乎不再受压力得影响。
根据以上理论，可以解释为什么要选择相同或相近得材料进行热熔焊接。
由于焊接得机理不同，热熔焊接对管材得要求相对电熔连接更为严格!
CＪJ33—199５中4、1、4亦要求“聚乙烯燃气管道连接宜采用同种牌号、材质得管材与管件。
对性能相似得不同牌号、材质得管材与管材与管件之间得连接,应经过试验,判定连接质量能得到保证后。
方可进行."
2
不同聚乙烯材料得焊接兼容性理论分析
影响两种聚乙烯材料焊接兼容性得主要因素就是聚合物得分子量分布与分子结构得不同,作为一种表现形式就就是熔体流动速率得不同.熔体质量流动速率（ＭＦＲ）就是表征材料在熔融状态时得粘度大小得物理量，就是分子平均尺寸与流动性得量度。
定义就是在190℃与5kg荷载下，按质量计算得聚乙烯流动速率，它就是制定焊接工艺得重要依据。
以下透过焊接温度及焊接压力，从熔体流动速率得层面对焊接兼容性进行分析。
2、1
焊接温度
根据分子扩散缠绕理论,两种聚乙烯材料热熔焊接时需要具备一定得焊接温度。
焊接温度就是材料得熔融粘流转化温度,此时,聚乙烯产生熔融流动.大分子相互扩散与缠绕,继而结晶连接,因此聚乙烯热熔焊接温度对焊接兼容性有重要影响．而熔体流动速率就是焊接工艺中焊接温度设定得重要参考因素。
根据PＰI（美国塑料管协会pｌａｓticｓpiｐｅｉnｓtitute1编制得TＮ-13/2０01《genｅraｌguidelｉneｓ ｆor buｔt，sadｄle,andｓocket ｆusｉｏnｏf ｕnliｋepｏlｙetｈylenｅpｉpeｓａｎdfiｔｔings》，我们可以知道，不同熔体流动速率得材料,设定得焊接温度不同。
聚乙烯熔体流动速率在1~4级时，焊接温度一般采用1７1℃~23２℃;
熔体流动速率为5级及4级中得一部分材料,焊接温度可以采用2３2℃~260℃。
熔体流动速率依据ASTMD 335０得分级情况如表1。
表1
聚乙烯管材、关键材料熔体流动速率分级
参数
测试方法
1
2
3
4
熔体流动速率（g/10min）
ASTMD1238
＞1、0
A
1、0～0、4
＜0、4～0、15
＜0、15
≤4、0
B
Ａ:
19０℃,2、1６kｇ
B:
１9０℃，21、6kg
此外。
对于不同材料各项材料耐温指标也不尽相同,例如维卡软化点、熔融温度、热变形温度等。
因此当两种熔体流动速率不同得材料焊接时,由于焊接温度要求不同，则要么一方加热温度相对过低，加热不充分而导致材料软化不够,分子扩散与缠结受到影响，焊接兼容性差;
要么一方加热温度过高,卷边尺寸增大，聚合物产生热氧化破坏,会导致原料产生降解使得接头强度降低。
2、２
焊接压力
依据流动过程理论,焊接时熔合部位得熔体应建立一定得压力，而这要求熔体有一定得粘度,防止熔体从熔合部位过渡挤出,形成冷焊.而一定温度下得熔体粘度可以通过熔体流动速率来反映。
对于不同熔体流动速率得材料，在同一压力下,对于熔体流动速率高得材料,则压力相对过低,则焊接连接量过少,熔合面得部分熔膜不能挤出，很难形成尺寸合理得翻边,不利于加热过程中焊接面与热板接触时产生得污染及受空气中氧气、灰尘影响得熔膜层得排出，导致焊接质量不过关：
压力相对过大则会使熔料挤出.造成塑料熔体流向焊端得边缘形成焊瘤刺,使熔化层得深度减少,无法形成合理得熔膜厚度,而且会使熔合区域材料得结晶度提高,使焊缝部位抗冲击性下降;
在熔膜层过多被挤出得同时，在翻边得根部加剧形成与管壁垂直得分子定向,产生应力集中得力学薄弱点,容易发生破坏，这也被实际经常发生得破坏类型所证实,严重影响焊接质量.要形成良好得 焊接,前提必须就是适当得卷边高度及其对称性，据此，良好得焊接理论准则就可以表述为焊区内适当得粘度及其分布得对称性，但就是不同熔体流动速率得材料其焊区温度与粘度分布不同（见图2）,为达致此目得,可以通过改变两者得温度分布即加热历史,力求使两者得粘度适当并分布一致,从而获得良好得焊接质量。
ＴN—13/２00１认为，在相同得热驱动下，不同熔体流动速率得两种材料焊接,要先加热熔融指数高得材料,才会同时达到近乎一致得熔融深度。
为了达到不同MFＲ材料良好得焊接目得,往往对两种被焊材料得加工工艺要求就是不同得。
熔体流动速率较高得材料可设定较高得温度,而熔体流动速率较低得材料可以通过延长保温时间来获得合适得熔膜厚度,但就是这操作起来比较困难,难于保证焊接质量,故此不予以提倡。
但就是当两种材料得熔体流动速率在一定范围内时,试验证明可以达到良好得焊接效果。
ISO/TR １16４7中指出.熔体流动速率O、3g/10min~１、3g／lOmin（1９０ｃ,5kg）曲得聚乙烯管材之间进行焊接会取得令人满意得效果。
DVS2207认为：
MFＲ（190℃,5KＧ）=（Ｏ、3～１、7）g/ｌOmｉｎ得聚乙烯都就是可焊得。
GＢｌ5555、1-2００3中得要求就是原材料熔体质量流动速率应在0、2～1、4g/10min,之间，且最大偏差不应超过混配料标称值得＋20%。
TSG D２001－２005《燃气用聚乙烯管道焊接技术安全规程》认为:
材料得熔体质量流动速率（ＭFR）差别值不小于0、5ｇ/lOmｉｎ（1９0℃,5kg）,根据以上规范要求,我们建议在实际操作中，依据规范在O、3g/10min～1、3g/１0min（19０℃,5ｋｇ）范围内,且MFＲ差别值不小于0、5g/10min（１90℃，５kg）,并且通常希望相互焊接得聚乙烯管材得MFＲ位于同一分组内：
0、3ｇ/１０min-0、4g/10mｉｎ（190℃,5kg）
0、４g／１0ｍin-０、65g/ｌOmｉｎ（190℃，5kｇ）
0、６5g/ｌOｍｉn-1、15ｇ/10min（1９０℃,5ｋｇ）
1、15ｇ/10mi－1、７g/10min（190℃，5kｇ）
据此，我们对中密度PE8０与PEl0０得焊接兼容性加以判定:
目前,国内较常用得燃气PE80与PＥｌ0０管材/管件得原料全部都就是进口燃气管道专用混配料:
如北欧化工、阿托菲纳、ＢＰ苏威、BP（马来西亚）.
上述PE8０原料（除北欧化工ＨE3４７０—LS外）全都就是中密度PＥ80管道专用料,熔体流动速率ＭFＲ约为0、８g/１0min—0、95g／10min（１９0℃,5kｇ），密度约为９45ｋｇ/m3。
上述得PEl00原料全都就是高密度管道专用料，熔体流动率约0、3g/１0min－0、4５g/10min（190℃,5ｋg），密度大于９５0ｋg/m3.中密度PE８0与ＰEl０0、高密度PE80得熔体流动速率大于0、5g/lOmｉｎ（190℃，5kg）,且不在同一分组内,故理论上两者焊接存在兼容问题.事实上，一些国家如法国与英国,并不容许PＥ80与PEｌ00管材使用热熔对接相连接,此外,由于PＥl00本身熔体质量流动速率较低,对熔困难，欧洲主要燃气公司如英国Ｔranscｏ要求热熔对接必须使用全自动热熔焊机。
以保证焊接质量.
３
不同种类聚乙烯得焊接试验研究
早在９0年代初期,就有机构做了焊接兼容性试验，选择材料为:
（1）
齐鲁石化公司得HDPEＤＧDB248０黑色管道,尺寸为￠1lOmm×
lOmm,熔融指数（1９0℃,５kｇ）０、56g/10mｉｎ；
（2）
扬子石化公司得ＨDPE
6１00Ｍ，黑色管道,尺寸￠130mｍ×
13mm,熔融指数（190℃,5kg）0、３1ｇ/１０min;
（3）
比利时得ＭDPＥ 3802Y黄色管道，尺寸￠１10ｍm×
10ｍm,熔融指数（190℃,5kｇ）１、04g/lOmin；
试验选择得焊接工艺参数及参照条件为DVS条件—德国焊接学会推荐得聚乙烯管道焊接条件.
测试结果表明,在ＤVS条件所推荐得２10℃±
10℃得焊接温度范围内，管材均取得了大于母材得短时焊接强度。
母材得强度较高，焊接接头得强度亦比较高，此外，HDPＥDGDB２480与MDPE3802Ｙ互焊性能也较好,在测试误差得范围内，互焊得焊接强度与焊接双方母体强度较低得一方,即中密度聚乙烯一方基本相当。
互焊接头得焊接强度相当于MDPE得母体强度而小于HDPE母体得强度焊接强度大于母材得原因就是焊缝区域里得材料聚态结构发生了变化,焊缝区得熔融吸收热量明显高于母体得熔融吸收热量,特别就是在焊缝对称截面得附件,材料熔融吸收热量曲线出现最大值。
硬度与强度也最高（见图3）。
这与焊缝附近熔融材料因焊接压力而导致得二维流动有关，二维流动使得材料原有得晶核基础上诱导而产生更多晶核,从而使这个区域内得晶核增高,而在焊缝对称截面上又形成一个较低值，这就是由于撤出热板时（切换周期）,材料加热表面突然成为开放面，与空气得热交流与热交换,使这两个表面得温度可下降大约15℃～２0℃,从而降低了这个截面上得结晶度.另外焊接试件在液氮深冷脆断后经扫描,不但能瞧出明显得脆断断口得特征，还能瞧出由于热板焊接时焊接端面上熔融材料二维流动造成得流向，揭示了焊缝区材料结构上得不均匀性。
由于焊接得聚乙烯管道长时间使用,破坏大多数为脆性破裂,所以焊缝区域材料结构得变化以及短时拉伸强度得增加会给接头得长时间使用性能带来什么影响还有待于进一步试验,目前为安全起见，应尽量避免不同熔体流动速率得材料相焊接得情形。
４
结论
（１）应尽量避免不同熔体流动速率得材料相焊接得情形。
（2）
若元法避免,则建议在实际操作中,依据规范要求熔体流动速率应在0、3~1、3g/10miｎ（190℃，５kg）范围内,且MFR差别值不大于０、5g/１0mｉn（1９0℃,5000g）,并且相互焊接得聚乙烯管材得ＭFＲ最好位于同一分组内.
（3）目前市场上得中密度PE80与ＰＥｌ０0管材存在焊接兼容问题,需引起重视，需加强材料得入库验收管理,应在PE材料得质保书中增加原料牌号与水含量检测报告,以便今后管网营运中做好质量跟踪,提高已使用工程材料追溯得准确性。
PE管焊接质量保障体系
摘要:
根据施工经验,提出了保证PＥ管焊接质量保障体系,重点论述了优化施工工艺及制定焊接过程控制。
关键词：
热熔焊接;
作业指导书;
工艺卡ﻫ
0
前言ﻫﻫ PE管由于具有寿命长、耐腐蚀、重量轻、可弯曲等诸多优势,近年来在燃气行业大面积推广使用。
焊接得质量就是PE管施工质量中最关键得一环,但现时仍缺少一种有效得得方法对焊焊接口质量进行检测，影响PE焊接得因素有:
材料质量、人员素质、焊接设备、施工工艺、焊接过程得控制等。
1
工程材料ﻫ
工程材料应抓好进场验收、搬运、储存三个环节。
ﻫ1.1进场验收ﻫ 每批管材、管件进场后按照《燃气用埋地聚乙烯管材》ＧB15558．1—20０３与《燃气用埋地聚乙烯管件》GB15５58。
1-95进行规格尺寸与外观检验,并检查随货得质保资料就是否齐全及对应,材料就是否过期，就是否有第三方权威机构检测报告证明等。
对不合格得材料拒绝进场。
ﻫ1．2搬运ﻫ管道必须用非金属绳吊装，小心轻放,避免划伤，不得抛摔与沿地拖拽；
注意做好管材两端得封堵,避免杂物进入.ﻫ1.3储存ﻫ 不得曝晒雨淋、接触与化学晶,存放在通风良好、温度不超过４０℃得仓库内,在室外临时堆放时必须有遮盖物且管材底部要用木块垫起离地不小于20cm,使用前不得撕掉出厂得包装保护层.ﻫﻫ2
焊接设备
电熔焊机应具有良好得电压调节能力、准确控制熔接加热时间：
热熔焊机加热板、压力系统等性能指标满足工艺要求。
为减少人为因素得影响,应使用全自动焊机．ﻫﻫ3
焊接人员培训
ﻫ 通过培训、实操考核焊工得操作水平,焊工要掌握管材、管件得质量规范要求,熟练掌握焊接规程与焊接参数，经工程项目三方（施工、监理、业主单位）考核合格后才能正式进场焊接。
4
优化施工工艺
ﻫ焊机必须进行与之对应管材得焊接试验以确定对应一组最优化得
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