聚乙烯燃气管道电熔焊接手册.docx

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聚乙烯燃气管道电熔焊接手册

聚乙烯燃气管道电熔焊接手册

文件编号：

GT-YF-14

版本/修订：

第1版第0次修订

受控状态：

非受控

手册编号：

2007.09.23发布

2007.09.23实施

广东国通新型建材有限公司

1、概述

聚烯烧塑料管材包括由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP-R,PP-B）树脂，经挤出成型获得管材。

如果将其扩展，还可包括钢编织增强、钢板孔网增强、玻纤增强等复合塑料管材。

当把这些管材用管路元件连接起来时，则构成了管道系统。

可以用来输送气体或液体介质。

聚烯烧塑料管材及管路元件一般可以采用以下三种连接形式：

•对接热熔连接

•承插热熔连接

•电熔连接

电熔连接对上述管材具有普遍适应性，它是将预埋了电阻丝电熔管件套在管材或管路元件上，然后通以电流，电阻丝发热使管材及管件上连接部位熔融，在树脂熔胀压力作用下连接界面两侧树脂分子重新绕结，冷却后达到连接目。

近年来，大口径聚乙烯缠绕管也有电熔连接应用。

电熔连接是电熔管件在电熔焊机支持下连接管材一个过程。

二、电熔管件设计

电熔管件依据其及管材连接型式可以分为：

电熔套筒、三通、变径、鞍型三通、钢塑过渡。

大口径PE缠绕管电熔连接则将电热丝制成带状体，将其敷设相应连接界面内。

电熔连接大量地用于输配燃气聚乙烯管道系统中，在这一系统中电熔管件技术标准亦相对最为完善。

目前，设计制造电熔管件有二个标准可以遵从:

1、GB15558.2《燃气用埋地聚乙烯管件》

2、IS0/8085-2000《燃气用聚乙烯管件》

上述标准对电熔管件材料，儿何特性，机械、物理性能等指标和测试方法都做出了详细规定。

国家标准《燃气用埋地聚乙烯管件》（GB15558-2）亦在修订中，相信随着这些标准修订及完善将为管件制造商提供更为完善技术条件，促进国内电熔管件产品质量不断提高。

除此之外，电熔管件设计另一个重要环节是电热丝发热元件设计，它往往决定着管件连接性能，也是衡量管件品质最主要指标之一。

有多种思路设计电热丝发热元件，但遵从原则都是一致：

•在熔接全过程，发热元件温升不能导致树脂降解，但能使树脂充分熔融。

•尽可能选择单一电气参数向发热元件提供能量，如选择:

恒压源；

恒流源等。

依据上述原则，问题归结为：

合理地设计和选择电热丝表面积功率负荷及熔接界面功率负荷。

一个好设计是以管件容错性强为表征.而评价熔接可靠性则可以按IS0/13954-1997《塑料管材管件-聚乙烯电熔焊组件剥离试验》；IS0/13955-1997

《塑料管材管件-聚乙烯电熔焊组件挤压试验》来进行。

另外，电熔管件设计另一个问题是电热丝敷设方法，其实，这既是一个工艺问题也是一个设计思想问题，有些制造商将电热丝裸绕在管件表面以使热传递获得最好效果（所谓裸露式）；另一些则将电热丝埋伏在管件内侧以使电热丝得到保护（所谓埋敷式），各有说词。

应该说这是设计思想争论，而按工艺方法分类，可分为:

•一次注塑成型

•两次注塑成型

•机械布线法

从获得制品性能上讲，一次注塑成型是最理想，在获得弯头，变

径类管件时尤其可以显示优势。

但在控制管件儿何尺寸上不及机械布线法容易，另外,受注塑机注塑量限制难以获得大口径管件。

两次注塑成型法及一次注塑成型法基本上是一致，只是先注一套绕

丝支架，再在支架上绕丝后进行注塑，可以得到“埋敷式”管件，也便

于加工过程实现白动化。

但有人对两次注塑获得制品存有异议。

机械布线法最大优势是可以利用厚壁管材加工大口径电熔管件，避

开了大型注塑机和模具巨大投资。

目前，PE管件已在国内形成了一定投资热点，应审慎地确定设计思

想和工艺方案，防止低水平建设；也要防止不切实际地追求自动化，特别

是管材企业投资管件生产还应考虑自身市场容量对投资效益影响。

三、电熔焊机

在电熔管件应用早期，所有电熔管件制造商都为自己管件开发了适合其H身待点

电熔焊机。

一般它具备两种基本能力：

•电压或电流调节能力，以便在施工现场电源波动或是管件负载变化时

能按预定电压（电流）值向管件电热丝供电。

•时间控制能力，当管件在熔接时电压（电流）确定后，对管件输入能量问题，

转化为时间控制问题，焊机应有较高时间控制精度。

随着管件应用量扩大，电熔连接过程白动化及不同品牌电熔管件及电熔焊机兼容性问题被提出。

电熔连接自动化本质问题是电熔焊机可以自动识别给定电熔管件所需要焊接参数。

而兼容问题则要求电熔焊机对不同电熔管件具有普遍适应性。

目前有以下三种形式自动化识别系统。

•电阻识别系统

生产管件时在电熔管件电热丝中串入了一个电阻（这个电阻阻值很大，以至可以忽略管件自身用于发热电阻阻值）。

在焊接过程开始前，焊机首先检测该电阻，并按照焊机内存中预存表格，找出及这个管件对应焊接参数，并按此参数控制供给管件能量。

•自动调节系统

它是基于控制输入能量设计思想建立起来一个识别系统，当给管件加上一定电压（电流），管材和管件接口界面受热膨胀，多余熔融树脂从校准井溢出。

电熔焊机设在校准井处微动开关切断电源。

这是一个不需预先设置参数焊接自动化系统。

•条码自动识别系统

在生产阶段给管件贴上统一条形码做为识别标识，生产厂商按照统一编码规则输入必要信息。

施工人员用焊机配置光笔读出这些信息，输入给焊机控制系统以保证焊机向管件提供所需最佳能量。

光笔将条形码中信息输入给焊机控制系统，避免了出现错误危险。

这种识别系统适用于不同品牌、不同规格电熔管件自动识别及控制，愈来愈受到用户认同。

目前，电熔焊机国际标准（IS0/12176.2-1998）已经公布，该标准对电熔焊机分类、安全性能及主要技术条件和指标都提出了系统要求，使电熔焊机制造过程更加规

范。

四、电熔连接操作

电熔连接操作过程可以分为以下儿个步骤：

1.切割管材并标记管材插入管件深度；

2.刮削管端口；

管材端口应用刮刀去掉表面旧层（刮削厚度一般为0.2mm）,刮削完毕表面不可再被污染。

3.擦拭管件

应用洁净棉织物或专用拭纸擦拭管件熔接区域。

4.装夹管件

应尽可能使用专用夹具固定要连接组件，管子不圆度不应超过管子外径1.5%,否则应在相应夹具上进行校正。

管材及管件应有适合间隙，一般以用微力插入为宜，（大口径管件需用木锤敲入）,间隙过大或过小都会影响接口质量。

5.熔接

按照电熔焊机操作要求连接导线，并向焊机输入必要参数（当管件具有自动识別功能时，可按自动识别系统要求操作），起动焊机，熔接将自动完成。

6.冷却

待熔接区达到冷却时间后方可移开焊机插头并拆除夹具。

五、影响电熔连接接口质量几个因素

1.电源波动对接口质量影响

对于给定一个电熔管件，其内部预埋电阻丝阻值是一定，此时，电阻发热消耗功率只及焊机提供电压（电流）有关。

焊机提供电压（电流）值必须有一个上限，超出了这个上限，电热丝表面热负荷过大会使其周围树脂过热分解。

当然，电压值也必须有一个下限，低于这个下限，电热丝将无法充分地发热，熔接界面树脂无法充分地绕结。

从这种意义上讲，一个电熔焊机相当于一个稳压（稳流）源，它必须具备在电源电压波动很大情况下，保持向电熔管件提供电压（电流）不超过允许波动范围。

这一指标是焊机最主要指标之一。

因为实际施工现场，供电电源电压波动往往很大。

当然,同种管件间其内部电热丝电阻值也会存在一些差别，即使供电电压（电流）一样，也会造成一定功率波动。

2.熔接时间对接口质量影响

在热传递条件相同时，每种规格管件在熔接时所消耗能量应当是相同，如果加热能量恒定，消耗能量大小仅及时间有关，实践表明，熔接时间必须控制在一个合理区间内。

当加热时间不足一个最短熔接时间，即消耗能量处在一个下限时，接口界面分子无法充分绕结，机械强度和气密性都无法达到可靠连接目。

当加热时间超过最长时间时，即：

消耗能量过多，可能会造成大量熔融树脂溢出观察孔，热量积累过多，同样也会造成树脂分解产生烟雾。

使接口质量下降。

3.环境温度对熔接质量影响

如果熔接过程环境温度不同，则意味着管件在熔接加热过程热传导条件发生了变化，会引起熔接时所需总能量变化，同样表现在熔接时间发生变化，实际测试表明：

当环境温度在-5〜+40°C范围变化时，熔接时间修正值大约在0.5〜1%°C（电熔管件给出熔接时间参数，一般都是以环境温度20°C时为标准给出）。

4.不良操作对焊接质量影响

所谓不良操作，一般指两方面内容，一是指熔接时装卡、定位管材及管件及在管材刮削、擦拭管件时不符合规范要求；二是指对焊机输入熔接参数时发生了错误，这些都会对接口质量造成不良影响或使熔接失败。

采用条形码或磁卡输入方式可有效地避免输入参数时造成误操作，但焊机一般无法判断装卡管材时出现错误。

特别需要指出是，刮削管材端口是十分重要和必要。

尤其是存储期较长管材，刮削更显得重要，否则会大大增加不良接口比率，其至造成百分之百熔接失败。

六、可焊性判别

当管材和管件来自不同供应商时，其可焊性判别是必须，除非得到了两个供应商认可。

这在目前市场状况下是十分重要，因为很多管子材料品质差别实在太大。

可焊性判别一般要在实验室中通过剥离实验方法判别。

在没有实验设备施工现场,亦可以采用一个简单方法，粗略判断管材和管件可焊性及焊接可靠性：

取一个熔焊完成管件，沿管件轴线方向锯下一条10〜15mm样条，用两只手钳剥离两侧叠在一起样条。

当二侧样条受拉变形被伸长，而熔接界面没有被破坏时，一般可以认为管材及管件具备可靠性，而且焊接是可靠。

反之，应查找焊接失败原因。

七、自动调节焊接电熔管件

白动调节焊接电熔管件，我们也常把它简称为自动调节管件。

其原理是利用焊接过程中材料熔融产生压力驱动焊机插头上设置微动开关来控制焊接过程。

如下图所示:

焊接前焊接后

自动调节管件为电熔焊接提供了一个近乎理想焊接概念。

在电熔焊接过程中，影响焊接质量因素有：

1.电源波动造成能量输入偏差；

2.焊接参数输入错误造成错误焊接；

3.管件自身电阻偏差造成能量输入偏差；

4.环境温度影响；

5.管材嵌入不当，主要指嵌入间隙及两段管材不同轴时产生外力干扰。

上述五种因素对焊接质量影响程度依次增大。

在以往概念中人们一般把注意力放在提升焊机功能上，最典范例子是条形码系统用于焊接系统中，它有效地避免了手动输入熔接参数时可能产生错误，也可以拒绝管件自身电阻值超差时对管件进行焊接。

但无论怎样以往焊接方式都有一个共同弱点：

无法对一个多变量系统给出一个综合控制量。

尤其无法修正嵌入间隙对焊接质量影响,其实这是对焊接质量影响最大一个因素。

再如，具有条形码输入功能焊机，可以使焊机读出条形码系统中焊接过程对环境温度补偿量，但焊机实际测得环境温度，往往并不是焊接时管材或管件表面温度，因此，这种补偿实际只能是近似。

自动调节管件控制焊接过程基本思想则完全不同于以往思想，其关注是电熔焊接进程效果，是综合了各种影响因素综合效应来确定焊接终止时刻。

因此，它具有更高可靠性。

正是由于上述特点，自动调节管件设计思想也有一定特点，如焊接区表面积功率负荷一般要设计得小一些等等。

自动调节焊接管件及支持这种管件电熔焊接机具构成了一个电熔管件自动焊接系统，它具有如下显著特点：

•焊接程序自动化；

•焊接时间由操作现场综合参数确定，无需预先确定；

•可避免重叠焊接；

•可有效地发现管材嵌入不当情况。

及条码技术相结合，白动调节焊接电熔管件将成为一种最优秀自动化焊接系统。