PE管道焊接技术

PE管道焊接技术济南华润燃气有限公司孙铭诚2012年5月30日1.概况2.PE管道连接方法及设备3.PE管道系统的维修4.PE管道的施工及验收一、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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旧管道穿插修复概况概况应用于燃气管道燃气管的压力等级一般以其径厚比（SDR，SDR=外径/壁厚）表示，国家标准规定主要有SDR11（PE80、PE100）和SDR17.6（PE80、PE100）两种规格。二、连接方式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)连接方式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。连接方式热熔对接焊接具有以下特点：①．管道熔接为分子之间的结合，因而极为可靠；②．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。③．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Φ63mm以上口径管材或壁厚大于6mm以上管材的连接。连接方式1、设备规格：根据可焊接管材的规格不同，热熔焊机主要有：63～160mm、110～250mm、160～315mm、200～450mm、200～500mm、315～630mm、450～800mm连接方式2、设备构成（如下图）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。连接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210±10℃（PE100级原料为225±10℃）。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：t4t1t2t3P1p20.000.010.15p3t(s)图热熔焊接过程曲线示意图P（MPa）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。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=P1t4=10＋Ks·s（min）其中：s----管材壁厚，单位mm；Ks----壁厚系数其中：Ks=0.5,s≤10mmKs=0.03s+0.2(s＞10mm)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200～235℃。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。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。注意事项在焊接过程中，操作人员一般应参照焊接工艺卡各项参数进行操作。但必要时，应根据天气、环境温度等变化对其作适当调整。1.核对欲焊接的管材规格、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。2.用干净的布清除两管端的油污或异物。3.将欲焊接的管材置于机架卡瓦内，使两端伸出的长度相当（在不影响铣削和加热的情况下应尽可能短），管材机架以外的部分用支撑物托起，使管材轴线与机架中心线处于同一高度，然后用卡瓦紧固好。4.置入铣刀，先打开铣刀电源开关，然后在合拢管材两端，并加以适当的压力，直到两端均有连续的切屑出现后，撤掉压力，略等片刻，再退开活动架，关掉铣刀电源。切屑厚度应为0.5～1.0mm，通过调节铣刀片的高度可调节切屑厚度。5.取出铣刀，合拢两管端，检查两端对齐情况。管材两端的错位量不应超过壁厚的10%，通过调整管材直线度和松紧卡瓦可予以改善；管材两端面间的间隙也不应超过壁厚的10%，否则应再次铣削，直到满足上述要求。6.将加热板表面的灰尘和残留物清除干净（应特别注意不能划伤加热板表面的不粘层），检查加热板温度是否达到设定值。7.加热板温度达到设定值后，放入机架，施加规定的压力（P1），直到两边最小卷边达到规定值（emin）8.将压力减小到接触压力（P2），继续加热规定的时（t2）。9.时间达到后，退开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两管端，其切换时间应尽可能短，最长不应超过t3。10.将压力上升至规定值（p3），保压冷却。冷却规定的时间（t4）后，卸压，松开卡瓦，取出连接完成的管材。注意事项1.操作人员必须经专业培训并取得上岗资格证书才可以进行焊接操作2.操作人员应遵循该工艺规程和焊接工艺参数。3.焊口的冷却时间可适当缩短，但应保证其充分冷却。4.焊口冷却期间，严禁对其施加任何外力。5.每次焊接完成后，应对其进行外观检验，不符合要求的必须切断返工。PE焊口质量主要通过提高焊接技术水平和焊接过程控制来保障。按全面质量管理要求，从人机料法环五个方面控制：人：培训、掌握、良好操作习惯机：施工设备、性能保持料：合格管材、有无运输造成的缺陷、清洁法：施工工艺、严格执行环：施工条件焊口的质量取决于严格遵守规范的焊接程序、使用符合有关焊接质量要求设备及操作者技术水平。质量控制应由专业人员现场进行控制，监理人员应进行监测，提供真实可靠的质量报告。热熔对焊焊口的目视检查标准1.翻边对称焊口具有沿管材圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度不应低于管材表面。当焊接组件之间的熔体流动速率和成型方法不同时也会影响到翻边的不对称性，是否可接受应由有资格的人员或试验结果来确定。2.对中整平管材管件连接时应尽可能的同轴，错位量不应超过管材壁厚的10%。沿相邻两组件翻边的外圆周的任何一处都不应超过该值。翻边宽度：翻边宽度受PE材料类型、生产过程、焊接时使用的加热板类型、温度和焊接周期的影响，很难确定一组翻边宽度值。实践表明，聚乙烯管道按照下列几何尺寸控制成环的大小，一般可以保证焊口的质量：环的宽度B=0.35~0.45s;（式1）环的高度H=0.2~0.25s;（式2）环缝高度h=0.1~0.2s；（式3）切除翻边在不损伤管材的前提下使用专用的工具切除翻边是可以的。然后通过检查切除的翻边，以确定焊接的质量。在翻边的下侧进行目测检查，发现有杂质、小孔、偏移和损坏时，应认为熔接不良。翻边应是实心和圆滑的，根部较宽。如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吸热不足造成的。对翻边每隔几厘米进行后弯曲试验，以检查有无裂缝缺陷。裂缝缺陷表明焊接界面处有微细的灰尘杂质，为铣削后端面被灰尘污染或加热板表面没有清洁造成的。PE管道的焊口检测至今仍然没有较好的检测方法和手段，只有通过目测来确定焊口的焊接质量，合格的热熔焊口应满足以下要求：①．焊缝两边存在均匀卷边，卷边尺寸相近；②．焊缝处高度应高于管材表面；③．卷边表面饱满光洁；④．管端错边不应超过壁厚的10%；目前，普遍采用的合格卷边尺寸通过前面式（1）、（2）、（3）计算。旋转割刀主要用于对管材进行切割，为进口焊机专用工具，配备：切割刀片，焊缝刨割刀片各一把。适用：160mm～450mm规格的PE管材。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：①．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。②．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）。③．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：①．电熔焊机电熔焊机根据正确的熔接参数，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。②．刮削工具用于刮削管材或承口管件熔接外表面。③．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。④．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.确认电源与电熔焊机输入要求相匹配。6.准备