热熔对接焊接在PE管施工中的应用

PAGE热熔对接焊接在PE管施工中的应用建筑工程公司新疆项目部刘军吴海峰摘要：着重介绍PE聚乙烯管材的热熔对接连接的原理及操作技术。关键词：施工技术；塑性形变；热熔对接焊接操作；热熔焊接工艺。二0一0年我公司成功开拓了新疆市场，承建了新疆新捷燃气有限责任公司的9项工程，其中的木垒县天然气输配工程主要是建设整个木垒县城的3000户居民的天然气入户以及整个县城的中低压管网。中低压管网管材设计采用PE聚乙烯管材，工程量为各种PE管长度近12km，PE管的连接方式为PE90及以上聚乙烯管材采用热熔对接连接，PE63聚乙烯管材采用电熔连接，本工程的PE90及以上聚乙烯管材长度近10km。该工程经过近5个月的施工达到了一次性交工并投产使用。本文通过对该工程施工经验进行总结及完善，对PE聚乙烯管材的热熔对接连接施工技术作如下阐述。一、简述塑料管道正在稳步发展，PE管、PP-R管、UPVC管都占有一席之地，其中PE聚乙烯管材强劲的发展势头最为令人瞩目。PE化学中文名为聚乙烯，PE管材与传统的金属管和其它塑料管相比,具有密度低、强度与质量比高、脆给温度化低、韧性好、耐腐蚀绝缘性能好、易着色、易于施工和安装等特点、广泛应用于市政和建筑给排水、燃气、供热采暖、电线电缆穿线、农用节水灌溉和工业排污、矿山矿物输送等领域。随着PE管道应用领域推广的不断深入，PE管道连接成了一个重要的问题。PE管道的连接方式主要有：电熔连接、热熔对接连接、热熔承插连接、法兰连接、螺纹连接等。考虑到聚乙烯管道输送的介质，我们在输气、输水时，一般采用电熔连接和热熔对接连接两种方式。我们在木垒县天然气输配工程中使用的PE90、PE110、PE160、PE200天然气输气管施工中主要采用热熔对接连接的方式。二、热熔焊接原理当温度低于玻璃化温度时，高聚物的大分子和链段都不能运动，高聚物处于脆性玻璃态，为坚硬的固体，受外力作用时，发生的形变很小。当温度高于玻璃化温度时，高聚物大分子的链段开始运动，呈现出柔软而富有弹性的高弹态，产生高弹形变，弹性模量降低，形变能力增加，但为可逆形变；当温度高于粘流温度时，高聚物的大分子发生相对运动而具有流动性。此时，若对高聚物施加一定作用力，高聚物粘性流动的形变随时间的增加而增加。当外力解除后其形变不能恢复到原来的形状，高聚物的这种不可逆形变称为塑性形变。焊接必备条件1、熔接界面必须是干净、干燥的，不干净的界面会影响分子间的相互滑移和缠绕。2、合理的加热温度和加热时间，以保证获得足够的粘流态的熔体。3、合适的外力，可以加剧分子变形，使两界面的分子充分的缠结。4、足够的冷却时间。三、热熔对接焊机原理及结构3.1原理热熔对接焊机是塑料压力管道热熔对接焊的实施工具。热熔对接焊机工作原理是将待焊管材（件）两端面用以一定压力靠在一个预置好温度的加热板上维持一段时间。在管材获得了足够的温度后，取出加热板，给待焊两端面施压，使两个焊接端面紧密接触，最终使两个端面粘合在一起。一般情况下，对接焊的整个过程分为五个阶段：●预热阶段，即卷边阶段●吸热阶段●转换阶段即加热板抽出阶段●焊接阶段●冷却阶段各阶段所用时间和压力参数取决于所使用的管材标准。图1示意出了焊接过程中的各个阶段。3.2结构目前市场上的热熔对接焊机，一般由夹具、加热板、铣刀盘及液压站动力单元四部分组成（工程实例实物照片见后）。夹具与液压站动力单元分开，采用液压软管和快速接头连接，让焊接工作更加方便、灵活、易于下沟操作。夹具采用四卡套结构，管材定位准确，易于调整错边量。采用液压系统控制对接压力和保压时间，可根据管材尺寸和壁厚设定压力和时间，压力准确，运行平稳。加热单元采用电子温控，温度显示标准、直观。基本技术参数：（参考木垒县天然气输配工程所用机型）

★熔接规格：250,225,200,180,160,140,125,110,90

★加热控温：0-300℃

★温度误差：±5℃

★耗电总功率：3.5KW

★使用电源:220V,50Hz

四、热熔对接焊接操作1、焊接准备。热熔焊接施工准备工作如下①将与管材规格一致的卡瓦装入机架；②准备足够的支撑物，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；③设定加热板温度200～230℃（本数据为参考，具体温度以厂家提供的数据为准）；④接通焊机电源，打开加热板、铣刀和油泵开关并试运行。2、焊接。焊接工艺流程如下：检查管材并清理管端→紧固管材→铣刀铣削管端→检查管端错位和间隙→加热管材并观察最小卷边高度→管材熔接并冷却至规定时间→取出管材。在焊接过程中，操作人员应参照焊接工艺卡各项参数进行操作，而且在必要时，应根据天气、环境温度等变化对其进行适当调整：①核对欲焊接管材规格、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%，应进行局部切除后方可使用；②用软纸或布蘸酒精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尽可能短，宜保持20~30mm），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，然后再合拢管材两端，并加以适当的压力，直到两端有连续的切屑出现后（切屑厚度为0.5～10mm，通过调节铣刀片的高度可调节切屑厚度），撤掉压力，略等片刻，再退开活动架，关闭铣刀电源；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能超过壁厚的10%，通过调整管材直线度和松紧卡瓦予以改善；管材两端面间的间隙也不能超过0.3mm（de225mm以下）、0.5mm（de225mm~400mm）、1mm（de400mm以上），如不满足要求，应在此铣削，直到满足要求。⑥加热板温度达到设定值后，放入机架，施加规定的压力，直到两边最小卷边达到规定高度时，压力减小到规定值（管端两面与加热板之间刚好保持接触，进行吸热），时间达到后，松开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两管端，其切换时间尽量缩短，冷却到规定时间后，卸压，松开卡瓦，取出连接完成的管材。3、焊接工艺参数与焊接直接有关的参数为：温度、时间、压力。焊接工艺曲线图表示为焊接过程压力与时间的关系图。焊接工艺曲线图壁厚e/mm加热时的卷边高度h/mm温度（T）：（210±10）℃吸热压力Pa1：0.15MPa吸热时间ta2/Sta2=10×e温度（T）：（210±10）℃吸热压力Pa2：0.02MPa允许最大切换时间tu/S增压时间tf1/S焊缝在保压状态下的冷却时间tf2/minPf1=Pf2=0.15MPa＜4.50.5455564.5～71.045～705～65～66～107～121.570～1206～86～810～1612～192.0120～1908～108～1116～2419～262.5190～26010～1211～1424～3226～373.0260～37012～1614～1932～4537～503.5370～50016～2019～2545～6050～704.0500～70020～2525～3560～80Pa1加热压力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4、焊接检验实践证明，聚乙烯燃气管道最容易损坏和泄露的部位，就是管道接口。工程成功与失败的关键就是管道连接质量的好坏。所以严格的接口质量验收对地下燃气管道工程十分重要。聚乙烯管道接口需做破坏性试验才能检查内部质量。（1）聚乙烯管道连接完后，应加强施工自检和第三方验收，并适当抽取一定比例的接口切开进行内部检查。（2）检查全部焊接口的焊机焊接数据记录（3）外观质量检查应100%进行。监理等验收单位应根据施工质量抽取一定比例焊口进行外观检查，数量不得少于焊口数的10%，且每个焊工的焊口数不少于5个。（4）每个工程均应做接口破坏性试验，对于热熔连接的接口应抽取3%焊口，建议不少于1个。破坏性试验可把焊口切成4条，检查内部熔合情况，未完全熔合视为不合格，也可做拉伸试验，看拉伸强度是否符合设计及规范要求。对于不合格的接口应对该焊工的接口进行加倍抽检，如再发现不合格，则对该焊工施工的接口全部进行返工。五、工程实例：木垒县天然气输配工程PE聚乙烯管材热熔对接机操作施工图第一步：准备

将PE热熔对接焊机准备好，包括液压站、铣刀、加热板等相关电源，并将对接架平稳放置；第二步：放置

将需要焊接的两段PE管放置于对接架中，连接处置于对接架四夹具的中间。第三步：固定

合上对接架的上下支架，调整两管口的错边量，并用螺栓将PE管固定。第四步：铣削

将铣刀从提篮中拿出，放置于两PE管中间，推动液压站的操纵杆，将两PE管与铣刀接触，直至两连接平面铣好，铣出连续的长带状碎屑。第五步：再次调整因为铣削过程中可能会对固定的管材造成偏移，所以一定要再次对中、调整错边量，当然也要注意绝对不要污染端口，否则必须重新进行铣削。第六步：加热

将铣刀放回至提篮，并将加热板从提篮中取出放入两pe管中间，进行加热，待两管开始翻边并达到要求之后，放回加热板。第七步：焊接在热板取出的同时，立即用规定的拖动压力，迅速合拢待焊接PE端口。第八步：冷却

对接完成后，有一个保压冷却的时间，最后冷却时间到了，焊口温度与环境温度一致，才可以卸压至0并拆下所焊管材，本次焊接结束。六