(整理)PE管配件焊接培训资料

WORD格式精品文档PE管、配件焊接培训教材第一节 热熔连接热熔连接又称热熔对接焊，是聚乙烯（PE）燃气管道施工中主要的连接方法之一，使用的设备是热熔对接焊机，根据管径选择不同规格的焊机；在二十世纪六十年代就成功的应用于热塑性塑料管道的连接，在国内已经成熟的应用于所有行业聚乙烯（PE）管道的焊接。一、热熔对接的原理热熔对接焊的是依靠加热板同时加热需要焊接管材 / 管件的两个端面，使其达到熔化温度，迅速贴合，在一定的压力下冷却，达到熔接目的。焊接机理分子扩散缠绕理论：两个相容的高分子材料，加热到一定的温度，使大分子得到能量和空间，由于分子的热运动，并在得到外力的作用下，强制的彼此流动进行迁移、扩散、互相缠绕，随着温度的下降开始结晶，得到一定的结晶度达到理想焊接的目的。二、 热熔对接焊机热熔对接焊机是用来实施对聚乙烯（ PE）对接件端面进行加热焊接的专用设备，焊机的质量直接影响焊接质量， 它的性能要符合 ISO12176-1 标准要求。其主要由泵站、 机架、夹具、加热板、铣刀等部分组成。液压系统的工作原理（见图 4－11）：由电动机带动液压泵旋转产生压力，通过手动三位四通阀进行切换，来改变液压油流动的方向，达到机架的闭合、保压、分离。调整调压阀 , 设定需要的力值（压力：由压力表显示） ，经过高压油管将压力油输送到机架上的液压油缸内，传递给油缸中的活塞，使机架上的夹具在固定的导轨上滑动，作往复直线运动，供给焊接所需要的力（压力）。泵站泵站是热熔对接焊机机架运动的动力源； 以液压原理的控制系统， 为机架提供所需要的动力，能够控制机架运动，并且提供焊接所规定的力值（压力） 。它的结构应当包括清晰可辨的压力指示、压力调整、控制机架运动及计时的装置。泵站的结构见图4－12。泵站的一般要求：压力表精度等级应为 1.6 ，应当定期校正；应当配备有吸热、冷却时间的计时器的提醒报警装置；所有接头不能泄漏；专业资料整理WORD格式精品文档专业资料整理WORD格式精品文档机架及夹具机架上装有快插接头，由装有快插接头的高压油管与泵站连接，将泵站的压力传递给机架，达到焊接目的，其构造见图4－13；机架及夹具的作用：夹持管材/ 或管件使其作直线往复运动；固定焊接件保证在运动中具有良好的同轴度 。铣削和加热焊接端面时的定位；校正管材焊接面椭圆的功能；机架及夹具的性能和技术要求：机架的稳定性和直线性满足以下要求： 机架应当具有足够的刚性， 在整个行程中轴向线性偏差 <0.2mm；夹持管材时有支撑架和其他支撑的轴向线性偏差 <0.5mm；见图4－14；去除支撑后，焊机机架及所夹持的管段要产生额外的弯曲度，在受力的情况下进行测量（见图4－15），它的同轴度应当不超表 4－2 中的要求。表4－2机架无支撑时夹持最大管材额外弯曲的直线偏差管材外径（ SDR17.6） ≤250 315 400 500 630受力后同轴度 (mm) 1 2 3 4 5（1）机架空载拖动力应当满足以下要求：型号250mm以下的对接焊机，最大焊接规定的焊接压力 20％内（最大不超过 800N）；型号250mm以上的对接焊机，最大焊接规定的焊接压力 20％内（最大不超过 1200N）；夹具移动在任何位置其压力变化不能超过拖动压力的 10％；（2）夹具夹具的夹持力，能保证承受对接管材时的轴向压力，而管材不松动；焊机是以两个油缸保证夹具运动直线度，故夹具的椭圆度 <0.1mm；夹具与轴的支撑应当具备足够的刚性，保证在整个行程中，轴向线性偏差 <0.2mm；校圆功能：任何管端25mm内不圆度<壁厚的5％；错边<壁厚的10％；不圆度的校正测试方法是取焊机可焊接的最大管径SDR11的管段两段，长度大于等于管径的两倍，精品文档专业资料整理WORD格式精品文档将管材压扁额定管径的 20％，15 分钟后，用夹具夹紧校正，不圆度满足要求。加热板加热板是热元件，它为需要焊接的端面提供恒定理想的熔融温度。构造见图 4－16；图中加热板是 160 规格对接焊机的配置，由于加热板功率小，所以温度控制部分是与加热板联体的；如果加热板的功率大，所产生的热量就大，其热量不能及时的散发，达到一定温度会使电子温控器的工作点漂移，影响加热板温度的准确性或使温控器失灵，甚至损坏，这样它的温度控制部分就为分体结构。联体和分体结构的构造和工作原理相同（见图4－17和图4－18），都是通过热电元件热电偶或热电阻进行测温。热电偶是由两种成分不同金属导体的电极电位差产生电动势， 在不同的温度下其热电势不同，该热电势就成为工作端的单值函数，此函数成为热电特性（根据热电势值从热电特性图表中查出相应的温度值） ；热电阻则利用物质本身的电阻，随着温度变化其电阻也变化的特性来测温；通过导体将热电偶或热电阻在不同的温度下产生的电动势或电阻， 输入到电子温控器进行放大，产生脉冲信号，电子温控器将整理后的信号输出 （经数字化处理以温度值直接显示） ，触发中间继电器工作，中间再触发固态继电器或交流继电器的闭、合，来控制加热板内电阻丝的通电和断电，达到加热板恒温的目的。性能及技术要求：具有精确温度控制功能，特殊的镀膜涂层使管口端面与热板不粘。表面粗糙度 ≤2.5 μm。热板加热在270℃的高温1 小时，冷却到室温再加热到熔接温度，涂层符合要求。加热板外形尺寸应当保证有足够的面积向熔接端面散热，最小管材的内边和最大管材的外边宽度“X”值（见图4－19）：对于焊接管径 ≤250mm，“X”≥ 10mm；对于焊接管径 >250mm，“X”>15mm；两面平整光滑：± 0.1mm/100mm；特别在与管材管件接触部分不得有划伤及微孔。厚度偏差：型号 250 以下±0.1mm；型号250 以上±0.25mm。温度控制： ±7℃；自动恒温， 在170℃～260℃正常工作状态下 （环境温度－ 10℃～40℃）控制在要求内。精品文档专业资料整理WORD格式精品文档铣刀铣刀的作用是用来将需要焊接的两个端面经铣削后，获得平整、洁净、相互平行的表面，在焊接时能得到焊接面有效的接触。 铣刀的动力是由大扭矩的手枪式电钻的电机部分 （见图4－20）、电动机或液压马达输出动力，经过减速装置降低旋转速度并改变运动方向，带动双面刀盘旋转，在一定的压力下同时对两个端面进行铣削。铣刀的性能及技术要求：铣削后保证切屑与切削面、 铣刀及管口处斜向分离； 使用者能清晰可见判断铣削是否完成。铣刀刀片可以更换，具备铣削量的控制功能，防止过量铣削。铣刀应当对其焊机包括全部规格尺寸的管材管件进行铣削。铣刀具备双面切削，铣削后铣削面应当光滑平整，两个端面闭合后的间隙：管材外径 ≤250mm为<0.25mm；管材外径>250mm外径 ≤630mm为<0.5mm；三、 焊接工艺制定热熔对接焊焊接的过程分三个阶段：加热段、切换对接段和冷却段；也就是说在对接焊具备焊接条件的情况下，每一个焊口都要经过这三个阶段的循环。对接焊的焊接工艺有三个重要参数：温度、压力、时间；在温度确定的情况下压力和时间的关系见图4－21；温度：焊接温度一般为200℃～235℃，在实际施工中，可以根据具体施工环境和材料适当调整焊接温度。标准的焊接工艺参数 PE80材料焊接温度为 210±10℃；PE100材料为225±10℃；图4－21焊接工艺曲线图力压切换冷却P加热段对接段段P1P2T时拖 t t t t4 t5 间1 2 3P总的焊接时间精品文档专业资料整理WORD格式精品文档图中：P1 — 焊接规定的压力（ MPa）；P2—总的焊接压力，P2=P1+P拖（）；MPaP拖—拖动压力（MPa）；t1—卷边达到规定高度的时间（凸起高度）；mmt2—焊接所需要的吸热时间（s）；t3—切换所规定的时间（s）；t4—调整压力到P2所规定的时间（s）；t5—冷却时间（min）；22.压力：需焊接的焊接面的标准压力或力值P0：0.15N/mm；由于焊机生产厂家的不同，各个生产厂设计的液压缸径和导杆外径也不同，受力活塞的有效面积就不同，但是作用在需焊接的管材或管件截面单位面积上所受的力是相同的，各种管子的截面积的焊接压力可以从焊机生产厂提供的焊接参数中查得，焊机生产厂应当提供活塞的有效面积，其焊接压力P1 是按以下方式计算：管材/管件所需的对接力：F1＝P0A式中：F—管材管件所需的对接力（）。1/NP0—作用于管材上单位面积的力（2）。0.15N/mmA—管材管件截面积（2）。/mm焊机的液压系统给出的力：F2＝P1S式中：F2—焊机需要输出的对接力（）。NP1—焊机液压系统压力（）。MPaS2—焊机液压缸活塞的有效面积（）。mmF1＝F2∴ P1＝P0 AS拖动压力P拖：是焊机夹具运动时克服机械摩擦力和拖动管材所需要的压力，它随着焊接环境、夹持管材质量不同而变化，所以所需要的压力是个浮动值，在焊接中每个焊专业资料整理WORD格式精品文档专业资料整理WORD格式精品文档口必须进行测量，测出的拖动压力值必须加入最终实际操作所需要的压力，这是非常重要的。焊接总的压力 P2：P2＝P1+P 拖；3. 时间：是焊接工艺参数和操作过程中必须进行限定，见表 4－3，SDR11管材焊接参数和表 4－4，SDR17.6管材焊接参数。卷边（凸起）达到规定高度的时间 t1 ；它随着环境温度的变化是不固定的，环境温度高，在压力P2 的作用下，卷边（凸起）达到规定高度的时间就短，环境温度低，卷边（凸起）达到规定高度的时间就长；凸起高度有三个作用：一是平整焊接端面，二是环境温度补偿，三是热板失去温度的恢复。吸热时间（ s）t2；管材/ 管件壁厚（ mm）×10（s），根据材料规格、壁厚确定。当环境条件（气温、风力）变化较大时，应当根据实际情况适当调整。切换时间（ s）t3 ；是加热板抽出的时间，也是人为因素影响焊接质量非常关键的操作，这个操作时间越短越好，应当不超过 3＋0.01dn（管材外径） s；实践证明切换对接时间和调整压力 P2时间越短越好，应当熟练到 10秒内完成，严禁高压碰撞。4. 热熔对接焊的标准工艺参数见表 4－3和4－4；精品文档专业资料整理WORD格式精品文档表4－3SDR11管材焊接参数（热板表面温度：PE80为210±10℃；PE100为225±10℃）ht2t3t4t5P1公称管材2压力≈拖2PA压力＝PP切换时间增压时间压力＝P0外径壁厚P1凸起高度吸热时间secsec冷却时间Smmmmmmsec756.81.068＜4908.21.582＜411010.01.5100＜412511.41.5114＜414012.72.0127＜416014.52.0145＜518016.42.0164＜520018.22.0182＜522520.5205＜52.525022.72.5227＜625.52.5255＜6280ht2t3公称管材压力＝P2压力≈P拖切换时间外径壁厚凸起高度吸热时间secmmmmmmsec31528.63.0286＜635532.33.0323＜740036.43.0364＜745040.93.5409＜850045.53.5455＜856050.94.0509＜963057.34.0573＜9注：以上参数基于环境温度为20℃。四、焊接工艺的评定

minMPa＜610219/S＜711315/S＜714471/S＜815608/S＜1217763/S＜1319996/S＜14211261/S＜15231557/S1226＜1971/S132433/S＜28＜14313052/St4t5P1P0增压时间压力＝P2AP1sec冷却时间SminMPa＜15353862/S＜17394906/S＜19446228/S＜21507882/S＜23559731/S＜256112207/S＜296715450/S聚乙烯（PE）燃气管道对接焊的焊接工艺应当经过工艺评定，施工单位通过工艺评定能提高本单位的管理水平和施工人员的素质，其目的是通过对接焊焊口性能的评价，验证所拟定工艺参数的正确性。在进行工艺评定时，所用的焊接材料及焊机应当符合本章第一节和本节中热熔对接焊机的基本性能要求，应当由操作技能熟练的焊工进行操作，保证焊接工艺的正确性。专业资料整理WORD格式多年的实践证明，公称外径 dn≤63㎜或者壁厚ｅ﹤ 6 ㎜的管材、管件不适用于热熔对接焊接，原因是管壁薄，焊接压力小，焊机的给出的压力精度达不到，焊接质量问题比较多，精品文档专业资料整理WORD格式精品文档表4－4SDR17.6管材的焊接参数（热板表面温度：PE80为210±10℃；PE100为225±10℃）ht2t5P1公称管材压力＝P1压力≈P拖t3t4压力＝P1PA0外径壁厚切换时间增压时间P1凸起高度吸热时间冷却时间SmmmmsecsecmmsecminMPa1106.31.063＜4＜69305/S1257.11.571＜4＜610394/S1408.01.580＜4＜611495/S1609.11.591＜5＜713646/S18010.21.5102＜5＜714818/S20011.41.5114＜5＜8151010/S22512.82.0128＜5＜8171278/S25014.22.0142＜6＜9191578/S28015.92.0159＜6＜10201979/S31517.92.0179＜6＜11232505/S35520.22.5202＜7＜12253181/S40022.72.5227＜7＜13284039/S45025.62.5256＜8＜14325111/S50028.43.0284＜8＜15356310/S56031.83.0318＜9＜17397916/S63035.83.0358＜9＜184410018/S注：以上参数基于环境温度为 20℃。所以应当选用公称外径 dn110以上规格的管材进行，特别是：不同厂家生产的产品进行焊接，聚乙烯（ PE）原材料牌号不同；不同材料等级（PE80和PE100）进行焊接；材料的熔体质量流动速率（ MFR）大于0.5g/10min （190℃，5000g）；施工环境与焊机的工作条件有较大的差别；工艺评定验证的覆盖范围：不同级别材料（例如 PE80、PE100）的工艺评定可以相互覆盖。不同系列材料（例如 SDR11、SDR17.6）的工艺评定可以相互覆盖。当公称外径 dn≤250㎜的规格时，任选一个规格进行评定即可覆盖 dn≤250 ㎜所有规格。当管材、件公称外径 dn﹥250㎜时，任选一个规格和压力等级进行评定即可覆盖 dn ﹥250mm的所有规格。专业资料整理WORD格式精品文档专业资料整理WORD格式精品文档焊接接头性能试验1．外观检查：试验方法及结果判定应当符合本章第四节六款的要求。2．翻边氧化诱导：氧化诱导时间应当大于 20min。试验方法按第一章第五节进行？。3．拉伸性能测试：焊接面不出现脆性断裂。试验方法按 GB/T19810-2005《聚乙烯（ PE）管材和管件 热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定》要求。4．80℃、165h 短期静液压强度试验：试样应当无破裂、无泄漏。试验方法按第二章第四节第三款进行？。五、 操作步骤操作基本守则：施工现场的焊接区域内应当防范不良气候的影响；风雨天和在零下温度进行焊接时，必须采取适当有效的保护措施，以保证需要焊接的焊接面有足够的温度，那么焊接操作人员将不受任何限制，可以在任何外界温度下进行操作。需要焊接的部位不能有损伤破坏、杂质、污垢（如：污物、油脂、切屑等） ，焊接面在焊接前必须清洁，与焊接面接触的所有物品必须清洁。确保焊接过程的连续性， 焊接完成后应当充分的进行自然冷却， 以达到其满意的结晶度。施工现场进行焊接的每一个焊口数据要有详细的焊接记录。热熔对接焊的焊接操作过程焊接前准备1）清洁油路接头，正确的连接焊机各部件。（注意高压管接头是否进行清洁，勿将异物带入液压油路系统）。2）测量焊机规定用的电源电压，确认电压符合焊机要求。必须是加负载后的电压值，均在焊机电源插头处进行测量。机器外壳接地。3）检查、清洁加热板，不得有涂层损坏，否则应更换。每次焊接前应当确保热板清洁，用洁净的棉布或非纤维纸和酒精进行处理。4）接通加热板、泵站和铣刀的电源，启动焊机，空转排气。（5）加热板升温到设定温度后，第一个焊口预热 10分钟，保证热板温度的均匀稳定。6）准备管材/管件及焊接相关的辅助工具。7）安装与管材/管件规格相符的卡具。装夹管材/管件1）按工艺要求设置吸热时间和冷却时间。精品文档专业资料整理WORD格式精品文档2）卡管材/管件；用辊杠、支架将管垫平减小摩擦力，调整同心度，利用夹具校正管材椭圆，并且留有足够对接距离，必要时调整浮动悬挂装置。（3）清洁管材/ 管件的内外表面，至少 20～30mm。铣削焊接面1）放置铣刀，锁上铣刀安全锁。2）启动铣刀，调整压力，铣削厚度<0.2mm，形成连续的长屑，宽度等于壁厚后，适当降压力。3）打开机架，关闭铣刀，打开铣刀安全锁，取出铣刀。4）清屑；铣削后留下的屑应当清理干净。注意：①铣削后的焊接表面不能用手接触而造成污染，必须保持清洁干净，否则应当重新铣削为干净的表面，这一点极为非常重要。②该过程必须先适当降压，再打开机架，后停铣刀，防止焊接端面出现台阶。测拖动压力及检查（1）闭合机架均匀缓慢的加压， 机架开始运动时记录压力值为拖动压力 （P拖），拖动压力不是固定的，每次焊接都必须进行测量。（2）检查焊接端面间隙 <0.3mm。（3）检查焊接件的错边 < 管壁厚10％。（4）检查管材 / 管件是否夹紧；加压到焊接压力（ P2），如果未夹紧重新夹紧， 必须重复（三）的过程。5）检查合格后，降压力，打开机架。端面平整吸热1）放置清洁的热板，闭合机架。当焊接端面与热板贴合时，迅速调整压力至焊接总压力（P2）＝拖动压力（ P 拖）＋焊接压力（ P1）。（2）当热板两侧焊接面的整个圆周凸起高度至规定值时，迅速降压至拖动压力（ P拖）开始吸热计时，并确保热板与焊接端面间的紧密贴合。切换对接1）吸热时间结束，打开机架。2）迅速取出热板。3）立即闭合机架。精品文档专业资料整理WORD格式精品文档（4）在规定的时间内，将压力匀速升至焊接压力（ P拖），严禁高压碰撞。（5）同时冷却，开始计时。注意：该过程动作是连续的，需要一气呵成，也是人为因素的严格控制部分，极容易出现焊接质量问题的过程，切换对接的时间必须控制在小于规定的时间内。7. 拆卸管材 / 管件（1）冷却时间结束，降压力至 0。（2）松开夹具螺丝，取出焊接完的管材 / 管件，打开机架。（3）进行下一焊口的焊接循环。第二节 电熔连接电熔连接又称电熔焊，是聚乙烯（ PE）燃气管道施工中主要的连接方法之一，它使用的设备是电熔焊机，能适用于所有管径的连接；是伴随着热熔连接方法后的又一种连接方法，通过不断的改进已成功的应用于聚乙烯（ PE）燃气管道和其他热塑性塑料管道的连接，随着国内外对电熔管件和焊机的研究开发，同对接焊一样，在国内早已经成熟的应用于所有行业聚乙烯（ PE）管道的焊接。一、 电熔焊接的原理预埋在电熔管件内表面的电阻丝通电后发热，使电熔管件内表面和承插管材的外表面达到熔化温度，并产生压力，冷却后融为一体，达到熔接目的。二、 电熔接焊机电熔焊机是用来实施对聚乙烯（PE）电熔管件内的电热丝，按照管件生产厂家规定的电压、电流和时间参数，进行控制加热焊接的专用设备。电熔焊机分为半自动和全自动焊机，半自动电熔焊机只有极少数的地区还在使用，随着发展已经淘汰，目前完全由全自动电熔焊机（见图4－35和图4－36）代替，它无须手工输入焊接参数，是由读码器直接扫描电熔管件上的条码，将所有的焊接参数自动输入焊机，对电熔管件进行加热焊接。全自动电熔焊机的一般功能要求：具备通过扫描器（读码器）自动输入；和手动输入焊接参数的功能。输入和输出电压超出焊机规定的范围，或不符合电熔管件制造商所要求的条件时，焊机能自我保护不进行熔接。能自动储存至少250条熔接数据的原始记录，可以查看或打印。按停止键开关熔接可立即中断。精品文档专业资料整理WORD格式精品文档电熔管件断路时焊机能提示并且不工作。显示屏在阳光下或柔光下数据清晰可见。应当配备精度±1℃的环境温度传感器，根据环境温度的变化，设置在自动档时能自动进行焊接补偿。8. 焊机的正常工作温度范围应当为－ 10℃～＋40℃。输出电缆≥2.5m；输入电缆≥3m；与电熔管件连接的输出接头接触良好，并且有保护措施，以免操作人员人体接触触电。应当具备管理功能（操作密码），拒绝无证的操作人员进行操作。三、 焊接工艺制定和工艺评定电熔焊的焊接完全由全自动的焊机进行焊接，人为因素少，由于各个生产厂家的电熔管件设计不同，材料、电阻丝选用各异，加工工艺差别较大，所规定的焊接工艺参数也不同；电熔管件焊接的工艺参数，都是按照管件生产厂家规定的焊接电压和时间进行操作，这些焊接工艺参数编入管件的条形码中，并且在条形码上面有文字标识（见图4－37）；焊机内装有数据输入解码器，自动焊接时使用读码器读取数据，焊机将数据自动输入；也可以使用手动的方式将数据输入焊机；在国内目前普遍使用的焊机电源电压220V±10，频率50Hz；输出电压39.5V±0.5；所以电熔焊的关键工艺参数电压、加热时间、冷却时间、电阻值和焊接工艺，由管件生产厂家提供，所有电熔管件的焊接工艺评定由生产厂家进行，而施工单位进行工艺评定时，在使用同一制造单位提供的电熔管件中，任选一种规格进行验证，即可覆盖所有的电熔管件规格。在制定焊接工艺时，建议小于或等于公称外径 63mm规格的管材，最好使用 SDR11系列。电熔焊适用于不同材料等级和不同 SDR系列管材的连接，但是应当注意电熔管件材料的分级（最小要求强度 “MRS”）和壁厚，当使用的电熔管件用于连接的管材不是由相同 “MRS”分级的聚乙烯（ PE）材料制造时，管材和电熔管件壁厚之间关系应当符合表 4－5。表4－5管材和电熔管件的壁厚关系管材和电熔管件材料电熔管件壁厚（ E）和管材壁厚（ en）的关系管材 电熔管件0.8ePE80PE100E≥nenPE100PE80E≥/0.8四、 操作步骤精