聚乙烯管道热熔焊接施工的质量控制课件

2011.10.01主要内容聚乙烯管道焊接施工质量控制的重要性聚乙烯管道热熔对接技术及焊接工艺聚乙烯管道热熔焊接施工设备聚乙烯管道热熔焊接施工步骤聚乙烯管道热熔焊机使用存放保养注意事项2011.10.01一、聚乙烯管道焊接施工质量控制的重要性

我国是在上个世纪80年代开始系统地研究塑料管在市政公用管网中的应用。最早是在1982年于上海试用，主要用于低压人工煤气的输送。

聚乙烯的优点：⑴具有很好的柔韧性，加工后的管材可盘成卷，还可以蛇形敷设，进一步减少接头数量；⑵它属于热塑性塑料，可多次加工成型，使热熔和电熔成为可能；⑶耐腐蚀，抗冲击性能好（能够抗击地震等自然灾害）⑷聚乙烯管气密性好，气体渗透率低。因此，聚乙烯材料在燃气管网中得到了普遍应用。目前，国际聚乙烯燃气管道的标准体系分为欧洲和日美，不过我国的燃气管道标准体系还是以国际标准为主，体现的生产工艺以及技术要求与欧洲较接近。2011.10.01聚乙烯是一种高分子聚合物。它的性能主要取决于三大因素：分子结构、结晶度、分子量分布。其中结晶度最为关键：聚乙烯的结晶度是随着温度的升高而降低，温度越接近熔点，结晶度下降得越激烈。冷却度也影响着聚乙烯的结晶度，冷却速度快，结晶度低，因为结晶的生长时间短；冷却速度慢，结晶度高，那么结晶就会更充分。根据聚乙烯的种类不同，结晶度不同，冷却时间也不同。

聚乙烯分子结构图2011.10.01二、聚乙烯管熔接技术及焊接工艺2011.10.01聚乙烯管道的连接方式

聚乙烯管道在国内外按其连接方式，一般分为热熔对接连接和电熔连接两种。热熔对接和电熔连接须执行国家质检总局颁布的TSGD2002-2006“燃气用聚乙烯管道焊接技术规则”国家标准。早期热熔对接焊时，外力是人为施加的，应施加合适的压力。压力过小，界面间长链分子无法充分变形，无法重新重叠及缠绕。相反对接力过大，粘流态的熔质都被挤出熔接界面，使界面间的介质大都处在高弹态，形成假焊。电熔焊接时，其外力是靠熔体的熔融膨胀并在冷料区的作用下获得，无须人为施加。为保证合适的焊接压力，必须保证管件与管材装配组合后不能存在非轴向的应力，既要使用电熔固定夹具。2011.10.01热熔对接焊：热熔对接焊连接方式是将待焊管材（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。这种连接方式在管材之间连接时无需管件，接口成本较低。2011.10.01焊接范围

焊接口径：应>63；壁厚：>6mm；最好是同厂家、同材质、同牌号的管材与管材、管材与管件之间、管件与管件之间的进行焊接；燃气常用标准尺寸比为：SDR11和SDR17.6两个系列。燃气聚乙烯材料一般分为：PE80和PE100。2011.10.01热熔对接具有以下特点：需用专用的热熔连接机具。一般适用于DN＞63mm管。适用于同种牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。易受环境、人为因素影响；在寒冷气候（－5℃以下）和大风环境下进行连接操作时，应采取保护措施。2011.10.01热熔连接的优点：因不使用电熔管件，可以降低工程成本；机具维修简单；连接工艺操作简单易学。2011.10.01热熔连接的不足：易受环境、人为因素影响（全自动对接熔接无此不足）；设备投资较电熔焊机高，且体积重量较大；一般适用于DN＞63mm以上管径连接。电熔连接方式：采用专门的电熔管件，由专用的电熔焊机，按照一定的规则控制流过管件中埋设的电阻丝中的电流量，使其合理发热，加热管件与管材的连接界面，经过一定时间的熔融，达到熔接目的电熔连接的优缺点：ⅰ：适用于所有规格尺寸的管材、管件连接；ⅱ：适用于不同牌号及不同熔融指数聚乙烯生产的管材和管件的连接；ⅲ：设备投资低，维修费用低；ⅳ：连接操作简单容易掌握；ⅴ：电熔熔接技术施工迅速；★：专用电熔管件费用高，大大的增加了工程成本；2011.10.01焊接准备/工艺-图5.1热熔对接焊工艺热熔焊接时三个重要参数：温度、压力、时间；温度固定，以下是PE熔接过程中压力与时间的关系。焊接工艺曲线图PtP2(焊接规定)P1（总焊接）加热段切换对接段冷却段t1(卷边)t2(吸热)t3(取板)t4(调压)t5(冷却)总焊接时间压力时间（拖动）2011.10.01焊接参数的计算表中数据（焊接表面温度：PE80=210±10℃；PE100=225±10℃）：凸起高度和接缝压力＝0.15N/mm2等效压力作用在端面吸热时间＝10s/mm；吸热压力＝0.02N/mm2；由于小一般忽略。

对接焊焊接的基本参数2011.10.01热熔对接焊的质量控制

热熔对接接头的质量主要靠过程控制来保障。过程控制应从人、机、料、法、环五方面入手。人：焊接工人必须经过培训，并受到有效的管理。机：设备应符号有关标准的要求（例如GB/T20674.1-2006

），并经常维护在良好工作状态。料：焊接前应检查管材、管件，以确保其直径、SDR和MRS及公差均符合规定。有明显缺陷或过度划伤的管材、管件应做出标记，不能使用。在开始铺设前和铺设过程中均应注意检查管材有无严重的表面缺陷；如果发现表面缺陷深度超过公称壁厚的10%，应切断或按照有关程序修理有缺陷的这段管材。法：焊接方法应严格按照施工规范和工艺参数执行。环：环境因素主要考虑天气和管沟作业面状况。在将管道放到管沟前和回填过程中检查管沟底部，确保管道不被尖棱物体如石头或金属片损伤。2011.10.011、适合焊接的管材：

DN63mm以上或者壁厚6mm以上；焊接端部SDR相同；尽可能是相同的材料；2、适合的焊接温度：通常200℃-235℃，过热会引起材料降解，加热不充分会导致材料软化不够；3、加热时间（形成卷边）：热板达到设定温度后，应保持一定恒温时间，然后再将端面修平的管材以焊接压力P1（包括拖动压力）压紧在热板上并保持一定的时间，直到形成规定宽度的卷边；4、吸热时间：达到规定卷边后，将压力切换至低压P2（接近于0）使管材端面和加热板之间刚好保持接触开始吸热，吸热时间是管材壁厚的10倍，在操作中常见的错误是吸热时间太短，不能保证管材端面材料获得足够的熔融深度；影响热熔对接的因素及注意事项2011.10.015、切换时间：达到吸热时间后，移走加热板，再合拢焊机夹具，使管材端面接触；在这段时间内，熔融的物料暴露在空气中，不但会迅速降温，还会产生一定程度的热降解，因此切换时间的控制非常重要，越短越好；6、增压时间：重新建立焊接压力是，应平稳迅速而不能太过突然，以免熔体不均匀流动或产生较大的内应力；7、焊接（冷却）压力：焊接压力不能过高，以免将焊接面上的熔融物料完全挤跑，形成冷焊接头；焊接（冷却）压力应在整个冷却过程中保持不变；8、冷却时间：在整个冷却过程中，对接焊机应保持压紧状态，冷却时间对于接头质量有着非常重要的影响，为提高效率而人为缩短冷却时间是非常错误的；影响热熔对接的因素及注意事项2011.10.019、工作环境：环境温度低于-5℃时，应采取保护措施；10、端面铣削：

铣削端面时，压紧力应足以使铣刀两侧产生稳定连续的PE薄片，撤走铣刀时，应先降低压力，保持铣刀继续旋转，直到不再切削下PE层再移走铣刀，以免管材起毛刺；11、拖动阻力：焊接前一定要测量焊机的摩擦损失和拖动阻力，并将其加到需要的焊接压力上；应尽可能减少拖动阻力，例如使用短管作为滚筒；12、设备状况：焊接设备应定期维护。加热表面的清洁和完整性、温控精度、对中能力均非常重要。焊机不使用时，应储存保护好。影响热熔对接的因素及注意事项2011.10.01热熔对接焊接工艺评定检验与试验

※非破坏性检验(1)宏观（外观）：卷边应沿整个外圆周平滑对称，尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不得有切口或者缺口状缺陷，不得有明显的海绵状浮渣出现，无明显的气孔。卷边的中心高度K值>0;

焊接处的错边量<管材壁厚的10％;(2)卷边切除检查:

卷边应当是实心圆滑的，根部较宽。卷边底面不得有污染、孔洞等。若发现杂质、小孔、偏移或者损坏时，则判定为不合格。(3)卷边背弯试验：不开裂、无裂纹方法：将卷边每隔几厘米进行1800的背弯试验进行检查;※破坏性检验(4)拉伸性能GB/T19810-2005;

断口为韧性破坏(5)耐压（静液压）强度试验GB/T6111-2003；焊接处无破坏，无渗漏合格的实心卷边背弯试验开裂2011.10.01三、聚乙烯管道焊接施工设备2011.10.01热熔对接焊用设备热熔对接焊机，是用来实施对对接件端面进行加热焊接的专用设备。热熔对接焊机一般可分为普通热熔焊机和全自动热熔对接焊机两类。热熔对接焊专用工具。2011.10.011.机架：

机架用来卡装待焊管材，且对椭圆的管材具有校正的功能。夹具应有良好的同轴度，一般不宜超过0.3mm。由以下部件组成：两个固定卡盘，两个装在导向液压缸上的活动卡盘，可与横向连杆配合定位；一个加强机架；带两个快速接头的液压装置。注：机架用于夹紧与固定管材。并应能对管材的错边量进行调整（错边量不得大于管材壁厚的10%）。机架上的夹具应能对管材端部起到复圆的作用。机架的结构应能方便地熔接各种管件，如弯头、变径、三通、法兰等。机架上的油缸导杆应具有足够的强度与刚度。2011.10.012.铣刀：

铣刀用来铣削待焊管材端面，由以下部件组成：铣刀体；电动马达及其连接插头；两个旋转部件及刀片；注：铣刀一般使用微型电机或电钻为动力源，经过一系列减速装置减速，带动刀片对管材表面进行铣削。铣削后的管材表面应与轴线垂直。2011.10.013.加热板：

加热板用来加热待焊管材端面，由如下部件组成：涂有保护层的加热板；温度指示器；计时器（用于在整个熔接过程中的不同阶段的计时）。注：加热板一般由专用电子温控器作为控制元件，由温度传感器作反馈信号，对加热板的温度进行精确的控制。加热板表面的温度应均匀一致。加热板的温度校准应使用高精度温度计进行。一般加热板在出厂前就已校核好，用户不需自已调节。由于熔融的聚乙烯物料上会粘附在加热板上影响熔接质量，故加热板表面一般应包覆聚四氟乙烯等与聚乙烯物料不粘的材料。2011.10.014.液压控制箱：

液压控制箱用来提供和控制焊接过程中所需的压力，由以下部件组成:

液压泵；两个柔性接头；蓄能器；压力表；调压阀；注:液压系统应能提供稳定的压力，管材经加热板加热熔融后，应迅速接合。若时间过长，将会使熔融的物料重结晶。所以，液压系统应灵敏迅速，无爬行现象。由于管材接合后是保压冷却，保压时间很长，故对液压系统的长期工作性能要求较高，要求选用粘度较高的液压油。此外最好能让液压泵在保压过程中不要长期转动产生热量，提高焊接过程中液压系统提供压力的稳定性。2011.10.01

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半自动热熔对接焊机第五章PE管道的施工2011.10.01全自动对接焊机构造主要由四部分组成：控制箱机架加热板铣刀2011.10.01全自动对接焊机与普通对接焊机的区别对焊接过程的温度、时间、压力输入芯片中，进行不间断的全自动控制。切换对接段由焊机自动进行，焊接参数自动生成；保证了焊接参数的正确性，减少了人为因素对焊口质量的影响。对操作人员和焊机使用期限识别；拒绝无证人员操作，拒绝过期不检修校正的焊机工作。记录每一个焊口的整个焊接过程参数；解决了焊接数据依靠人工纪录可信度差。具备管理功能；储存的操作者代码、工程代码、材料生产厂代码、焊接参数可随时进行查阅、打印、取出，进行分析、存档备查；人、机得到有效的控制。焊口质量一致性好。但焊接时的支撑辊轮、错边调整、焊接端面清洁……等与普通焊机操作相同。2011.10.01管道热熔对接宜采用全自动焊机。全自动热熔对接焊机应当具有以下功能：(一)可以实现一致、可靠、可重复的操作；(二)系统将控制监视并记录焊接过程各阶段的主要参数，以判断每一焊口的状况；(三)焊机有数据检索存储装置和数据下载接口，存储容量至少为200个焊口的参数；注：焊口的参数包括焊机型号、焊机编号、环境温度、焊接日期、焊接时间、焊工代号、工程编号、焊口编号、焊接的管道元件类型（原材料级别、公称外径、公称壁厚或SDR值）、拖动压力（峰值拖动压力和动态拖动压力）、加热板温度、成边压力、吸热时间、切换时间、焊接压力、冷却时间等；(四)铣削管道元件端面后，能够自动检查管道元件是否夹装牢固；(五)自动测量拖动压力（峰值拖动压力和动态拖动压力）以及自动补偿拖动力；全自动热熔对接焊机的功能2011.10.01(六)自动监测加热板温度，如果加热板温度没有在设定的工作温度范围内，焊机应该无法进行焊接；(七)加热板插入待焊管道元件之后的所有阶段（加压、成边、降低压力、吸热、切换、加压、保压、冷却）自动进行；(八)微处理器采用闭环控制系统，在焊接过程中突然出现不符合焊接参数时，焊机能够自动中断焊接并报警；全自动热熔对接焊机的功能2011.10.01热熔对接焊辅助工具为了使热熔对接焊过程顺利进行并确保焊接质量，施工中还要用到如下辅助及专用工具：

1）切刀

2）辊轮支架

3）刨边器

4）压扁工具2011.10.01第五章PE管道的施工1）切刀是用来切断管材的专用工具。

包括：旋转切刀、链条旋转切刀、闸刀式切刀、剪刀式切刀、电动圆盘锯、电动往复锯、电动伐木锯、木工刀锯等辅助工具介绍2011.10.012）辊轮支架

支撑移动端管材，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小拖动压力，降低拖动压力与焊接所需压力的比值，提高焊接质量；另一个作用就是减少焊接过程中管材因滑动造成的管材表面损伤；

2011.10.013）刨边器

在不损伤管材的情况下，切除焊环内外部焊接翻边的工具。

2011.10.01４）压扁工具

用于低压抢修中的断气工具。2011.10.01四、聚乙烯管道施工步骤2011.10.011.1焊接前准备(1)清洁油路接头，正确连接焊机各部件；(2)测量电源电压，确认电压符合焊机要求；(3)检查清洁加热板，当涂层损坏时，加热板应当更换,加热板表面聚乙烯的残留物只能用木质工具去除，油污油脂等必须用洁净的棉布和酒精进行处理；(4)按照焊接工艺正确设置吸热、冷却时间和加热板温度等参数，焊接前，加热板应当在焊接温度下适当预热，以确保加热板温度均匀；1、热熔对接焊的操作过程2011.10.011.2装夹管道元件用辊杠或者支架将管垫平，调整同心度，利用夹具校正管材不圆度，并且留有足够的焊接距离；1.3铣削焊接面铣削足够厚度，使焊接端面光洁、平行，确保对接端面间隙小于0.3mm，错边量小于焊接处壁厚的10％。重新装夹时必须重新铣削。1.4拖动压力的测量及检查每次焊接时必须测量并且记录拖动压力（Pt）；辊轮支架大口径管用辊轮支架2011.10.011.5加热放置加热板，调整焊接压力（P1）＝拖动压力（Pt）＋焊接规定压力（P2）。当加热板两侧焊接处圆周卷边凸起高度达到规定值时，降压至拖动压力（Pt）或者在确保加热板与焊接端面紧密贴合的条件下，开始吸热计。1.6切换对接在规定的时间内抽出加热板，立即贴合焊接面，迅速将压力匀速升至焊接压力（P1），严禁高压碰撞。1.7拆卸管道元件达到冷却时间后，将压力降至零，拆卸完成焊接的管道元件。

2011.10.01第五章PE管道的施工开机输入焊工代号输入施工代号输入施工单位代号选择材料级别输入管径输入SDR值提示输入是否正确？热板温度设置夹紧管材确认确认确认确认确认测拖动压力并显示确认确认确认确认开始焊接放入热板热板是否清洁？显示热板600s后温度错边、间隙检查？夹紧检查？铣刀取出铣削停止铣削并显示压力铣刀放入确认自动确认确认确认自动否确认自动确认确认显示翻边时间及压力显示吸热时间及压力切换对接(显示时间)调压(显示时间)冷却(显示时间)泄压标记焊口显示储存焊接纪录拆卸；开始自动自动自动自动自动自动确认确认确认确认2、典型的全自动焊机的焊接操作2011.10.01自动焊接焊接参数存档焊接前的准备焊接准备工程档案焊接参数设置第五章PE管道的施工开机输入焊工代号输入施工代号输入施工单位代号选择材料级别输入管径输入SDR值提示输入是否正确？热板温度设置夹紧管材确认确认确认确认确认测拖动压力并显示确认确认确认确认开始焊接放入热板热板是否清洁？显示热板600s后温度错边、间隙检查？夹紧检查？铣刀取出铣削停止铣削并显示压力铣刀放入确认自动确认确认确认自动否确认自动确认确认显示翻边时间及压力显示吸热时间及压力切换对接(显示时间)调压(显示时间)冷却(显示时间)泄压标记焊口显示储存焊接纪录拆卸；开始自动自动自动自动自动自动确认确认确认确认2011.10.01全自动对接焊机焊接基本记录焊机编号：工程编号：施工单位：焊口代号：日期：年月日时间：时分焊口编号：材料等级：PE80或PE100管径：mmSDR：环境温度：℃拖动压力：MPa

设定值实际值热板温度：℃℃翻边压力：MPaMPa翻边时间：S(秒)S(秒)吸热压力：MPaMPa吸热时间：s(秒)s(秒)切换时间：s(秒)焊接压力：MPaMPa冷却时间：min(分)min(分)焊接状况：OK或失败2011.10.01全自动电熔焊机电熔焊接操作过程电熔焊接主要包括电熔承插连接和电熔鞍形连接两种。⑴焊接前准备：测量电源电压，确认焊机工作时的电压符合要求；清洁电源输出接头，保证良好的导电性。⑵管材截取：管材的端面应垂直轴线，斜度<5mm.⑶焊接面清理：测量电熔管材的长度或者中心线，在焊接的管材表面上划线标识，位置距端面为1/2，管件长度+10mm，将划线区域内的焊接面刮削0.1-0.2mm厚度，以去除氧化层。电熔焊接操作过程⑷管材与管件的承插：在管材上重新划线，位置距端面为1/2长度。将清洁的电熔管件与需焊接的管材承插，保持管件外侧边缘与标记线平齐。安装电熔夹具，不得使电熔管件承受外力，管材与管件的不同轴度应当小于2%。⑸输出接头连接焊机输出端与管件接线柱牢固连接，不得虚接。⑹焊接模式设定按焊机说明书要求，将焊机调整到”自动“或”手动“模式。电熔焊接操作过程⑺焊接数据的输入：按自动或手动方式输入焊接数据。⑻焊接：启动焊接开关，开始计时；手动模式下焊接时间应当按管件产品说明书确定。⑼自然冷却：冷却时间应当按管件产品说明书确定，冷却过程中不得向焊接件施加任何外力，完成冷却后，拆卸夹具。2011.10.01五、热熔焊机使用存放保养注意事项2011.10.01设备使用注意事项违规操作后果

检查输入电源的适应性，要经常注意和留心焊机上的电源电压表指示。在使用本机前，应进行电源常规检查，确保电源电压和功率与本机标称的输入电压和功率相匹配，电源必须是单相220V（±10%）、50HZ的交流电。勿将线缆盘绕使用；电源线缆加长大于50m时，应注意按国家标准选择导线截面积4mm2以上，电源连接距离大于100m时，应尽量采用发电机。

电压过低或过高容易损伤设备电气部分，烧坏保险电容甚至主控制板

在液压软管连接之前擦拭快速接头，避免沙子或灰尘进入液压系统，污染液压油

快速接头有沙土会污染液压油，减短液压系统使用寿命，造成漏油2011.10.01设备使用注意事项违规操作后果

接加热板和铣刀时反复确认插头正反方向

接反会烧坏加热板和铣刀

接信号线勿硬插抢插抢拽，接入后拧紧

损坏信号线插头，使信号线内部断裂脱焊

确认并修改工程编号、焊工编号等，以及焊接管径、PE等级和SDR值等数据参数。

参数不符造成焊口没在规定时间、压力、温度下完成，造成焊口焊接失败2011.10.01设备使用注意事项违规操作后果

观察液晶屏右下方POS值在机架完全打开时是否在规定数值范围内

自动焊接无法正常进行

应保持机架的镀铬导杆清洁，并经常进行润滑

损伤设备，影响焊接

机架活动的一边夹较轻易拖的一边，切勿带动固定死的一头

设备拖动压力加大，机架合拢缓慢甚至不合拢，无法正常焊接

如需拖动较长的管材因重量问