PE管道焊接技术课件

1、PE管道焊接技术,天然气分公司 池利军,1. PE管的概况 2. PE管道连接方法,一、概况,1.PE管原材料：以聚乙烯为基料的共聚物的混合材料；材料中必须加有一定量的抗氧化剂、光稳定剂、碳黑。 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管道用途 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

2、缆护套 旧管道穿插修复,概况,概况,燃气管道 燃气管的压力等级一般以其径厚比 （SDR=外径/壁厚）表示，国家标准规定主要有SDR11（薄壁）（ PE80 、 PE100）和SDR17.6（厚壁）（ PE80 、 PE100）两种规格。,PE80与PE100的工作压力：,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： 1.热熔对接连接（主管道连接常用） 2.电熔连接（小口径） 3.机械连接(法兰连接),连接方式,热熔对接连接的原理： 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。,

3、连接方式,热熔对接焊接具有以下特点： 管道熔接为分子之间的结合，因而极为可靠； 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。 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63mm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： 63160mm、 110250mm、 160315mm、 200450mm、 200500mm、 315630mm 、 450800mm,连接方式,2.设备构成 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

4、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： 熔接时加热板温度一般为21010（PE100级原料为22510） 。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

5、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：,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

6、 + 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

7、) 其中：d-管材外径，单位mm。,P3 = P1 t4=10 Ks s （min） 其中：s-管材壁厚，单位mm； Ks -壁厚系数 其中： Ks = 0.5, s10mm Ks=0.03s+0.2 (s10mm ),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,K,K值必须 0 K值=卷边高度,焊接准备,装夹管材,铣削端面,测拖动压力,平整端面,吸热,切换对接,冷却,拆卸,2.3.3 热熔对接焊（对接焊）的操作,焊接流程,焊接步骤-1,焊接准备,检查

8、清洁热板；聚四氟乙烯（PTEF）涂层损坏需更换。 清洁油路接头后接通油路. 检查电源、电压、接地后接通电路；空转排气. 热板升温，红灯亮后(温度到后)预热10分钟. 安装与管材规格相符的卡具. 按需要截好待焊管材长度，要求端面平整并与管材轴线垂直。,焊接步骤-2,装夹焊件,打开机架，按要求设置吸热时间和冷却时间. 打开夹具，将焊接件安装到机架中装夹. 调整同心度，用辊杠、滚轮支架将管垫平减小摩擦力防机架变形,必要时调整浮动悬挂装置; 同时清洁管材/管件的内外表面。,焊接步骤-3,铣削焊接面,放置铣刀锁上铣刀安全锁. 启动铣刀，按下手枪钻开关并锁死，闭合机架，调整压力，形成连续屑后，宽度等于壁厚

9、，适当降压到无铣削. 打开机架，关闭铣刀，打开铣刀安全锁，取出铣刀。 清屑，清理铣屑时不允许用手摸焊接面。 注意：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；,焊接步骤-4,测拖动压力,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（P0）. 检查. (1)检查焊接端面间隙 0.3mm。 (2)检查焊接件的错边 管壁厚10。 (3)检查管材/管件是否夹紧；加压到焊接压力（P1），如果未夹紧应调整管材/管件位置，需重复步骤-3的过程。 3. 合格后，降压力，打开机架。,焊接步骤-5,端面平整吸热,用无纺纸沾酒精或丙酮清洁两焊接面； 放置已清洁的热板，闭合机

10、架，迅速调整压力至焊接压力(P1)拖动压力(P0)接缝压力(P2)。,焊接步骤-5,端面平整吸热,用无纺纸沾酒精或丙酮清洁两焊接面； 放置已清洁的热板，闭合机架，迅速调整压力至焊接压力(P1)拖动压力(P0)接缝压力(P2)。 观察热板两侧，焊接面整个圆周的凸起高度至规定值，降压至两焊接面不离热板（略带压）同时按计时按钮，吸热计时开始.,焊接步骤-6,切换对接（重点）,吸热时间结束，蜂鸣器自动报警，关闭蜂鸣器，打开机架，迅速取出热板，立即闭合机架，使焊接面贴合，将压力调整到焊接压力（P1P0P2)，同时按下冷却计时器按钮，开始冷却、计时。 注意：该过程是五个动作连续的一气呵成，也是人为因素的严

11、格控制部分，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（ 10S）。,焊接步骤-7,拆卸焊件,冷却时间结束，蜂鸣器自动报警，按冷却计时按钮，关闭蜂鸣器。 降压至零。 松开夹具螺丝，取出已焊接好的焊件，打开机架。 进行下一个的焊接循环。 注意：必须是先降压力至0再拆除夹具，防止划伤焊件。,焊接步骤-7,拆卸焊件,冷却时间结束，蜂鸣器自动报警，按冷却计时按钮，关闭蜂鸣器。 降压至零。 松开夹具螺丝，取出已焊接好的焊件，打开机架。 进行下一个的焊接循环。 注意：必须是先降压力至0再拆除夹具，防止划伤焊件。,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

12、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： 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。 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）。 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

13、工具： 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。 刮削工具 用于刮削管材或承口管件熔接外表面。 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。 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

14、 . 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 . 准备相应的刮削工具、切断工具、记号笔、尺子等，并检验其功能是否正常。 7 . 检查电熔焊机各按键或旋纽是否工作正常,焊接操作 在操作过程中，操作人员必须严格按照电熔管件所规定的焊接参数进行焊接，确保焊接质量 1 . 检查电熔管件有无断丝、绕丝不均等异常现象。不合格的管件禁止使用。 2 . 核对欲焊接的管材（管件）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。 3 . 清除管材、管件焊接区域的灰尘或污物。 4 . 在欲焊接端

15、按照需插入管件长度用记号笔进行标注，刮除管材表皮（厚度约0.2mm）并修整光滑；刮削段长度应大于承插长度。刮削后的管材表面不应被再次污染。,5 . 在已刮削好的端面上再次按承插长度对管子进行标注。 6 .将刮削后的管子插入清洁后的管件到标注尺寸，必要时应予以夹持固定。承插件承插一般以略微用劲即可插入为宜。8. 将焊机输出插头插入管件插孔内并锁紧。 9. 确认设定程序或参数无误后，启动电熔焊机进行焊接。 10. 在熔接过程中，操作者必须注意观察管件观察孔内熔体的溢出情况，及时中断异常熔接状态。 11.焊接完成后，取出插头，接头自然冷却,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

16、进行焊接操作 2.操作人员必须遵循该工艺规程并严格按照电熔管件所标注的焊接参数进行参数设定。 3.不具备根据环境温度自动补偿功能的焊机，在设置加热时间时，应予以必要时间补偿，具体参照电熔管件使用说明书。 4.启动电熔焊机前，应再次检查管材插入长度是否达到标注尺寸，否则，可能因插装不当造成不良熔接。 5.接头冷却期间，严禁对其施加任何外力,质量检验 电熔连接的接头在焊接完成后主要通过观察电熔管件观察孔内熔体的溢出情况来判定焊接质量是否可靠。一般应以柱状凸起大部分被顶出观察孔为宜，如果电熔管件两端承插口或观察孔熔融物溢出过多或出现冒烟等异常情况均为熔接不良。 注：电熔连接接头的最终质量检验应以通过

17、强度试验和气密性试验为准。,鞍型连接是PE管道电熔连接的一种，其连接原理和过程基本与电熔承插连接过程相同，首先用刮削工具刮削待熔接区域，然后按照要求将鞍型管件固定在管材上，使管件和管材完全接合，用电熔焊机焊接 。,电熔鞍型又分为鞍型直通和鞍型旁通两种，鞍型直通管件又分为带开孔刀具和无刀具两种。对于不同的鞍型管件，应选用下面的几种方法进行紧固： 1 .对于带有半圆型槽状PE下部紧固件的鞍型管件，应使用木制或橡胶的锤子敲打紧固件有增强缘的一端使其沿管材滑动，从鞍型管件的一端到达另一端。,2 .对于带有紧固件鞍型管件，挂紧固件带时，先松动螺丝使轻松地挂上带扣，然后上紧两个螺丝直到紧固带连接的两个塑料

18、件紧密接触。 3 .对于带有半圆型PE下部紧固件，使用螺栓进行紧固的鞍型管件，应参照使用说明，安装金属垫条和螺栓，然后上紧四个螺丝，直到紧固件的下沿和鞍型件的上沿接近至四个螺栓，只剩下最后一道螺纹。 4 .自身不带有紧固件的，应使用专用的鞍型定位夹紧工具，参照工具使用说明，进行合适的夹紧。,机械连接主要用于管道法兰连接和钢塑过渡连接两种方式。 法兰连接是PE管道和其他材质的管道、阀门连接的主要方式，也常用于PE管道本身之间的连接（如地下障碍物比较多或管道进行维修时采用）。 钢塑过渡连接一般是成型产品，在工厂内制造并经过测试，主要用于与钢管的连接。,PE法兰连接的组件有： 1、聚乙烯法兰头； 2

19、、金属制背压活套法兰； 3、螺栓、螺母； 4、密封圈。 连接时用螺栓紧固背压活套法兰和欲连接的钢法兰，使PE法兰头和欲连接的钢法兰紧密连接在一起。建议在24小时内至少均分多次重复紧固所有螺栓，以消除聚乙烯材料的柔性形变，确保法兰连接的严密性。,PE管道系统施工的一般要求： 管道施工之前，应有书面的连接程序，包括方法规范、焊接参数、焊接设备及工具、连接条件、操作者的水平技术及质量控制方法。 操作者应有制作连续一致的高质量焊接接头所必须的技能和知识，并具备相应的资格。 PE管道的土方工程应符合国家现行标准规范中的有关规定。 PE燃气管道的埋设应符合以下规定：埋设在车行道下时，不宜小于0.9米；埋设

20、在非车行道下时，不宜小于0.6米；埋设在水田下时，不宜小于0.8米。但如果采取行之有效的措施后，上述规定可适当降低。当PE燃气管道输送的介质含有冷凝液时，最小管顶敷土厚度至少应在土壤冰冻线以下。,管道敷设时允许的弯曲半径规定如下： 管段上无承插接头和其他附属设备时，应符合下表规定： 管段上有承插接头和其他附属设备时，管道的允许最小弯曲半径不应小于125D。,一般规定 燃气管道在安装完毕后，均应按照设计规定对其进行强度试验和气密性试验，以检验管道系统的机械性能和连接质量。试验前还应进行吹扫。 强度试验和气密性试验应由施工单位、燃气管理单位、和监理单位共同进行验收。 吹扫和试验介质应采用压缩空气，空气温度不超过40，并不得含有对管道有害的杂质。 分段吹扫和试压长度不宜超过1.5公里。 试验用的弹簧压力表，其量程不得大于试验压力的2倍，精度不得低于0.4级，表盘直径不得小于150mm。 试验时所发现的缺陷，应在试验压力降