聚乙烯管道熱熔焊接施工的質量控制課件

2011.10.01主要內容聚乙烯管道焊接施工質量控制的重要性聚乙烯管道熱熔對接技術及焊接工藝聚乙烯管道熱熔焊接施工設備聚乙烯管道熱熔焊接施工步驟聚乙烯管道熱熔焊機使用存放保養(yǎng)注意事項2011.10.01一、聚乙烯管道焊接施工質量控制的重要性

我國是在上個世紀80年代開始系統(tǒng)地研究塑料管在市政公用管網中的應用。最早是在1982年于上海試用，主要用于低壓人工煤氣的輸送。

聚乙烯的優(yōu)點：⑴具有很好的柔韌性，加工后的管材可盤成卷，還可以蛇形敷設，進一步減少接頭數量；⑵它屬于熱塑性塑料，可多次加工成型，使熱熔和電熔成為可能；⑶耐腐蝕，抗沖擊性能好（能夠抗擊地震等自然災害）⑷聚乙烯管氣密性好，氣體滲透率低。因此，聚乙烯材料在燃氣管網中得到了普遍應用。目前，國際聚乙烯燃氣管道的標準體系分為歐洲和日美，不過我國的燃氣管道標準體系還是以國際標準為主，體現的生產工藝以及技術要求與歐洲較接近。2011.10.01聚乙烯是一種高分子聚合物。它的性能主要取決于三大因素：分子結構、結晶度、分子量分布。其中結晶度最為關鍵：聚乙烯的結晶度是隨著溫度的升高而降低，溫度越接近熔點，結晶度下降得越激烈。冷卻度也影響著聚乙烯的結晶度，冷卻速度快，結晶度低，因為結晶的生長時間短；冷卻速度慢，結晶度高，那么結晶就會更充分。根據聚乙烯的種類不同，結晶度不同，冷卻時間也不同。

聚乙烯分子結構圖2011.10.01二、聚乙烯管熔接技術及焊接工藝2011.10.01聚乙烯管道的連接方式

聚乙烯管道在國內外按其連接方式，一般分為熱熔對接連接和電熔連接兩種。熱熔對接和電熔連接須執(zhí)行國家質檢總局頒布的TSGD2002-2006“燃氣用聚乙烯管道焊接技術規(guī)則”國家標準。早期熱熔對接焊時，外力是人為施加的，應施加合適的壓力。壓力過小，界面間長鏈分子無法充分變形，無法重新重疊及纏繞。相反對接力過大，粘流態(tài)的熔質都被擠出熔接界面，使界面間的介質大都處在高彈態(tài)，形成假焊。電熔焊接時，其外力是靠熔體的熔融膨脹并在冷料區(qū)的作用下獲得，無須人為施加。為保證合適的焊接壓力，必須保證管件與管材裝配組合后不能存在非軸向的應力，既要使用電熔固定夾具。2011.10.01熱熔對接焊：熱熔對接焊連接方式是將待焊管材（件）兩端面用以一定壓力靠在一個預置好溫度的加熱板上維持一段時間。在管材獲得了足夠的溫度后，取出加熱板，給待焊兩端面施壓，使兩個焊接端面緊密接觸，最終使兩個端面粘合在一起。這種連接方式在管材之間連接時無需管件，接口成本較低。2011.10.01焊接范圍

焊接口徑：應>63；壁厚：>6mm；最好是同廠家、同材質、同牌號的管材與管材、管材與管件之間、管件與管件之間的進行焊接；燃氣常用標準尺寸比為：SDR11和SDR17.6兩個系列。燃氣聚乙烯材料一般分為：PE80和PE100。2011.10.01熱熔對接具有以下特點：需用專用的熱熔連接機具。一般適用于DN＞63mm管。適用于同種牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接。易受環(huán)境、人為因素影響；在寒冷氣候（－5℃以下）和大風環(huán)境下進行連接操作時，應采取保護措施。2011.10.01熱熔連接的優(yōu)點：因不使用電熔管件，可以降低工程成本；機具維修簡單；連接工藝操作簡單易學。2011.10.01熱熔連接的不足：易受環(huán)境、人為因素影響（全自動對接熔接無此不足）；設備投資較電熔焊機高，且體積重量較大；一般適用于DN＞63mm以上管徑連接。電熔連接方式：采用專門的電熔管件，由專用的電熔焊機，按照一定的規(guī)則控制流過管件中埋設的電阻絲中的電流量，使其合理發(fā)熱，加熱管件與管材的連接界面，經過一定時間的熔融，達到熔接目的電熔連接的優(yōu)缺點：?。哼m用于所有規(guī)格尺寸的管材、管件連接；ⅱ：適用于不同牌號及不同熔融指數聚乙烯生產的管材和管件的連接；ⅲ：設備投資低，維修費用低；ⅳ：連接操作簡單容易掌握；ⅴ：電熔熔接技術施工迅速；★：專用電熔管件費用高，大大的增加了工程成本；2011.10.01焊接準備/工藝-圖5.1熱熔對接焊工藝熱熔焊接時三個重要參數：溫度、壓力、時間；溫度固定，以下是PE熔接過程中壓力與時間的關系。焊接工藝曲線圖PtP2(焊接規(guī)定)P1（總焊接）加熱段切換對接段冷卻段t1(卷邊)t2(吸熱)t3(取板)t4(調壓)t5(冷卻)總焊接時間壓力時間（拖動）2011.10.01焊接參數的計算表中數據（焊接表面溫度：PE80=210±10℃；PE100=225±10℃）：凸起高度和接縫壓力＝0.15N/mm2等效壓力作用在端面吸熱時間＝10s/mm；吸熱壓力＝0.02N/mm2；由于小一般忽略。

對接焊焊接的基本參數2011.10.01熱熔對接焊的質量控制

熱熔對接接頭的質量主要靠過程控制來保障。過程控制應從人、機、料、法、環(huán)五方面入手。人：焊接工人必須經過培訓，并受到有效的管理。機：設備應符號有關標準的要求（例如GB/T20674.1-2006

），并經常維護在良好工作狀態(tài)。料：焊接前應檢查管材、管件，以確保其直徑、SDR和MRS及公差均符合規(guī)定。有明顯缺陷或過度劃傷的管材、管件應做出標記，不能使用。在開始鋪設前和鋪設過程中均應注意檢查管材有無嚴重的表面缺陷；如果發(fā)現表面缺陷深度超過公稱壁厚的10%，應切斷或按照有關程序修理有缺陷的這段管材。法：焊接方法應嚴格按照施工規(guī)范和工藝參數執(zhí)行。環(huán)：環(huán)境因素主要考慮天氣和管溝作業(yè)面狀況。在將管道放到管溝前和回填過程中檢查管溝底部，確保管道不被尖棱物體如石頭或金屬片損傷。2011.10.011、適合焊接的管材：

DN63mm以上或者壁厚6mm以上；焊接端部SDR相同；盡可能是相同的材料；2、適合的焊接溫度：通常200℃-235℃，過熱會引起材料降解，加熱不充分會導致材料軟化不夠；3、加熱時間（形成卷邊）：熱板達到設定溫度后，應保持一定恒溫時間，然后再將端面修平的管材以焊接壓力P1（包括拖動壓力）壓緊在熱板上并保持一定的時間，直到形成規(guī)定寬度的卷邊；4、吸熱時間：達到規(guī)定卷邊后，將壓力切換至低壓P2（接近于0）使管材端面和加熱板之間剛好保持接觸開始吸熱，吸熱時間是管材壁厚的10倍，在操作中常見的錯誤是吸熱時間太短，不能保證管材端面材料獲得足夠的熔融深度；影響熱熔對接的因素及注意事項2011.10.015、切換時間：達到吸熱時間后，移走加熱板，再合攏焊機夾具，使管材端面接觸；在這段時間內，熔融的物料暴露在空氣中，不但會迅速降溫，還會產生一定程度的熱降解，因此切換時間的控制非常重要，越短越好；6、增壓時間：重新建立焊接壓力是，應平穩(wěn)迅速而不能太過突然，以免熔體不均勻流動或產生較大的內應力；7、焊接（冷卻）壓力：焊接壓力不能過高，以免將焊接面上的熔融物料完全擠跑，形成冷焊接頭；焊接（冷卻）壓力應在整個冷卻過程中保持不變；8、冷卻時間：在整個冷卻過程中，對接焊機應保持壓緊狀態(tài)，冷卻時間對于接頭質量有著非常重要的影響，為提高效率而人為縮短冷卻時間是非常錯誤的；影響熱熔對接的因素及注意事項2011.10.019、工作環(huán)境：環(huán)境溫度低于-5℃時，應采取保護措施；10、端面銑削：

銑削端面時，壓緊力應足以使銑刀兩側產生穩(wěn)定連續(xù)的PE薄片，撤走銑刀時，應先降低壓力，保持銑刀繼續(xù)旋轉，直到不再切削下PE層再移走銑刀，以免管材起毛刺；11、拖動阻力：焊接前一定要測量焊機的摩擦損失和拖動阻力，并將其加到需要的焊接壓力上；應盡可能減少拖動阻力，例如使用短管作為滾筒；12、設備狀況：焊接設備應定期維護。加熱表面的清潔和完整性、溫控精度、對中能力均非常重要。焊機不使用時，應儲存保護好。影響熱熔對接的因素及注意事項2011.10.01熱熔對接焊接工藝評定檢驗與試驗

※非破壞性檢驗(1)宏觀（外觀）：卷邊應沿整個外圓周平滑對稱，尺寸均勻、飽滿、圓潤。翻邊不得有切口或者缺口狀缺陷，不得有明顯的海綿狀浮渣出現，無明顯的氣孔。卷邊的中心高度K值>0;

焊接處的錯邊量<管材壁厚的10％;(2)卷邊切除檢查:

卷邊應當是實心圓滑的，根部較寬。卷邊底面不得有污染、孔洞等。若發(fā)現雜質、小孔、偏移或者損壞時，則判定為不合格。(3)卷邊背彎試驗：不開裂、無裂紋方法：將卷邊每隔幾厘米進行1800的背彎試驗進行檢查;※破壞性檢驗(4)拉伸性能GB/T19810-2005;

斷口為韌性破壞(5)耐壓（靜液壓）強度試驗GB/T6111-2003；焊接處無破壞，無滲漏合格的實心卷邊背彎試驗開裂2011.10.01三、聚乙烯管道焊接施工設備2011.10.01熱熔對接焊用設備熱熔對接焊機，是用來實施對對接件端面進行加熱焊接的專用設備。熱熔對接焊機一般可分為普通熱熔焊機和全自動熱熔對接焊機兩類。熱熔對接焊專用工具。2011.10.011.機架：

機架用來卡裝待焊管材，且對橢圓的管材具有校正的功能。夾具應有良好的同軸度，一般不宜超過0.3mm。由以下部件組成：兩個固定卡盤，兩個裝在導向液壓缸上的活動卡盤，可與橫向連桿配合定位；一個加強機架；帶兩個快速接頭的液壓裝置。注：機架用于夾緊與固定管材。并應能對管材的錯邊量進行調整（錯邊量不得大于管材壁厚的10%）。機架上的夾具應能對管材端部起到復圓的作用。機架的結構應能方便地熔接各種管件，如彎頭、變徑、三通、法蘭等。機架上的油缸導桿應具有足夠的強度與剛度。2011.10.012.銑刀：

銑刀用來銑削待焊管材端面，由以下部件組成：銑刀體；電動馬達及其連接插頭；兩個旋轉部件及刀片；注：銑刀一般使用微型電機或電鉆為動力源，經過一系列減速裝置減速，帶動刀片對管材表面進行銑削。銑削后的管材表面應與軸線垂直。2011.10.013.加熱板：

加熱板用來加熱待焊管材端面，由如下部件組成：涂有保護層的加熱板；溫度指示器；計時器（用于在整個熔接過程中的不同階段的計時）。注：加熱板一般由專用電子溫控器作為控制元件，由溫度傳感器作反饋信號，對加熱板的溫度進行精確的控制。加熱板表面的溫度應均勻一致。加熱板的溫度校準應使用高精度溫度計進行。一般加熱板在出廠前就已校核好，用戶不需自已調節(jié)。由于熔融的聚乙烯物料上會粘附在加熱板上影響熔接質量，故加熱板表面一般應包覆聚四氟乙烯等與聚乙烯物料不粘的材料。2011.10.014.液壓控制箱：

液壓控制箱用來提供和控制焊接過程中所需的壓力，由以下部件組成:

液壓泵；兩個柔性接頭；蓄能器；壓力表；調壓閥；注:液壓系統(tǒng)應能提供穩(wěn)定的壓力，管材經加熱板加熱熔融后，應迅速接合。若時間過長，將會使熔融的物料重結晶。所以，液壓系統(tǒng)應靈敏迅速，無爬行現象。由于管材接合后是保壓冷卻，保壓時間很長，故對液壓系統(tǒng)的長期工作性能要求較高，要求選用粘度較高的液壓油。此外最好能讓液壓泵在保壓過程中不要長期轉動產生熱量，提高焊接過程中液壓系統(tǒng)提供壓力的穩(wěn)定性。2011.10.01

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半自動熱熔對接焊機第五章PE管道的施工2011.10.01全自動對接焊機構造主要由四部分組成：控制箱機架加熱板銑刀2011.10.01全自動對接焊機與普通對接焊機的區(qū)別對焊接過程的溫度、時間、壓力輸入芯片中，進行不間斷的全自動控制。切換對接段由焊機自動進行，焊接參數自動生成；保證了焊接參數的正確性，減少了人為因素對焊口質量的影響。對操作人員和焊機使用期限識別；拒絕無證人員操作，拒絕過期不檢修校正的焊機工作。記錄每一個焊口的整個焊接過程參數；解決了焊接數據依靠人工紀錄可信度差。具備管理功能；儲存的操作者代碼、工程代碼、材料生產廠代碼、焊接參數可隨時進行查閱、打印、取出，進行分析、存檔備查；人、機得到有效的控制。焊口質量一致性好。但焊接時的支撐輥輪、錯邊調整、焊接端面清潔……等與普通焊機操作相同。2011.10.01管道熱熔對接宜采用全自動焊機。全自動熱熔對接焊機應當具有以下功能：(一)可以實現一致、可靠、可重復的操作；(二)系統(tǒng)將控制監(jiān)視并記錄焊接過程各階段的主要參數，以判斷每一焊口的狀況；(三)焊機有數據檢索存儲裝置和數據下載接口，存儲容量至少為200個焊口的參數；注：焊口的參數包括焊機型號、焊機編號、環(huán)境溫度、焊接日期、焊接時間、焊工代號、工程編號、焊口編號、焊接的管道元件類型（原材料級別、公稱外徑、公稱壁厚或SDR值）、拖動壓力（峰值拖動壓力和動態(tài)拖動壓力）、加熱板溫度、成邊壓力、吸熱時間、切換時間、焊接壓力、冷卻時間等；(四)銑削管道元件端面后，能夠自動檢查管道元件是否夾裝牢固；(五)自動測量拖動壓力（峰值拖動壓力和動態(tài)拖動壓力）以及自動補償拖動力；全自動熱熔對接焊機的功能2011.10.01(六)自動監(jiān)測加熱板溫度，如果加熱板溫度沒有在設定的工作溫度范圍內，焊機應該無法進行焊接；(七)加熱板插入待焊管道元件之后的所有階段（加壓、成邊、降低壓力、吸熱、切換、加壓、保壓、冷卻）自動進行；(八)微處理器采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，在焊接過程中突然出現不符合焊接參數時，焊機能夠自動中斷焊接并報警；全自動熱熔對接焊機的功能2011.10.01熱熔對接焊輔助工具為了使熱熔對接焊過程順利進行并確保焊接質量，施工中還要用到如下輔助及專用工具：

1）切刀

2）輥輪支架

3）刨邊器

4）壓扁工具2011.10.01第五章PE管道的施工1）切刀是用來切斷管材的專用工具。

包括：旋轉切刀、鏈條旋轉切刀、閘刀式切刀、剪刀式切刀、電動圓盤鋸、電動往復鋸、電動伐木鋸、木工刀鋸等輔助工具介紹2011.10.012）輥輪支架

支撐移動端管材，變滑動摩擦為滾動摩擦，減小拖動壓力，降低拖動壓力與焊接所需壓力的比值，提高焊接質量；另一個作用就是減少焊接過程中管材因滑動造成的管材表面損傷；

2011.10.013）刨邊器

在不損傷管材的情況下，切除焊環(huán)內外部焊接翻邊的工具。

2011.10.01４）壓扁工具

用于低壓搶修中的斷氣工具。2011.10.01四、聚乙烯管道施工步驟2011.10.011.1焊接前準備(1)清潔油路接頭，正確連接焊機各部件；(2)測量電源電壓，確認電壓符合焊機要求；(3)檢查清潔加熱板，當涂層損壞時，加熱板應當更換,加熱板表面聚乙烯的殘留物只能用木質工具去除，油污油脂等必須用潔凈的棉布和酒精進行處理；(4)按照焊接工藝正確設置吸熱、冷卻時間和加熱板溫度等參數，焊接前，加熱板應當在焊接溫度下適當預熱，以確保加熱板溫度均勻；1、熱熔對接焊的操作過程2011.10.011.2裝夾管道元件用輥杠或者支架將管墊平，調整同心度，利用夾具校正管材不圓度，并且留有足夠的焊接距離；1.3銑削焊接面銑削足夠厚度，使焊接端面光潔、平行，確保對接端面間隙小于0.3mm，錯邊量小于焊接處壁厚的10％。重新裝夾時必須重新銑削。1.4拖動壓力的測量及檢查每次焊接時必須測量并且記錄拖動壓力（Pt）；輥輪支架大口徑管用輥輪支架2011.10.011.5加熱放置加熱板，調整焊接壓力（P1）＝拖動壓力（Pt）＋焊接規(guī)定壓力（P2）。當加熱板兩側焊接處圓周卷邊凸起高度達到規(guī)定值時，降壓至拖動壓力（Pt）或者在確保加熱板與焊接端面緊密貼合的條件下，開始吸熱計。1.6切換對接在規(guī)定的時間內抽出加熱板，立即貼合焊接面，迅速將壓力勻速升至焊接壓力（P1），嚴禁高壓碰撞。1.7拆卸管道元件達到冷卻時間后，將壓力降至零，拆卸完成焊接的管道元件。

2011.10.01第五章PE管道的施工開機輸入焊工代號輸入施工代號輸入施工單位代號選擇材料級別輸入管徑輸入SDR值提示輸入是否正確？熱板溫度設置夾緊管材確認確認確認確認確認測拖動壓力并顯示確認確認確認確認開始焊接放入熱板熱板是否清潔？顯示熱板600s后溫度錯邊、間隙檢查？夾緊檢查？銑刀取出銑削停止銑削并顯示壓力銑刀放入確認自動確認確認確認自動否確認自動確認確認顯示翻邊時間及壓力顯示吸熱時間及壓力切換對接(顯示時間)調壓(顯示時間)冷卻(顯示時間)泄壓標記焊口顯示儲存焊接紀錄拆卸；開始自動自動自動自動自動自動確認確認確認確認2、典型的全自動焊機的焊接操作2011.10.01自動焊接焊接參數存檔焊接前的準備焊接準備工程檔案焊接參數設置第五章PE管道的施工開機輸入焊工代號輸入施工代號輸入施工單位代號選擇材料級別輸入管徑輸入SDR值提示輸入是否正確？熱板溫度設置夾緊管材確認確認確認確認確認測拖動壓力并顯示確認確認確認確認開始焊接放入熱板熱板是否清潔？顯示熱板600s后溫度錯邊、間隙檢查？夾緊檢查？銑刀取出銑削停止銑削并顯示壓力銑刀放入確認自動確認確認確認自動否確認自動確認確認顯示翻邊時間及壓力顯示吸熱時間及壓力切換對接(顯示時間)調壓(顯示時間)冷卻(顯示時間)泄壓標記焊口顯示儲存焊接紀錄拆卸；開始自動自動自動自動自動自動確認確認確認確認2011.10.01全自動對接焊機焊接基本記錄焊機編號：工程編號：施工單位：焊口代號：日期：年月日時間：時分焊口編號：材料等級：PE80或PE100管徑：mmSDR：環(huán)境溫度：℃拖動壓力：MPa

設定值實際值熱板溫度：℃℃翻邊壓力：MPaMPa翻邊時間：S(秒)S(秒)吸熱壓力：MPaMPa吸熱時間：s(秒)s(秒)切換時間：s(秒)焊接壓力：MPaMPa冷卻時間：min(分)min(分)焊接狀況：OK或失敗2011.10.01全自動電熔焊機電熔焊接操作過程電熔焊接主要包括電熔承插連接和電熔鞍形連接兩種。⑴焊接前準備：測量電源電壓，確認焊機工作時的電壓符合要求；清潔電源輸出接頭，保證良好的導電性。⑵管材截?。汗懿牡亩嗣鎽怪陛S線，斜度<5mm.⑶焊接面清理：測量電熔管材的長度或者中心線，在焊接的管材表面上劃線標識，位置距端面為1/2，管件長度+10mm，將劃線區(qū)域內的焊接面刮削0.1-0.2mm厚度，以去除氧化層。電熔焊接操作過程⑷管材與管件的承插：在管材上重新劃線，位置距端面為1/2長度。將清潔的電熔管件與需焊接的管材承插，保持管件外側邊緣與標記線平齊。安裝電熔夾具，不得使電熔管件承受外力，管材與管件的不同軸度應當小于2%。⑸輸出接頭連接焊機輸出端與管件接線柱牢固連接，不得虛接。⑹焊接模式設定按焊機說明書要求，將焊機調整到”自動“或”手動“模式。電熔焊接操作過程⑺焊接數據的輸入：按自動或手動方式輸入焊接數據。⑻焊接：啟動焊接開關，開始計時；手動模式下焊接時間應當按管件產品說明書確定。⑼自然冷卻：冷卻時間應當按管件產品說明書確定，冷卻過程中不得向焊接件施加任何外力，完成冷卻后，拆卸夾具。2011.10.01五、熱熔焊機使用存放保養(yǎng)注意事項2011.10.01設備使用注意事項違規(guī)操作后果

檢查輸入電源的適應性，要經常注意和留心焊機上的電源電壓表指示。在使用本機前，應進行電源常規(guī)檢查，確保電源電壓和功率與本機標稱的輸入電壓和功率相匹配，電源必須是單相220V（±10%）、50HZ的交流電。勿將線纜盤繞使用；電源線纜加長大于50m時，應注意按國家標準選擇導線截面積4mm2以上，電源連接距離大于100m時，應盡量采用發(fā)電機。

電壓過低或過高容易損傷設備電氣部分，燒壞保險電容甚至主控制板

在液壓軟管連接之前擦拭快速接頭，避免沙子或灰塵進入液壓系統(tǒng)，污染液壓油

快速接頭有沙土會污染液壓油，減短液壓系統(tǒng)使用壽命，造成漏油2011.10.01設備使用注意事項違規(guī)操作后果

接加熱板和銑刀時反復確認插頭正反方向

接反會燒壞加熱板和銑刀

接信號線勿硬插搶插搶拽，接入后擰緊

損壞信號線插頭，使信號線內部斷裂脫焊

確認并修改工程編號、焊工編號等，以及焊接管徑、PE等級和SDR值等數據參數。

參數不符造成焊口沒在規(guī)定時間、壓力、溫度下完成，造成焊口焊接失敗2011.10.01設備使用注意事項違規(guī)操作后果

觀察液晶屏右下方POS值在機架完全打開時是否在規(guī)定數值范圍內

自動焊接無法正常進行

應保持機架的鍍鉻導桿清潔，并經常進行潤滑

損傷設備，影響焊接

機架活動的一邊夾較輕易拖的一邊，切勿帶動固定死的一頭

設備拖動壓力加大，機架合攏緩慢甚至不合攏，無法正常焊接

如需拖動較長的管材因重量問