PE管热熔焊接工艺Word文档下载推荐.docx

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3.5

370～500

16～20

19～25

45～60

50～70

4.0

500～700

20～25

25～35

60～80

Pa 

厂家提供的对焊压力Pa0拖动压力 

Pa1 

卷边压力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

Pa1=pao+Pa 

厂家提供的对焊压力 

pa1=a1*p0/a2 

a1：

管材截面积 

p0:

作用于管材上单位面积的力 

0.15N/MM2 

a2:

作用于液压缸活塞单位面积的力

Pa2=Pa0+1/10Pa 

厂家提供的对焊压力

Pf1=pf2=pao+Pa 

厂家提供的对焊压力溶融的分子在此压力下扩散缠绕结晶

● 

加热板温度 

指加热板表面温度，在测量温度时，要考虑环境温度的影响。

热板温度既要保证管材端面迅速熔融，又要保证焊制管件不因温度过高而发生降解。

卷边压力Pa1 

作用是对管材进行强制加热，去掉管材端面不平整的部分，使管材端面全部与加热板接触，均匀受热。

管材两边整个圆周都达到铭牌提供的参数高度 

卷边高度 

卷边高度用于衡量加热压力作用于管材截面的时间，即加压加热的程度。

约为熔融对接压力的1/10，它的作用主要是防止管材回弹，使管材紧贴在加热板上，提高加热效果，减少加热时间。

加热阶段的时间与焊制管件的横截面积、加热板温度、环境温度有关。

一般为管材壁厚*10 

熔融对接压力 

指垂直作用于两个对接面上的压力

　　四、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。

多根管道连接、阀门连接尤其重要。

由于阀门连接的特殊性，焊口与地面很难保证充分接触，一直处于不均匀受力状态，而且阀门较重，焊接压力较高，更需重视。

　由于目前环众手动焊机调压阀调节范围有限，最低调节压力0.6mpa,现分两种情况说明：

1：

连接单根管道、管件

此种情况下由于拖动压力很小，基本不受外力作用，拖动压力大概0.2mpa，施工中无需测量拖动压力

卷边压力Pa1=Pa 

厂家提供的对焊压力+0.2mpa

由于焊机设计问题，油缸不能保压，将很快下降到零，由于无外力作用，可在此状态一直吸热

熔融对接压力pf1=Pa 

厂家提供的对焊压力+0.2mpa 

冷却压力由于油缸不能保压，此时需通过外接压力表持续加压（最少两分钟），由于外力较小，余下时间靠机架本身压力，直到冷却

2：

连接多根根管道、阀门

拖动压力测试，按常规施工经验估算拖动压力（4根de200一般为0.6-0.8mpa），按动前进按钮的同时，调节调压阀到预定压力，当机架开始缓慢移动2-3cm时，此时压力极即为拖动压力。

调压阀压力不可过大，否则液压缸移动较快，压力值不准。

厂家提供的对焊压力+Pa0拖动压力，，按动前进按钮的同时，调节调压阀到卷边压力，管材两边整个圆周都达到铭牌提供的参数高度

按动前进按钮的同时，调节调压阀向下到Pa0+1/10Pa 

厂家提供的对焊压力，由于焊机设计问题，油缸不能保压，将很快下降到零，此时借助外接压力表，不断加压。

此条很重要

冷却压力按动前进按钮的同时，调节调压阀到Pa0+Pa 

厂家提供的对焊压力，由于油缸不能保压，此时需通过外接压力表持续加压，直到冷却。

PE热熔焊接技术的重要点

热熔对接的连接界面是平面，其方法是将两相同的连接界面用热板加热到粘流态后，移开热板，再给连接界面施加一定压力，并在此压力状态下冷却固化，形成牢固的连接。

其主要工艺过程为调整、加热、切换、合缝加压和冷却。

对接时界面上处于粘流态的材料有流动也有扩散，流动太大不利于扩散和缠结，所以要把流动限制一定范围，在有限的流动中实现“熔后焊接”。

因此，对接工艺的关键是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三参数，要把连接界面材料的性能、应力状况、几何形态以及环境条件等因素一起考虑，才能实现可靠的熔焊，要根据一般的规律和各自采用材料的 

特性进行试验，评价熔接质量，达到系统标准后，确定各品种规格的工艺规程，按规定的工艺参数方法和步骤进行焊制管件的生产和现场安装施工。

热熔对接的几个重要工艺参数 

指加热板表面温度，一般用表面温度计测量。

在测量温度时，要考虑环境温度的影响。

（设备已考虑的除外）热板温度既要保证管材端面迅速熔融，又要保证焊制管件不因温度过高而发生降解。

焊接压力 

加压加热压力与熔融对接压力相当。

加热阶段的时间与焊制管件的横截面积、加 

热板温度、环境温度有关。

指垂直作用于两个对接面上的压力。

其主要与熔融对接部分的面积、焊机油缸面积、焊制管件的材料有关：

一般按下式计算：

P 

对接焊压力=KS 

管截面积/S 

油缸活塞总有效面积 

式中 

K——与材料有关的压力系数。

S 

管截面积=л（dn-en）en 

单位为cm2 

dn——管材外径，单位为cm 

en——管材壁厚，单位为cm 

油缸活塞总有效面积——在该焊机的使用说明书上可查到。

计算出来的压力在实际操作过程中要进行适实调整，并要将机器自身移动所需的压力或塑料管材较长时牵引所需压力考虑进去。

熔融对接时间 

指保持熔融对接压力的时间，主要与管材的壁厚即熔融对接面积有关。

切换周期 

热板熔融对焊的主要过程为加热过程和焊制过程。

这两个过程以热板的切换从时间上分开。

切换时间过长，熔化的端面在相互接触之前将因冷却而形成一层“冷皮”，不利于分子链的扩散。

工艺步骤：

材料准备 

用于焊制管件的管材的圆度应高于标准值，下料时要留出10-20mm 

的切削余量。

用于管道连接时应将两待焊管材置于平坦的地面夹紧管材 

根据所焊制的管件更换基本夹具，选择合适的卡瓦，切削前必须将所焊管段夹紧。

切削 

切削所焊管段端面的杂质和氧化层，保证两对接端面平整、光洁。

对中 

两对焊管段的错边应越小越好，如果错边大，会导致应力集中，错边不应超过壁厚的10%。

加热 

保证有足够的熔融料，以备熔融对接时分子相互扩散。

切换 

从加热结束到熔融对接开始这段时间为切换周期，为保证熔融对接质量，切换周期越短越好。

熔融对接 

是焊接的关键，熔融对接过程应始终处于熔融压力之下进行。

冷却 

由于塑料材料导热性差，冷却速度相应缓慢。

焊缝材料的收缩、结构的形成过程在长时间内以缓慢的速度进行。

因此，焊缝的冷却必须在一定的压力下进行。

（end）

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PE管热熔焊接兼容性

热熔焊接的基础理论

热熔焊接是焊接部件表面与热板接触热熔后，变成粘滞的流体，将熔融的表面压在一起，聚合物分子在热及压力的作用下运动，相互穿插盘绕，产生范德华作用力，冷却后形成坚固的焊接面，分子之间没有产生化学连接键，焊接强度取决于焊接面之间的相互穿插盘绕程度。

如图1所示。

为了对热熔焊接有更深入的认识，我们首先了解以下理论：

1.1 

粘合理论

这个理论强调的是相互焊接的两种聚合物之间具有零或近乎零的表面接触能量的重要性。

两种完全相同的聚合物相焊接是最好的情况，如相同牌号的聚乙烯之间的焊接。

一些杂质和添加剂或不同牌号则可能会影响焊接质量，依据此理论，选择相同材料的管材进行焊接是最佳的选择。

1.2 

分子扩散缠绕理论

两种相容的高分子材料，加热到一定温度，使大分子得到能量和空间。

由于分子的热运动，并在得到的外力作用下，强制的彼此流动进行迁移、扩散，相互缠绕，随着温度的下降开始结晶，得到一定的结晶度则达到理想的焊接目的。

因此两种材料的相容性越好，则扩散越充分，连接性越好。

1.3 

流动过程理论

该理论强调了焊接压力的重要性，指出焊接强度随焊接压力的升高而提高，直到焊接强度达到一个曲线的平稳段，几乎不再受压力的影响。

根据以上理论，可以解释为什么要选择相同或相近的材料进行热熔焊接。

由于焊接的机理不同，热熔焊接对管材的要求相对电熔连接更为严格!

CJJ33-1995中4.1.4亦要求“聚乙烯燃气管道连接宜采用同种牌号、材质的管材和管件。

对性能相似的不同牌号、材质的管材和管材与管件之间的连接，应经过试验，判定连接质量能得到保证后。

方可进行。

”

2 

不同聚乙烯材料的焊接兼容性理论分析

影响两种聚乙烯材料焊接兼容性的主要因素是聚合物的分子量分布和分子结构的不同，作为一种表现形式就是熔体流动速率的不同。

熔体质量流动速率（MFR）是表征材料在熔融状态时的粘度大小的物理量，是分子平均尺寸和流动性的量度。

定义是在190℃和5kg荷载下，按质量计算的聚乙烯流动速率，它是制定焊接工艺的重要依据。

以下透过焊接温度及焊接压力，从熔体流动速率的层面对焊接兼容性进行分析。

2.1 

焊接温度

根据分子扩散缠绕理论，两种聚乙烯材料热熔焊接时需要具备一定的焊接温度。

焊接温度是材料的熔融粘流转化温度，此时，聚乙烯产生熔融流动。

大分子相互扩散和缠绕，继而结晶连接，因此聚乙烯热熔焊接温度对焊接兼容性有重要影响。

而熔体流动速率是焊接工艺中焊接温度设定的重要参考因素。

根据PPI（美国塑料管协会plasticspipeinstitute1编制的TN-13/2001《generalguidelinesforbutt,saddle，andsocketfusionofunlikepolyethylenepipesandfittings》，我们可以知道，不同熔体流动速率的材料，设定的焊接温度不同。

聚乙烯熔体流动速率在1～4级时，焊接温度一般采用171℃～232℃；

熔体流动速率为5级及4级中的一部分材料，焊接温度可以采用232℃～260℃。

熔体流动速率依据ASTMD3350的分级情况如表1。

表1 

聚乙烯管材、关键材料熔体流动速率分级

参数

测试方法

1

2

3

4

熔体流动速率（g/10min）

ASTMD1238

＞1.0

A

1.0～0.4

＜0.4～0.15

＜0.15

≤4.0

B

A：

190℃，2.16kg 

B：

190℃，21.6kg

此外。

对于不同材料各项材料耐温指标也不尽相同，例如维卡软化点、熔融温度、热变形温度等。

因此当两种熔体流动速率不同的材料焊接时，由于焊接温度要求不同，则要么一方加热温度相对过低，加热不充分而导致材料软化不够，分子扩散和缠结受到影响，焊接兼容性差；

要么一方加热温度过高，卷边尺寸增大，聚合物产生热氧化破坏，会导致原料产生降解使得接头强度降低。

2.2 

焊接压力

依据流动过程理论，焊接时熔合部位的熔体应建立一定的压力，而这要求熔体有一定的粘度，防止熔体从熔合部位过渡挤出，形成冷焊。

而一定温度下的熔体粘度可以通过熔体流动速率来反映。

对于不同熔体流动速率的材料，在同一压力下，对于熔体流动速率高的材料，则压力相对过低，则焊接连接量过少，熔合面的部分熔膜不能挤出，很难形成尺寸合理的翻边，不利于加热过程中焊接面与热板接触时产生的污染及受空气中氧气、灰尘影响的熔膜层的排出，导致焊接质量不过关：

压力相对过大则会使熔料挤出。

造成塑料熔体流向焊端的边缘形成焊瘤刺，使熔化层的深度减少，无法形成合理的熔膜厚度，而且会使熔合区域材料的结晶度提高，使焊缝部位抗冲击性下降；

在熔膜层过多被挤出的同时，在翻边的根部加剧形成与管壁垂直的分子定向，产生应力集中的力学薄弱点，容易发生破坏，这也被实际经常发生的破坏类型所证实，严重影响焊接质量。

要形成良好的焊接，前提必须是适当的卷边高度及其对称性，据此，良好的焊接理论准则就可以表述为焊区内适当的粘度及其分布的对称性，但是不同熔体流动速率的材料其焊区温度和粘度分布不同（见图2），为达致此目的，可以通过改变两者的温度分布即加热历史，力求使两者的粘度适当并分布一致，从而获得良好的焊接质量。

TN-13/2001认为，在相同的热驱动下，不同熔体流动速率的两种材料焊接，要先加热熔融指数高的材料，才会同时达到近乎一致的熔融深度。

为了达到不同MFR材料良好的焊接目的，往往对两种被焊材料的加工工艺要求是不同的。

熔体流动速率较高的材料可设定较高的温度，而熔体流动速率较低的材料可以通过延长保温时间来获得合适的熔膜厚度，但是这操作起来比较困难，难于保证焊接质量，故此不予以提倡。

但是当两种材料的熔体流动速率在一定范围内时，试验证明可以达到良好的焊接效果。

ISO/TR11647中指出。

熔体流动速率O.3g/10min～1.3g/lOmin（190c，5kg）曲的聚乙烯管材之间进行焊接会取得令人满意的效果。

DVS2207认为：

MFR（190℃，5KG）=（O.3～1.7）g/lOmin的聚乙烯都是可焊的。

GBl5555.1-2003中的要求是原材料熔体质量流动速率应在0.2～1.4g/10min，之间，且最大偏差不应超过混配料标称值的+20％。

TSGD2001-2005《燃气用聚乙烯管道焊接技术安全规程》认为：

材料的熔体质量流动速率（MFR）差别值不小于0.5g/lOmin（190℃，5kg），根据以上规范要求，我们建议在实际操作中，依据规范在O.3g/10min～1.3g/10min（190℃，5kg）范围内，且MFR差别值不小于0.5g/10min（190℃，5kg），并且通常希望相互焊接的聚乙烯管材的MFR位于同一分组内：

0.3g/10min-0.4g/10min（190℃，5kg）

0.4g/10min-0.65g/lOmin（190℃，5kg）

0.65g/lOmin-1.15g/10min（190℃，5kg）

1.15g/10mi-1.7g/10min（190℃，5kg）

据此，我们对中密度PE80与PEl00的焊接兼容性加以判定：

目前，国内较常用的燃气PE80和PEl00管材/管件的原料全部都是进口燃气管道专用混配料：

如北欧化工、阿托菲纳、BP苏威、BP（马来西亚）。

上述PE80原料（除北欧化工HE3470-LS外）全都是中密度PE80管道专用料，熔体流动速率MFR约为0.8g/10min-0.95g/10min（190℃，5kg），密度约为945kg/m3。

上述的PEl00原料全都是高密度管道专用料，熔体流动率约0.3g/10min-0.45g/10min（190℃，5kg），密度大于950kg/m3。

中密度PE80与PEl00、高密度PE80的熔体流动速率大于0.5g/lOmin（190℃，5kg），且不在同一分组内，故理论上两者焊接存在兼容问题。

事实上，一些国家如法国和英国，并不容许PE80与PEl00管材使用热熔对接相连接，此外，由于PEl00本身熔体质量流动速率较低，对熔困难，欧洲主要燃气公司如英国Transco要求热熔对接必须使用全自动热熔焊机。

以保证焊接质量。

3 

不同种类聚乙烯的焊接试验研究

早在90年代初期，就有机构做了焊接兼容性试验，选择材料为：

（1） 

齐鲁石化公司的HDPEDGDB2480黑色管道，尺寸为￠1lOmm×

lOmm，熔融指数（190℃,5kg）0.56g/10min；

（2） 

扬子石化公司的HDPE 

6100M，黑色管道，尺寸￠130mm×

13mm，熔融指数（190℃，5kg）0.31g/10min；

（3） 

比利时的MDPE3802Y黄色管道，尺寸￠110mm×

10mm，熔融指数（190℃，5kg）1.04g/lOmin；

试验选择的焊接工艺参数及参照条件为DVS条件—德国焊接学会推荐的聚乙烯管道焊接条件。

测试结果表明，在DVS条件所推荐的210℃±

10℃的焊接温度范围内，管材均取得了大于母材的短时焊接强度。

母材的强度较高，焊接接头的强度亦比较高，此外，HDPEDGDB2480与MDPE3802Y互焊性能也较好，在测试误差的范围内，互焊的焊接强度与焊接双方母体强度较低的一方，即中密度聚乙烯一方基本相当。

互焊接头的焊接强度相当于MDPE的母体强度而小于HDPE母体的强度焊接强度大于母材的原因是焊缝区域里的材料聚态结构发生了变化，焊缝区的熔融吸收热量明显高于母体的熔融吸收热量，特别是在焊缝对称截面的附件，材料熔融吸收热量曲线出现最大值。

硬度和强度也最高（见图3）。

这与焊缝附近熔融材料因焊接压力而导致的二维流动有关，二维流动使得材料原有的晶核基础上诱导而产生更多晶核，从而使这个区域内的晶核增高，而在焊缝对称截面上又形成一个较低值，这是由于撤出热板时（切换周期），材料加热表面突然成为开放面，与空气的热交流和热交换，使这两个表面的温度可下降大约15℃～20℃，从而降低了这个截面上的结晶度。

另外焊接试件在液氮深冷脆断后经扫描，不但能看出明显的脆断断口的特征，还能看出由于热板焊接时焊接端面上熔融材料二维流动造成的流向，揭示了焊缝区材料结构上的不均匀性。

由于焊接的聚乙烯管道长时间使用，破坏大多数为脆性破裂，所以焊缝区域材料结构的变化以及短时拉伸强度的增加会给接头的长时间使用性能带来什么影响还有待于进一步试验，目前为安全起见，应尽量避免不同熔体流动速率的材料相焊接的情形。

4 

结论

（1）应尽量避免不同熔体流动速率的材料相焊接的情形。

若元法避免，则建议在实际操作中，依据规范要求熔体流动速率应在0.3～1.3g/10min（190℃，5kg）范围内，且MFR差别值不大于0.5g/10min（190℃，5000g），并且相互焊接的聚乙烯管材的MFR最好位于同一分组内。

（3）目前市场上的中密度PE80与PEl00管材存在焊接兼容问题，需引起重视，需加强材料的入库验收管理，应在PE材料的质保书中增加原料牌号和水含量检测报告，以便今后管网营运中做好质量跟踪，提高已使用工程材料追溯的准确性。

PE管焊接质量保障体系

摘要：

根据施工经验，提出了保证PE管焊接质量保障体系，重点论述了优化施工工艺及制定焊接过程控制。

关键词：

热熔焊接；

作业指导书；

工艺卡

0 

前言

　　PE管由于具有寿命长、耐腐蚀、重量轻、可弯曲等诸多优势，近年来在燃气行业大面积推广使用。

焊接的质量是PE管施工质量中最关键的一环，但现时仍缺少一种有效的的方法对焊焊接口质量进行检测，影响PE焊接的因素有：

材料质量、人员素质、焊接设备、施工工艺、焊接过程的控制等。

1 

工程材料

　　工程材料应抓好进场验收、搬运、储存三个环节。

1．1进场验收

　　每批管材、管件进场后按照《燃气用埋地聚乙烯管材》GB15558．1—2003和《燃气用埋地聚乙烯管件》GB15558．1—95进行规格尺寸和外观检验，并检查随货的质保资料是否齐全及对应，材料是否过期，是否有第三方权威机构检测报告证明等。

对不合格的材料拒绝进场。

1．2搬运

　　管道必须用非金属绳吊装，小心轻放，避免划伤，不得抛摔和沿地拖拽；

注意做好管材两端的封堵，避免杂物进入。

1．3储存

　　不得曝晒雨淋、接触与化学晶，存放在通风良好、温度不超过40℃的仓库内，在室外临时堆放时必须有遮盖物且管材底部要用木块垫起离地不小于20cm，使用前不得撕掉出厂的包装保护层。

焊接设备

　　电熔焊机应具有良好的电压调节能力、准确控制熔接加热时间：

热熔焊机加热板、压力系统等性能指标满足工艺要求。

为减少人为因素的影响，应使用全自动焊机。

焊接人员培训

　　通过培训、实操考核焊工的操作水平，焊工要掌握管材、管件的质量规范要求，熟练掌握焊接规程和焊接参数，经工程项目三方（施工、监理、业主单位）考核合格后才能正式进场焊接。

优化施工工艺

　　焊机必须进行与之对应管材的焊接试验以确定对应一组