热熔对接知识培训 1分析.docx

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热熔对接知识培训1分析

热熔对接知识培训1、

聚烯烃塑料管材与管路元件一般可以采用以下三种连接形式：

1）对接热熔连接

2）承插热熔连接

3）电熔连接

热熔对接，是将热塑性管材、管件末端，利用加热板加热热熔后相互对接融合，经冷却固定而连接在一起的方法。

一般认为热熔对接适用于DN90mm以上口径管材或壁厚6mm以上的管材的连接。

热熔对接自二十世纪六十年代就开始用于塑料管材、管件的连接，并大幅度的降低施工费用。

整个过程关键点有三个阶段,即加热阶段、切换阶段、对接阶段

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

热熔对接对设备的要求

1）机架应坚固稳定，并能保证加热板和铣削工具切换方便及管材或管件方便的移动和校正对中；

（2）夹具应能固定管材或管件，并能使管材或管件快速定位或移开；

（3）铣刀应为双面铣削刀具，应能将待连接的管材或管件端面铣削成垂直于管材中轴线的清洁、平整、平行的匹配面；

（4）加热板表面结构应完整，盘面应均匀涂满PTFE等高耐温防粘层，并保持洁净，温度分布应均匀，允许偏差为设定温度的±5℃；

（5）压力系统的压力显示分度值不应大于0.1MPa；

（6）焊接设备使用的电源的电压波动范围应不大于额定电压的±15%；

（7）应能在环境温度：

-10～40℃

焊接工艺步骤  

材料准备工作：

不同级别、熔体质量流动速率差值不小于0.5g/10min（190℃，5kg）的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附属设备，以及焊接端部标准尺寸比（SDR）不同的聚乙烯燃气管道连接时，必须采用电熔连接；

检查焊接机状况是否满足工作要求。

根据管材或管件规格，选用相应的夹具，连接件的连接端伸出夹具自由长度不应小于公称直径的10%

夹紧管材：

用干净的布清除两管端部的污物。

将管材置于机架卡瓦内，根据所焊制的管材、管件更换基本卡瓦，使对接两端伸出长度大致相等（在满足铣削和加热要求的情况下尽可能的缩短，通常为25～30mm）。

管材在机架以外的部分用支撑架托起，使管材轴线与机架中心线处于同一高度，然后卡瓦固定

切削：

置入铣刀，然后合拢两管材焊接端，并加以适当的压力，直到两端面均有连续的切削出现，撤掉压力，略等片刻，再推出活动架。

切削厚度0.5---1.0mm，确保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，通过调节铣刀片的高度可调节切削厚度。

对中：

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%，管材两端的错位量不应超过管壁厚的10%或1mm中较大值，通过调整管材直线度和松紧卡瓦可在一定程度上进行矫正；合拢时管材两端面间没有明显缝隙，缝隙宽度最大不能超过：

0.3mm（dn＜225mm）、0.5mm（225mm＜dn≤400mm）或1.0mm（dn＞400mm）。

如不满足上述要求，应再次铣削，直到满足上述要求。

加热：

加热板温度达到设定值后，放入机架，施加压力，直到两边最小卷边达到规定宽度时压力减小到规定值。

将压力减小到规定值，继续加热至规定时间，进行吸热。

保证有足够熔融料，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。

时间达到后，退开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两端，为保证熔融对接质量，其时间应尽可能短，不能超过规定值。

时间过长会导致熔化的端面在相互接触之前因冷却而形成一层“冷皮”，不利于分子链的扩散。

对接冷却：

将压力上升到规定值，保压冷却。

冷却到规定值的时间后，卸压，松开卡瓦，取出连接完成的管材。

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。

壁厚度

mm

加热时的卷边高度

（压力P＝0.15N/mm2）

mm

吸热时间

（吸热压力P≈0.02N/mm2）

S（秒）

切换时间

取出热板对接

S（秒）

冷却时间

（压力P＝0.15N/mm2）

保压状态下

min（分）

<4.5

0.5

45

<5

6

4.5…7.0

1.0

45…70

<5…6

6…10

7.0…12.0

1.5

70…120

<6…8

10…16

12.0…19.0

2.0

120…190

<8…10

17…24

19.0…26.0

2.5

190…260

<10…12

24…32

26.0…37.0

3.0

260…370

<12…16

32…45

37.0…50.0

3.5

370…500

<16…20

45…60

50.0…70.0

4.0

500…700

<20…25

60…80

整个焊接工艺的主要过程为调整、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，才能实现可靠的焊接。

焊接温度

加热工具温度应在材料的熔融温度或材料粘流态转化温度之上。

因为只有在这种情况下，塑料产生熔融流动，塑料大分子才能相互扩散和缠绕。

一般来说，随着工具温度的提高，接头的强度开始提高继而达到最大。

实验证明，HDPE在低于180℃时，即使在融化时间相当长的情况下，也不可能取得质量好的接头。

温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状变劣，温度高时，会出现日下情况：

a、卷边的尺寸增大

b、聚合物熔体对工具的粘附

C、聚合物的热氧化破坏：

热氧化破坏析出挥发性产物，如一氧化碳、不饱和烃等。

由于材料结构内发生变化和出现杂质的结果，使焊接接头的强度降低。

考虑到上述情况以及PTFE抗粘层热稳定性，焊接聚烯烃最好采用190～230℃。

加热过程参数

1）加热时间

加热时间时焊接过程中一重要参数。

它与加热工具一起，共同决定着焊件内的温度分布及产生工艺缺陷的可能性、形状和结构。

管端熔化的最佳时间是随着焊接尺寸的增大而增大，一方面由于加热面积增大，更重要的是对流和辐射传播的能量会随着管壁厚的增加而减小。

实验证明，管材壁厚原较其外径对加热时间更具有实质性的影响。

2）加热压力的影响

加热时的压力，应能迅速地平整管材端面上的不平度并有效地促进塑化，但压力也不能太大。

塑料熔体在加热和压紧时压力的作用下，会流向焊端的边缘而形成焊瘤刺，并改变了总的温度分布，严重影响焊接质量。

因此要控制好加热压力的大小，并采取阶段施压的方法，即在加热阶段初期采用较高压力，而在随后的吸热阶段环用较小的压力。

熔接过程参数

熔接过程中施加压力的作用，是排除气孔和气体夹杂物并尽量增加实现相互扩散的面积，消除两连接面之间受热氧化破坏的材料，并能补偿塑料材料的收缩。

没有压力时，收缩会导致收缩孔的出现，增大结构的缺陷和剩余应力。

表面的接触应在压力下保持一段时间，以使量平面牢固结合

冷却过程的参数

由于塑料材料导热性差，并且冷却的速度相应地缓慢，以及焊缝的收缩，结构的形成过程在长时间内以缓慢的速度进行。

因而，焊缝的冷却必须在保持压力下进行。

冷却时间过短，造成较大的内应力，引起焊口脆化。

热熔对接连接接头质量检验

一、外观检查

1）连接完成后，应对接头进行100%的翻边对称性、接头对正性检验和不少于10%翻边切除检验

2）翻边对称性检验。

接头应具有沿管材整个圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度（A）不应低于管材表面；

3）接头对正性检验。

焊缝两侧紧邻翻边的外圆周的任何一处错边量（V）不应超过管材壁厚的10%；

热熔接头可能存在缺陷

（1）焊件熔接前准备和配合缺陷：

端面加工不良，连接便面不清洁，轴向偏差过大等。

（2）焊口形状的缺陷：

主要是指接口卷边的尺寸和结构上存在的偏差。

（3）微观缺陷：

气孔（塑料的热氧化破坏），未焊透（焊接温度和压力不够），缩孔（接口的人工强制冷却和寒冷环境下焊接）外来杂质等。

（4）显微结构缺陷：

主要是指塑料受到强烈的热氧化破坏，造成管材材质变劣。

几种典型的缺陷接口

电熔焊机简介

1.定义：

电熔焊机是一种用于电熔焊接的专用工具，主要为焊接提供稳定的焊接电压或焊接电流，并对焊接过程进行检测与控制，使焊接效果达到最佳状态。

2.分类：

电熔焊机可按用途分类与按操作自动化程度分类

按用途分类

管件电熔焊机：

主要用于PE、PP电熔管件的电热熔焊接，是一种可调电压源，其输出电压和焊接时间可在大范围内连续调节，以满足不同电熔管件的焊接要求。

按操作自动化程度分类

•手动电熔焊机，焊接参数需要人工输入，无自动识别生成与自动补偿功能。

•半自动电熔焊机，带光笔扫描输入功能，且具备“温度-时间”自动补偿功能。

•全自动电熔焊机，全自动电熔焊机需具备以下功能。

A.能自动识别管件参数，能采集管件真实电阻值。

B.自动计算焊接热功总量，计算焊接所需的热量。

按操作自动化程度分类

C.自动生成焊接参数，根据采集的参数自动生成焊接参数。

D.自动补偿管件参数，对型号相同而电阻值不同的管件，能自动调整焊接参数，使焊接效果相同。

现在有许多厂家把带光笔扫描输入的电熔焊机称为全自动电熔焊机，其实这是错误的，只有具备了以上四个功能才能称之为全自动电熔焊机。

电熔焊机的选择

电熔焊机的选择主要考虑以下几点

•运输方便，由于电熔焊机使用过程中需要来回移动，优先选择重量轻的电熔焊机。

•操作简单，由于操作过程复杂的电熔焊机对操作人员的要求较高，优先选择操作简单的全自动电熔焊机。

•技术指标及功能，如果一台电熔焊机自动化程度较低，很多指标都要人工干预，那么焊接质量是难以保证的，因此应当选择功能强、技术指标项目丰富、精度高、自动化程度高的电熔焊机。

电熔连接过程

简介

1.定义：

电熔连接是指将预埋电阻丝的电熔管件套在管材或管路元件上，通以电流，电阻丝发热使管材与管件上的连接部位熔融，在熔融压力的作用下使连接界面两侧的树脂分子链重新绕结，冷却后达到连接目的的过程。

2.适用范围：

电熔连接对聚乙烯管材、聚丙烯管材具有普遍的适应性。

3.焊接设备：

电熔连接是在电熔焊机的支持下完成的

4.电熔连接的优点

•适用范围广

•适用于不同牌号、材质规格的管材与管材，管件与管材连接；

•不易受环境和人为因素影响；

•连接操作简单易掌握；

•保持管道内壁光滑，不影响流通量；

•焊口可靠性高；

5.电熔连接的分类

电熔连接包括电熔承插连接与电熔鞍型连接

电熔承插连接步骤

1.管材管件的预处理

•切割管材并铣平管材端面，标记管材插入管件的深度；

•刮削管端口

管材的端口应用刮刀去掉表面的氧化层（刮削厚度一般为0.2mm），刮削完毕后表面不可再被污染。

•擦拭管件

应用洁净的棉织物或专用拭纸擦拭管件的熔接区域。

2.装夹管件

应尽可能使用专用的夹具固定要连接的组件，管材的不圆度不应超过管材外径的1.5%,否则应在相应的夹具上进行校正。

管材与管件应有适合的间隙，一般以用微力插入为宜，（大口径管件需用木锤敲入），间隙过大或过小都会影响接口的质量。

3.熔接

按照电熔焊机的操作要求连接导线，并向焊机输入必要的参数（当管件具有条形码时，可按自动识别系统的要求操作），起动焊机，熔接将自动完成。

4.冷却

待熔接区达到冷却时间后方可移开焊机的插头并拆除夹具。

电熔鞍型连接步骤

1.管材管件的预处理

清理管材管件表面上的污物，在管材上划出焊接区域将划线区域内的焊接面刮削约0.2mm，以去除氧化层。

2.装夹管件

使用配套的紧固夹具，将管材与管件紧固在一起，且应确保管材与管件之间没有缝隙。

3.熔接与冷却过程与电熔承插管件相同。

电熔连接要点

1.管件应存放阴凉处,避免暴晒和雨淋;

2.安装时电熔管件内壁及管材熔接区严禁有污染物;

3.使用管件时,管材面应垂直管材轴线;

4.必须刮除管材或管件所需焊接区域外表面的氧化层0.1mm-0.2mm;

5.焊接装配前方可拆除包装,避免污染，以免影响焊接;

6.电熔管件焊接时应使用夹具焊接,特别是规格在110以上口径的管道施工,建议使用专用夹具（由于熔接压力以及管道带有牵引力）;

7.必须在管材表面做出应插入深度的记号,避免插不到位而出现焊接冒烟、喷料及短路现象；

8.焊接参数以管件上字样为准（如FUSE___SEC为焊接时间,单位秒;COOL___MIN为冷却时间,单位分）.输入电压39.5V,电压波动+0.5V。

9.气温较低时，焊接电熔管件必须做好保温工作。

10.昼夜温差较大的环境下工作，必须采用扶正器及其他工具固定电熔管件两边的管材，以免受热胀冷缩影响焊接质量。

11.管材填埋必须在冻土层以下，管沟在安装及焊接时不能有水浸泡管道。

13.焊接管件时必须远离焊接管件，直至完成焊接冷却30S后方可靠近。

14.在焊接时间及冷却时间内,不能移动管件或对管件施加外力;

15.钢塑转换接头，施工时应注意塑料和钢塑连接处受热，受热会影响塑料膨胀变形，造成漏气（以上是指钢管部分电焊机连接）。

解决方法：

用冷水，湿布冷却，以防传热。

16.电熔鞍型焊接时应确保管件与管材之间没有缝隙且用相应的夹具将其紧固。

影响电熔连接质量的因素

•焊接设备对连接质量的影响

电熔连接时，电阻发热消耗的功率只与焊机提供的电压有关，焊机提供的电压值必须有一个限制范围，超出上限，电热丝表面的热负荷过大会使其周围的树脂过热分解。

低于下限，电热丝将无法充分地发热，熔接界面的树脂无法充分地绕结。

都会导致焊接不良。

实际施工现场，供电电源的电压波动往往很大，易对焊接质量造成影响。

•熔接时间对连接质量的影响

熔接时间必须控制在一个合理的区间内。

当加热时间过短时，接口界面的分子链无法充分绕结，机械强度和气密性都无法达到可靠连接的目的。

当加热时间过长时，可能会造成大量的熔融树脂溢出观察孔，同样也会造成树脂分解产生烟雾。

使接口质量下降。

•环境温度对熔接质量的影响

如果熔接过程的环境温度不同，则意味着管件在熔接加热过程的热传导条件发生了变化，会引起熔接时所需总能量的变化，同样表现在熔接时间发生变化。

因此当环境温度过低时应适量的补偿焊接时间。

•不良操作对焊接质量的影响

所谓不良操作，一般指两方面的内容。

一是指熔接时装卡、定位管材与管件及在管材的刮削、擦拭管件时不符合规范要求；

二是指对焊机输入熔接参数时发生了错误，这些都会对接口质量造成不良影响或使熔接失败。

采用条形码或磁卡的输入方式可有效地避免输入参数时造成的误操作。

电熔连接效果的检验

电熔连接效果的检验是十分重要的，尤其当管材和管件来自不同的供应商时，因为目前管材材料品质的差别实在太大。

电熔焊接的检验与试验可分为非破坏性检验和破坏性检验

非破坏性检验，主要手段为目测和外观检查，用于施工现场的质量控制和操作人员的自检。

检查内容：

1电熔管件应当完整无损，无变形及变色；

2从观察孔应当能看到有少量熔料顶出，但是顶出物不得呈流淌状，焊接表面不得有熔融物溢出；

3电熔管件承插口应当与焊接的管材保持同轴；

4检查管材整个圆周的刮削痕迹；

5鞍形管件和管材装配时不得有明显间隙；

PE燃气管道产品性能与应用

一、国内聚乙烯燃气管道的开发应用

•1982年由上海煤气公司首先开始了聚乙烯燃气管道的试验工作；

•1987年，国家科委将“HDPE燃气管道专用料研制和加工应用技术开发”列为国家“七五”重点科技攻关项目；

•1995年颁发了GB15558.1-1995《燃气用埋地聚乙烯管材》及GB15558.2-1995《燃气用埋地聚乙烯管件》标准；

•1995年，建设部颁布CJJ63-1995《聚乙烯燃气管道工程技术规程》。

2004年6月，GB15558.1-2003《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：

管材》新标准正式颁布实施。

•2005年12月，GB15558.2-2005《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第2部分：

管件》新标准正式颁布实施。

•2008年12月，GB15558.3-2008《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第3部分：

阀门》标准颁布，2010年1月1日起正式实施。

•建设部CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》2008年8月正式实施。

二、聚乙烯燃气管道的特点

连接可靠、不泄漏

•耐腐蚀

•低温抗冲击性能好

•使用寿命长----50年以上

•摩擦阻力小、压力损失低

•高韧性、可挠性好

•良好的抵抗刮痕能力、抗应力开裂性好

•良好的快速裂纹传递抵抗能力

•重量轻，搬运方便

•安装成本低、综合造价低、维护使用成本低

•施工方便，可采用多种全新的施工方式

选择燃气管道材料主要考虑的因素

工作压力

★管材、管件的成本

★安装是否方便、安装成本

★对施工人员的技能要求

★连接设备及辅助设备的投资

★维修是否方便、维修成本

★使用地区的自然条件

★对管材柔韧性的要求

★单根管材长度

★能够使用的各种管径及适合的管件

★期望的使用寿命

★管道对耐化学性、耐腐蚀性的要求

★健康、安全和环保要求

三、聚乙烯燃气管道系统的设计

按照材料的长期静液压强度划将聚乙烯管材分为PE80和PE100等级

材料命名

最低要求的静液压强度MRS

（50年，20℃），MPa

PE100级

PE80级

10.0

8.0

三、聚乙烯燃气管道系统的设计

聚乙烯燃气管道强度计算公式：

2[MRS]

P=—————

C（SDR-1）

式中：

P——公称压力（MPa）

MRS——管材的静液压强度（MPa）

SDR——标准尺寸比

C——设计系数，保证管道满负载运行时还有一定的安全度，燃气管C≥2

PE燃气管材材料的最大工作压力（MOP）

PE80

标准尺寸比

SDR17.6

SDR11

最大工作压力，MPa

0.5

0.8

PE100

标准尺寸比

SDR17.6

SDR11

最大工作压力，MPa

0.6

1.0

聚乙烯管道的最大允许工作压力（MPa

燃气种类

最大允许工作压力

PE80

PE100

SDR11

SDR17.6

SDR11

SDR17.6

天然气

0.50

0.30

0.70

0.40

液化石油气

混空气

0.40

0.20

0.50

0.30

气态

0.20

0.10

0.30

0.10

人工煤气

干气

0.40

0.20

0.50

0.30

其他

0.20

0.10

0.30

0.20

PE100级聚乙烯管材的优越性能

1.更强的耐压能力；

2.更薄的管壁；

3.更高的安全性；

4.持久的强度，使用寿命可达100年以上；

5.更高的硬度、耐磨性和耐划痕性能；

6.扩展了管材口径范围；

7.优异的耐慢速裂纹增长能力；

8.耐快速开裂（RCP）能力显著提高。

PE100与PE80的使用对比

操作压力

PE80

PE100

节约

材料

横截面

增大

输送能

力增强

燃气：

≤0.4MPa

SDR11

SDR17.6

35%

17%

24%

四、PE燃气管道产品种类规格型号

GB15558《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统》为系列标准，共分为三个部分：

第1部分：

管材

第2部分：

管件

第3部分：

阀门

（一）聚乙烯燃气管材

材料等级：

PE80、PE100

尺寸规格：

dn16-630mm；

管材系列：

SDR11、SDR17.6

管材颜色：

黄色或黑色加黄色条带

管材长度：

直管通常6m、9m、12m

盘管：

100m-500m

二）聚乙烯燃气管件

管件按种类分为：

•电熔管件：

套筒、变径、弯头、端帽、等径三通、异径三通、鞍型直通、鞍型旁通；

•热熔对接管件：

等径三通、异径三通、变径、弯头、法兰、端帽

•机械式连接管件：

法兰、钢塑转换接头

（三）聚乙烯燃气管道配套产品

•示踪线•警示带•凝水缸•PE球阀PE球阀

材料等级——PE80、PE100

•类型——标准、单放散、双放散

•结构——通径、缩径

•工作温度——-20℃—40℃

•使用寿命——50年

•最大工作压力——1.0MPa

PE球阀的特点

整体式结构，无泄露

•无需防腐、免维护

•施工方便、无需建造阀门井，可直埋

•体积小、重量轻、搬运方便

•开启关闭力矩小，便于操作

•工程造价低，具有独特经济性

•寿命长，不低于50年

四、聚乙烯管道的连接技术

电熔连接：

电熔承插连接和电熔鞍形连接

•热熔连接：

热熔对接

•机械式连接：

法兰连接、钢塑转换接头连接

电熔连接与热熔对接的对比

电熔连接

1.需要有专用的电熔焊机及电熔管件。

2.适用于所有规格尺寸的管材,但通常用于中小口径。

3.可用于不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。

4.不易受环境、人为因素影响。

5.设备投资低，维修费用低。

6.连接操作简单易掌握。

热熔对接

1.需要有专用的热熔焊机。

2.一般适用于公称直径大于90mm的管材。

3.适用于同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。

性能相似，不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接，需试验验证。

4.易受环境、人为因素影响。

5.设备投资高。

6.连接费用低。

7.操作人员需进行专门培训，具有一定的经验。

管道连接注意事项

1管道连接前应对管材、管件进行外观检查，管材表面划伤深度不应超过管材壁厚的10%。

2聚乙烯管材、管件不得采用螺纹连接和粘接。

连接时，严禁使用明火加热。

3不同连接形式应采用对应的专用连接机具；

4公称直径小于90mm的聚乙烯管道宜采用电熔连接。

5不同级别、熔体质量流动速率差值不小于0.5g/10min（190℃，5kg）的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附件，以及焊接端部标准尺寸比（SDR）不同的聚乙烯燃气管道连接时，必须采用电熔连接；

管道连接注意事项

6聚乙烯管道与金属管道或金属附件连接，应采用法兰连接或钢塑转换接头连接，采用法兰连接宜设置检查井；

7管道连接施焊温度应在环境温度为-5-45℃范围内进行，在环境温度低于-5℃或风力大于5级的条件下进行热熔和电熔连接操作时，应采取防风、保温措施，并应调整连接工艺；在炎热夏天进行热熔和电熔连接操作时，应采取遮挡措施；

8管材、管件存放处与施工现场温差较大时，连接前应将管材、管件在施工现场放置一定时间，使其温度接近施工现场温度。

9管道连接时，每次收工，管口应采取临时封堵措施。

六、聚乙烯管道施工安装时应注意的问题保证设计的埋深

1埋设在