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PE管电熔焊接
一、聚乙烯(PE)管道电熔焊接原理
聚乙烯管电熔焊接的原理是用电熔焊机给镶嵌在电熔管件内壁的电
阻丝通电加热,其加热的能量使管件和管材的连接界面熔融。
在管件
两端的间隙封闭后,界面熔融区的熔融物在高温和压力作用下,其分
子链段相互扩散,当界面上互相扩散的深度达到了链缠结所必须的尺
寸,自然冷却后界面就可以得到必要的焊接强度 ,形成管连可靠的焊
接连接。
根据电熔焊接原理和国内外的实践经验已经证实,能否形成管道可靠
的焊接连接,主要由电熔管件的设计、电阻的温度 -电阻特性、电熔
焊机提供的电源电压的稳定性、管件和管材的材料性质、管件和管材
连接界面的预处理状况、管件和管材连接界面间的缝隙宽度和均匀
性、管件和管材的对中和夹持稳定状况、焊接工艺参数 (如电压、电
流、时间等)、焊接时环境温度、操作人员的水平等因素决定。
因此,
根据电熔焊接原理和影响焊接质责因素的实践经验而编制的产品标
准、工艺参数、操作规范、质量检验试验方法等,是我国在当前发展
阶段,生产、应用和管理各方的共识和准则。
二、电熔管件
在聚乙烯管道系统的构成中,电熔管件是必不可少的组成部分,选用
的电熔管件必须符合相应的产品标。
,燃气管道系统所用的电熔管件、
必须符合燃气用聚乙烯管件标准:
GB 15558.2-2005 规定的要求;给
水用聚乙烯电熔管件 , 必须符合给水用聚乙烯管件标准:
GB/T13663.2-2005 规定的要求。
1)、电熔管件厂家所用的聚乙烯混配料,必须符合其产品标准对 PE
原料的要求。
PE 混配料性能的优劣对电熔管件的长期性能具有决定性的影响,因
此,选好专用料,是保证聚乙烯电熔管件质量的基础。
如果电熔管件
厂家所用的材料,不符合产品标准对原材料的要求,在目前水平下,
无论其设备如何优良,工艺如何先进,都不可能制造出合格的产品。
燃气用电熔管件所用混配料在 GB15558.2-2005 标准中规定十分具
体而明确,其基本性能见表 1。
表 1、燃气用 PE 电熔管件所用混配料的基本性能
性能 单位 要求
密度 Kg/m³ ≥930(基础数值)
熔体质量流动速率 MFR g/10min 0.2~1.4,且最大偏差不应超过混
配料标称值的±20%
热稳定性(氧化诱导时间) min >20
挥发分含量 mg/kg ≤350
水分含量 b mg/kg ≤300
碳黑含量 c(质量分数) % 2.0~2.5
碳黑分散 c 级 ≤3
颜料分散 d 级 ≤3
耐气体组分 h ≥20
耐快速裂纹扩展(RCP)
性能 单 位 要求
全尺寸(FS)试验:
dn≥250mm 或 s4 试验:
管材试验壁厚≥15mm
MPa
MPa 全尺寸适应的临界压力 Pc.Fs≥1.5×MOP
S4 试验的临界面压力 Pc. s4≥MOP/2.4-0.072e
耐慢速裂纹增长(en>5mm) h 165
PE 原材料性能差异的最基本因素是分子结构的差异,只有先进的聚
合装置和工艺才可能生产出具有优良性能的 PE 管道专用料,所以,
必须是有定级证明的材料,才有可能是合格的 PE80、PE100 专用混
配料。
2)、PE 电热熔管件所用的电热丝必须符合其产品标准的要求。
电熔管件产品的电性能主要体现在产品电阻上。
根据国家标准
GB15558.2«燃气用埋地用聚乙烯管件(PE)管道系统 第二部分:
管件
»要求:
在 230C 下,电熔管件的电阻应在以下范围内:
最大值:
标称值 X(1+10%)+0.1Ω
最小值:
标称值 X(1—10%)
因此,要求所用的电热丝必须在单位长度上具有非常稳定的电阻值,
才有可能保证产品具有稳定的电性能。
聚乙烯电熔管件内分布的电阻丝是电熔管件的主要构件。
电阻丝的直
径、长度、螺距分布,决定发热量,不同要求有不同的设计,每种规
格都要通过设计和试验确定。
3)、电熔管件熔接显示器
聚乙烯管件内部设计了熔接显示器,当熔融压力达到电熔管件设计要
求时显示器将会推出,以便于操作者观察到,如果显示器未被推出,
该处焊接的管件则需从系统上切割下来,用新的电熔管件重新进行焊
接。
4)电熔管件熔接必须要达到粘流态并控制其熔融的温度范围。
聚乙烯材料必须要在其粘流态状时才有可能形成焊接,必须要达到并
控制其粘流态(熔融)温度范围。
要使电熔管件与管材熔接,必须对电
熔管件预埋进一定功率及阻值的电阻丝,对电阻丝进行通电加热,从
而使管件和管材的连接界面熔融,并形成一定的压力,才有焊接的条
件。
一般电熔管件设计电压为 48V。
该电压等级一方面保证了焊接的安全
性,另一方面也保证了管件熔接的能量需求。
管件生产商一般在管件
上贴有反应管件焊接参数的条码,焊接时,通过对条码的扫描可以将
焊接参数直接输入到电熔焊机当中,从而避免了人工数据录入可能发
生的错误,使焊接过程可以保质保量地进行。
三、电熔焊机
电熔焊机的作用简单来说就是将电网或发电机电源经过降压变换控
制后输入到电熔管件电阻丝的一种电力电子设备。
现在的管道焊接基本上都是自动焊接,这种方法可以减少人为因素对
焊接质量的影响,这就对电熔焊接的控制精度提出了更高的要求。
因
此,由全国塑料制品标准化委员会 (SCA/TC48)塑料管材管件及阀门
分技术委员会(TC48/SC3) 牵头,制订了电熔焊机中华人民共和国国
家标准《塑料管材和管件 聚乙烯管道系统熔接设备 第 2 部份:
电熔
连接》报批稿。
国家标准报批稿规定,高性能的电熔焊机主要有以下几个方面的要
求:
1)、结构设计,电熔焊机的外壳防护等级达到 IP54,同时应具有防止
踫撞的保护措施。
2)、性能指标,电熔焊机的性能指标主要是输入电源范围、能量输出
精度、有效值控制、能量补偿功能几个方面。
3)、安全防护,电熔焊机是用于野外施工,因此,必须有安全防护措
施,这主要体现在输出电源的绝缘保护及管件阻值检测上。
4)、焊接可追溯性,由于聚乙烯管道系统的特殊性,要求其每次的焊
接数据都必须可以追溯。
因此,电熔焊机不仅要能进行高质量的焊接,
还要对焊接数据进行分析和保存,见 ISO 12176-4:
2003 塑料管材管
件聚乙烯系统的焊接设备第四部分,可追溯编码(正在制定国标)。
此外、即将颁布的燃气用聚乙烯管道焊接技术规则规定:
焊接机具除
满足相应的国家标准外,还明确指出应当符合以下要求:
(1)焊接机具正常的工作温度范围为 -10℃~+40℃。
如果超出此温度
范围工作,需要焊机制造单位和施工单位协商采取适当的保护措施;
(2)除满足国家计量法有关规定外,焊接机具在完成 2000 个焊口和最
长不超过 12 个月时,还必须进行校准和检定,保存相应记录,确保
焊接机具经常处于良好的工作状态。
(3)电熔焊机应有一个数据检索存储装置。
该装置通过一个接口将存
储的数据下载到电子设备(计算机或者打印机),存储容量至少为
250 个焊口的参数。
电熔焊机应当有工作参数自动输入及环境温度自
动补偿功能。
自动输入的方式可以是条形码、识别电阻、磁卡或者微
控芯片。
四、电熔焊接规则
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局近期将颁布的燃气用聚
乙烯管道焊接技术规则,是用以规范燃气用聚乙烯管道的焊接技术工
作,提高管道焊接质量,规则适用于燃气用聚乙烯管道元件预制和管道
安装过程中的焊接安全技术工作,其他领域聚乙烯管道的焊接安全技
术工作也可以参照本规则执行。
规则规定:
燃气用聚乙烯管道元件制
.
造单位或者管道安装单位,应当取得特种设备制造或者安装许可证;
聚乙烯管道焊接作业人员,必须取得质量技术监督部门颁发的特种设
备作业人员证。
操作人员考试由国家质量监督检验检疫总局确定的考
试机构负责实施,由考试机构所在地的省级质量技术监督部门颁发特
种设备作业人员证;进行电熔连接(电熔承插连接和电熔鞍形连接)的
聚乙烯焊接,应当按规定进行焊接工艺评定电熔管件 (电熔承插焊接
及电熔鞍型 )焊接的关键工艺参数,包括电压 ,加热时间 ,冷却时间 ,电
阻值.;工艺评定工作,由电熔管件制造单位在产品设计生产定型时,
逐一进行焊接工艺评定,并且向施工单位提供相应的焊接工艺参数;
施工单位使用同一制造单位提供的管道元件时,任选一个规格进行验
证即可覆盖所有规格。
工艺评定应当在施工单位保存至该焊接工艺评
定失效。
这个规则是强制性的,颁布后必须执行,因此我们应当尽力
按规则作好。
五、电熔管件的焊接操作过程
(一)、电熔承插管件的焊接操作过程
1、焊接前准备:
1).测量电源电压,确认焊机工作时的电压符合要求。
2).清洁电源输出接头,保证良好的导电性。
2、管材截取:
管材的端面应垂直轴线,其误差 < 5mm。
3、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,将大于划线区域约 5mm 内的焊接面刮削约 0.2mm
厚,以去除氧化层。
4、管材与管件承插:
在管材上重新划线,位置距端面为 1/2 管件长
度。
拆开管件包装,将清洁的电熔管件与需要焊接的管材承插,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管材外径尺寸的 1.5%。
5、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。
6、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。
6、焊接数据的输入:
按自动或者手动方式输入焊接数据。
7、焊接:
1).启动焊接开关,开始计时;2).手动模式下焊接参数应当
按管件产品说明书确定。
8、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,必须在完成冷却后,才能拆卸夹具。
(二)、电熔鞍形管件的焊接操作过程
1,焊接前准备:
与电熔承插管件焊焊相同。
2、划线:
在管材上划出焊接区域。
3、焊接面清理:
将划线区域内的焊接面刮削约 0.2mm 厚,以去除氧
化层,刮削区域应大于鞍体边缘。
4、管件安装:
用管件制造单位提供的方法进行安装,确保管件与管
材的两个焊接面无间隙。
5、焊接数据输入:
与电熔承插管件焊焊相同。
6、焊接:
与电熔承插管件焊焊相同。
7、自然冷却:
接头在冷却过程中应当处于夹紧状态。
鞍形三通的冷
却时间应当大于 60 分钟或者按产品说明书进行开孔操作。
8、封堵:
按照管件产品说明书进行封堵。
六、电熔焊接的检验与试验
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。
破坏性检验主要用于焊接工艺评定及对焊接质量有争议焊
口的试验。
(一)、电熔电熔承插管件焊接的非破坏性检验:
主要是进行外观检查:
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
有少量的 PE 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。
( 二 ) 、 电 熔 电 熔 承 插 管 件 焊 接 的 破 坏 性 检 验 :
按 国 标 :
GB/T
19807-2005 塑料管材和管件:
聚乙烯管电熔管件 组合试件的制备制
样。
1)、电熔管件剖面检验:
取电熔后的组件,用锯条与熔接组件端面成
45°角进行切开,组件中的电阻丝应当排列整齐,不应当有涨出、裸
露、错行,焊后不游离。
管件与管材熔接面上应当无可见界线。
2)、拉伸剥离试验:
拉伸剥离试验方法应当符合 GB/T 19808-2005 塑
料管材和管件 公称外径大于或等于 90mm 的聚乙烯电熔组件的拉伸
剥离试验( ISO 13954:
1997 IDT )标准。
3)、挤压剥离试验:
挤压剥离试验方法应当符合 GB/T 19806-2005 塑
料管材和管件 聚乙烯电熔组件的挤压剥离试验的规定。
4)、静液压强度试验:
静液压强度试验方法应当符合现行国家标准
GB/T6111-2003 的要求。
(三)、电熔鞍形管件焊接的检验
1、 破坏性检验:
进行外外观检查:
1).电熔鞍形管件与管材焊接后,
不得有熔融物流出管材表面;从观察孔应当能看到有少量的 PE 顶出,
但是顶出物不得呈流淌状。
2).电熔鞍形管件应当与管材轴向垂直。
3).鞍形管件和管材装配时不得有明显间隙。
4).鞍形管件焊接处周围
应当有刮削痕迹。
2、破坏性检验:
按国标:
GB/T19712-2005 塑料管材和管件 聚乙烯
(PE)鞍形旁通抗冲击试验方法。
进行。
通过以上所述的试验验收方法标准,如果合格,可以视为合格的电熔
焊接
综上所述聚乙烯(PE)管道熔接(焊接)原理决定了电熔管件和电
熔焊机的技术要求,为满足熔接机理的要求而制定的电熔管件和电熔
焊机的产品标准,成为约束生产、检验,应用及管理各方面的准则。
国家质量监督检验检疫总局近期将颁布的燃气用聚乙烯管道焊接技
术规则,规范聚乙烯管道的焊接技术工作,提高管道焊接质量,
执行规则,为管道系统的安全提供了品质保障;因此,隋电熔管件和
电熔焊机及其电熔焊接技术的发展,将进一步促进聚乙烯管道系统的
发展,为发展塑料管道系统的战略方针做出贡献。
参考引用文献
1、 华人民共和国国家标准《塑料管材和管件 聚乙烯管道系统熔接
设备 第 2 部份:
电熔连接》报批稿
2、GB 15558.2-2005 燃气用聚乙烯管件
3、GB/T13663.2-2005 给水用聚乙烯管件
4、ISO/TR13950 :
1997 塑料管材和管件:
电熔接用自动识别系统
5、GB/T 19807-2005 塑料管材和管件:
聚乙烯管材和电熔管件 组
合试件的制备
6、GB/T 19806-2005 塑料管材和管件:
聚乙烯电熔组件的挤压剥离
试验
7、GB/T19712-2005 塑料管材和管件:
聚乙烯(PE)鞍形旁通抗冲击
试验方法
8、“燃气用聚乙烯管道焊接技术规则”2005 年征求意见稿
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- PE 熔焊