PE焊接培训资料Word文档下载推荐.docx
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是一种高分子为主要成分，在加工过程中能流动、成型的材料，是石油、煤炭的裂解产物CH2经聚合而成。
●塑料按受热后的性能表现不同分为两大类
1、热塑性塑料――→可反复加热、冷却和硬化――→可热熔焊接
2、热固性塑料―――经加热或辐射、催化，其固化物不再溶解、熔化―→一次性使用
聚乙烯就属于热塑性塑料
聚乙烯管道相对于金属管道的优点
●能耗低，质量轻，可回收，是新一代环保产品
1、从制造原料到铺设成管道与金属管道的能耗比为1：
8
2、单位重量只有金属的1/8，节省运费
3、可回收，节省资源
●安装（连接）可靠、方便，可实现多种特殊场合的使用要求，对管基的要求低
●柔性材料，抗地质运动能力强
表一1995年日本神户大地震所造成的城市燃气管道的破坏情况对比
低压管线
合计
主干管
支干管
供给管
用户管
钢管
焊制接头
-
法兰接头
机械装置
156
106
72
334
螺纹接头
4452
6045
14991
25488
小计（A）
4607
6151
15063
25821
管材（a）
铸铁管
机械装置（B）
549
33
12
594
管材（b）
34
2
36
PE管
挠性钢管
机械装置（C）
管材（c）
合计（接头）
A＋B＋C=D
6184
15083
26423
合计（管材）
a＋b＋c=d
总合计
D＋d
583
15085
26459
●管道无泄漏、防腐性能好，寿命长，可达50年
聚乙烯材料的一般特性
●密度―――取决于材料的结构形态即结晶情况
1、低密度聚乙烯LDPE――0.910～0.925g/cm3
2、中密度聚乙烯MDPE――0.925～0.941g/cm3
3、高密度聚乙烯HDPE――0.941～0.965g/cm3
●分子量及分布―――分子链的长度和支化度
1、中分子量PE――11万
2、高分子量PE――11～25万
3、特高分子量PE――25～150万
4、超高分子量PE――150万以上
聚乙烯管道专用料的特殊要求
●足够的强度――原料必须经国际权威检测机构认证，有明确的静液压强度等级
按强度等级分：
（低于PE63级别的不再列出）
1．PE63：
含义是20℃、50年条件下，材料的最小要求强度（MRS）为6.3～7.9MPa.
2．PE80：
含义是20℃、50年条件下，材料的最小要求强度（MRS）为8.0～9.9MPa.
3．PE100：
含义是20℃、50年条件下，材料的最小要求强度（MRS）为10.0～11.19MPa.
MRS——最小要求的静液压强度，MRS值越大,表示材料的强度越高。
不同强度等级对应的最小必要强度（MRS）示意图：
PE32PE40PE63PE80PE100
MRS
3.24.06.38.010.011.19（MPa）
●足够的密度――一必要的刚度和强度
●足够高的分子量――足够的抗环境应力开裂能力和抗裂能力
●足够的分子支化度（原料聚合时的共聚单体类型）――抗慢速裂纹增长能力
●良好的加工性能――易于成型加工
聚乙烯管道专用料的组成
●基础树脂――聚乙烯管道料的主体
●热稳定剂――也叫抗氧剂，作用是延缓或抑制聚乙烯在加工过程中的高温氧化。
0.05～0.5％
●着色剂――或叫光稳定剂，在聚乙烯管道原料中一般为炭黑或镉黄，作用是抑制或减弱光对聚乙烯的降解破坏
●加工助剂――根据需要是否添加，作用是提高聚乙烯的加工性能
二、聚乙烯管道料的类型
●目前PE管的生产原料主要有两类，一类是混配料，另一类是混合料。
1、PE混配料是指在出厂时已经添加了必要的光、热稳定剂和颜料，管道制造商在生产时无需再添加任何成分的原料，它有明确的材料等级。
特点：
一有颜色，二有材料等级。
2、PE混合料一般指以下情况：
PE基础树脂（本色）＋色母料（机械混合）
PE混配料和PE混合料的区别：
混合料生产的PE管较混配料生产的PE管在机械性能上有一定差距。
因为使用混合料时，存在如下先天不足：
①自购的色母料的卫生性和颜料粒度大小无法保证；
②用机械混和的方式无法保证颜料的分散性，制品内存在应力集中现象。
③作为着色用的母料的分子量比基础树脂低得多，会降低制成品的机械性能。
三、目前国内外主要PE管道专用料
PE专用管材料及产品的主要指标
1、原料的水分含量
水分含量多少，对PE管的性能有较大的影响。
水分含量偏高，会使PE管的强度降低。
因此，国家标准规定,PE原料的水分含量应小于300mg/kg.事实上，原料的水分超过200mg/kg时，PE管内会有微孔（小气泡），熔接时的结合部因此存在气泡，从而降低了PE管道的承压能力。
所以，使用黑色混配料时，必须经过严格的干燥，把水分含量控制在200mg/kg以下。
2、挥发组分含量
原料中挥发组分含量的多少会影响PE管材、管件的性能，特别对注塑管件性能的影响。
因此，国家标准规定,PE原料的挥发组分含量应小于350mg/kg.
3、炭黑含量（针对黑色PE管）
为提高PE管材管件的抗氧化（老化）性能，原料在出厂前应添加炭黑，国家标准规定,PE原料中炭黑含量为2.0—2.6%。
4、纵向回缩率
纵向回缩率是对管材加工时内部残余变形大小的判断试验，目的是将内部的残余变形控制在适当值内。
国家标准规定,PE管材的纵向回缩率应小于3%。
5、热稳定性
PE管材、管件加工和熔接温度一般为190℃—230℃。
为了防止原料在加工过程中以及管材管件在熔接过程中发生降解，使管材管件具有良好的热稳定性，PE原料中需加入稳定剂。
原料和管材管件的热稳定性用氧化诱导期来衡量。
国家标准规定，原料和管材管件的氧化诱导期应大于20min。
6、抗拉强度和断裂伸长率
在一定的温度下，对按规定制作的样品进行拉伸，当样品被拉屈服时获得的强度称为抗拉强度，拉断时的伸长率称为断裂伸长率。
PE80的原料及其产品，抗拉强度不小于19MPa，PE100的原料及其产品，抗拉强度不小于23MPa。
国家标准规定断裂伸长率大于350%。
7、熔融指数（MFR）
指在一定温度下，将PE样品加入一容器中，加热熔融，在一定质量的活塞作用下，在10min内从容器下端小孔中流出物料的质量。
国家标准规定，原料的熔融指数的偏差不能超过原料标称值的30%，加工后的产品的熔融指数不能超过原料熔融指数的20%。
第二章PE管道焊接技术
一、高聚物的状态
玻璃态高弹态
粘流态
Tg：
玻璃化温度Tf：
粘流温度Td：
分解温度
●玻璃态：
当温度低于玻璃化温度时，高聚物的大分子和链段都不能运动，高聚物处于脆性玻璃态，为坚硬的固体，受外力作用时，发生的形变很小。
●高弹态
当温度高于玻璃化温度时，高聚物大分子的链段开始运动，呈现出柔软而富有弹性的高弹态，产生高弹形变，弹性模量降低，形变能力增加，但为可逆形变。
●粘流态当温度高于粘流温度时，高聚物的大分子发生相对运动而具有流动性。
此时，若对高聚物施加一定作用力，高聚物粘性流动的形变随时间的增加而增加。
当外力解除后其形变不能恢复到原来的形状，高聚物的这种不可逆形变称为塑性形变。
●
●要获得一个合格的焊口，必须满足的基本条件是：
1、熔接界面必须是干净、干燥的，不干净的界面会影响分子间的相互滑移和缠绕。
2、合理的加热温度和加热时间，以保证获得足够的粘流态的溶质。
3、合适的外力，可以加剧分子变形，使两界面的分子充分的缠结。
电熔焊接时其外力是靠熔体的熔胀获得，无须人为施加。
热熔对接焊时，外力是人为施加的，压力过小，界面间长链分子无法重新重叠及缠绕。
相反对接力过大，粘流态的溶质都被挤出熔接界面，使界面间的介质大都处在高弹态，形成假焊
二、连接技术
Ⅰ热熔连接
热熔连接包括热熔对接连接、热熔承插连接、热熔鞍型连接
●热熔对接连接：
热熔连接是将热塑性管材件的末端，利用加热板加热熔融后相互对接融合，经冷却固定而连接在一起的方法。
一般热熔对接适用于D63以上口径管材件或壁厚6mm以上管材件的连接。
这种连接方式在管材之间连接不需要管件。
接口成本较低。
热熔对接连接通常分为三个阶段：
加热阶段、切换阶段、对接阶段。
●热熔承插连接：
热熔承插连接是用一对加热模头，同时加热承插管件的内壁和管材的外壁，移去加热工具后，将管材插入管件。
这种接口方式一般用于小管径管材的连接，多采用手工插入，其准确性难于保证。
凹模加热管材时会使管端软化变形影响管道的实际流量。
●热熔鞍型连接：
热熔鞍型连接是在干管上进行分支管路的施工。
采用凹凸的鞍型加热芯模将鞍型管件的鞍型界面与干管的连接界面同时加热，移去加热芯模后，对接两个界面。
●热熔连接步骤：
1、准备：
确认焊机是否处于正常工作状态。
1.1检查机具各个部位的紧固有无脱落或松动
1.2检查整机电器线路
1.3检查液压箱内液压油是否充足
1.4确认电源与机具输入要求是否相匹配<
必需使用220V，50Hz的交流电，电压变化应在±
10％，电源应采取接地保护装置
1.5加热板涂层是否有损伤
1.6铣刀和油泵开关等的试运行
1.7加热前用软纸或布蘸酒精擦拭加热板的表面，但要注意保护聚四氟乙烯涂层
。
2、清洗：
用清洁的布清除焊接管端的污物。
3、固定：
将管材件置于机架夹瓦内，使两端伸出的长度相当，在满足铣削和加热的要求情况下尽可能的短，通常为25～30mm。
若有必要管材机架以外的部分用支撑物拖起，使管材件轴线与机架中心线处于同一高度，然后用夹瓦固定好。
4、铣削：
将铣刀置于机架上，然后打开铣刀电源开关，缓慢合拢两管材件焊接端，略等片刻，再退开活动架，关掉铣刀电源。
切削厚度应为0.5～1.0mm，通过调节铣刀片的高度可调节切削厚度。
5、对齐：
取出铣刀合拢两管端，检查两端对齐情况。
管材两端的错位量不应超过管壁厚的10%。
6、拖动压力测试：
拖动压力也就是摩擦阻力（拖动管材的最小压力），而实际焊接的压力是计算压力加上拖动压力。
7、检查加热板温度是否达到设定的要求。
<
加热板的温度一般为210±
10℃>
8、加热：
将达到温度的加热板放入机架，施加规定的的压力，保证焊接的两个端面能充分接触到加热板上，没有缝隙
9、吸热：
将压力减小到规定值使管材端面与加热板之间刚好保持接触，继续加热至规定的时间。
10、切换：
规定时间到达后，退开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两管端，其切换时间应尽可能的短，确保热量的稳定。
11、冷却：
将压力升至规定值，保压冷却。
冷却到规定时间后卸压，松开夹瓦，取出连接完毕的管材进入下一道焊口的操作。
P
Pf2
Pa1
Pf1
Pa2
ta1
ta2
tutf1tf2
tatf
热熔对接工艺曲线图
Pa1：
加热压力，加热周期里加热工具作用在塑料管道壁的压应力。
Pa2：
吸热压力Pf1：
熔接压力Pf2：
冷却压力
ta1：
加热时间ta2：
吸热时间ta：
总吸热时间
tu：
切换时间tf1：
增压时间tf2：
冷却时间tf：
总熔接时间
●焊接工艺在实际应用过程中需考虑以下问题
1、焊接时气温的变化，当气温低时，可适当的延长吸热时间（若环境温度低于5℃时，加热时间应延长50﹪）
2、压力换算：
在焊接中实际操作的使用压力与工艺参数数值是不同的：
首先应将工艺压力（加热压力、吸热压力、焊接压力）换算成液压系统压力，其次应将拖动压力（移动夹具的摩擦阻力）加到P1上，得到使用压力。
3、焊制压力的计算公式：
P1=（S1×
P0）∕S2＋P拖
式中：
S1—管材截面积S2—液压缸截面积，一般焊机厂家提供
P0—界面压力（工艺压力）P拖—拖动阻力
●焊接工艺参数的意义
●加热工具温度的确定要考虑材料的性质和接头的质量
1.1加热工具温度应在材料的熔融温度或材料粘流态转换温度之上。
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，接头的强度就开始提高而达到最大。
实验证明，HDPE在低于180℃时，即使在熔化时间相当长的情况下，也不可能取得质量好的接头。
1.2温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状变化
当温度过高时，会出现如下情况：
卷边的尺寸增大；
聚合物熔体对加热工具的粘附；
聚合材料的热氧化破坏（热氧化破坏析出挥发性产物，如CO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，焊接聚乙烯最好采用温度190～230℃
●加热过程参数——时间、压力
加热时间的确定：
加热时间是焊接过程中的重要参数。
它与加热工具一起，共同决定着焊接件内的温度分布及产生工艺缺陷的可能性。
焊接熔化的最佳时间是随着焊接件尺寸的增大而增大，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大而减小。
实验证明，管材的壁厚较其外径对加热时间更有实质性的影响。
●加热时压力的意义：
加热时的压力，应能迅速的平整管材端面上的不平度并有效的促进塑化，但压力也不能过大。
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的压力，而在随后的吸热阶段换用较小的压力。
●焊接过程参数——压力、时间
熔接过程中施加压力的作用，是排除气孔或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，以使两平面牢固结合。
●冷却过程参数——压力、时间
由于塑料材料导热性差，并且冷却的速度相应的缓慢，以及焊缝材料的收缩，结构的形成过程在长时间内以缓慢的速度进行。
因而，焊缝的冷却必须在保持压力下进行。
熔接参数对熔接质量的影响
吸热时间：
为了获得充分的熔化区域，足够长的吸热时间非常的重要，而加热压力较次要
冷却时间：
冷却时间过短，造成较大的内应力，引起焊口脆化。
增压时间：
加热完毕，管端必须迅速的结合在一起，但压力的增加应是平稳地。
切换时间：
推荐值在8s以内，重要的是尽量可能的缩短切换时间，因为熔化端面的冷却速度非常快
压力：
可在相当宽的范围内变化：
0.10～0.22Mpa。
摩擦力大时不宜采用较低的值，推荐范围为0.15～0.22Mpa
温度：
可在200～230℃范围内变化，在强度上没有明显的变化。
●热熔焊接中需要注意的事项
1.热熔对接焊可适用于管外径d≥63mm的同种牌号、规格、材质的连接件。
性能相似，不同牌号材质的连接需试验验证。
2.在寒冷天气（﹣5℃以下）和大风环境下进行热熔对接连接操作时，需采取必要的保护措施或调整焊接工艺。
3.铣刀严禁在较大的压力下进行启动；
铣削好的管材严禁用手触摸或被污染。
●热熔焊机的维护
1.使用热熔焊机时，应认真遵守说明书的要求，对机器进行良好的保养，应保持加热板的清洁，应避免在搬运过程中划伤表面涂层，而影响加热板表面温度的均匀和聚四氟乙烯涂层的均匀性。
启动液压系统时，应使操作手柄处于卸荷的位置，以免在高压下启动而损坏液压泵。
液压系统使用高质量的、清洁的液压油。
2.在施工中严禁野蛮操作焊机。
3.使用完毕后，应及时对焊机进行清理。
将油泵接口封堵，防止污物进入堵塞。
4.焊机应存放在阴凉干燥处，并对其进行不定期防腐处理。
●热熔焊机故障分析与排除
常见故障
原因
解决方案
机器漏油
液压接头有间隙
紧固或更换接头
液压缸漏油
通知售后服务部门
液压系统不工作
电缆断开或损坏
检查电气连接系统
微动触点发生位移
将微动触点归位
液压系统漏油且压力低
一个或几个接头有间隙
油缸内液压油不足
加液压油
液压循环系统中有空气
将油管接头连接在一起，，同时运行液压系统
活塞油缸中有空气
打开液压缸排气螺钉，加一点压力，直至出现液压油后再拧紧螺钉
在液压循环系统中有杂质
通知生产厂家进行修复
铣刀不工作
未接电或微动开关未复位
检查电源和微动开关的状态
加热板不工作
未接电
检查电源
加热板不能达到工作温度
温度探头损坏
更换电缆，更换加热板
加热电阻丝损坏
更换加热板
Ⅱ电熔连接
电熔连接可分为电熔套接、电熔鞍型连接
电熔套接：
就是将电熔管件套在管材件上,通过预埋在电熔管件内表面的电阻丝通电发热，产生的热能加热、熔化电熔管件的内表面和与之承插的管材外表面，使之融为一体。
电熔套接
1、用塑料管材切刀或带切削导向装置的细齿锯切断管材，并使其端面垂直于管材轴线。
用小刀切除内部边缘的毛刺。
2、在焊接前应该刮掉管材或插口端氧化层，但必须确保焊接区域的清洁。
3、确保可以检查插入深度。
4、固定较直定位夹具，检查管材端部是否对正。
5、设置好电熔焊机，以输出正确的焊接参数。
6、如果是自动化过程，采用适合于管件和电熔焊机的程序。
7、检查焊接周期是否正确完成。
8、在冷却过程中让接头处于夹紧状态。
冷却时间通常由制造商规定并在连接程序中给出。
电熔鞍型连接
1、刮掉在管材的焊接区域的氧化层，但要确保焊接区域清洁。
2、按照安装要求，将鞍型管件放在管材上。
3、设置好电熔焊机，以输出正确的焊接参数。
4、如果是自动化过程，采用适合于管件和电熔焊机的程序。
5、检查焊接周期是否正确完成。
6、在冷却过程中让接头处于夹紧状态。
焊接过程
1、管材在电熔管件内定位
2、通过控制器向电熔管件通电
3、电热线圈周围的PE材料开始熔化
4、熔融区的PE材料熔胀，向管材外壁膨胀
5、向管外壁热传导，管外壁PE材料开始熔化
6、熔体压力增大，促使熔体沿界面流动
7、熔体流到冷却区，开始凝结，从而封闭了熔融区域
8、继续通电导致通体压力的增高
9、断电前，熔体压力达到最大值
10、开始冷却，温度持续下降。
●界面压力的影响因素有：
对于一个具体的管件，焊接时所消耗的能量大小仅与时间有关。
熔融时间直接影响接头的强度，因此必须在一个合理的范围内。
电熔连接接头熔接强度随熔接时间变化的关系可分为四个阶段：
潜伏期、接头形成期、固化阶段、平台区和冷却阶段。
●潜伏期：
潜伏期的特征是接头无强度，是电热丝加热管件内表面的PE，填充界面间隙的阶段。
而未建立起熔体压力
接头形成和固化阶段：
潜伏期结束，管材和管件之间的间隙为熔体所填充，管件内表面和管材外侧的聚合物被熔化，熔体池开始封闭，可测量到熔体的压力。
随时间推迟，测量表明，接头已存在强度。
随着熔接的继续，熔化材料的体积膨胀，界面温度升高，熔体压力增大，界面强度也随之提高。
●平台区：
在该阶段，接头的强度随着熔接时间的延长变化不大，趋于稳定。
但在该阶段，熔化材料的容积，熔体压力和界面温度都继续攀升。
冷却阶段：
规定的熔接时间达到后，电流停止，界面处的聚合物开始冷却，熔体压力开始下降。
●降解阶段：
如果超过了规定的熔接时间，而不断电，将导致接头处的温度继续升高，导致材料降解和接头强度的降低。
●环境温度对熔接接头的质量的影响
如果熔接过程中环境温度不同，则意味着管件在熔接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，因此，熔接时间应有所改变。
实际测试表明：
当环境温度在-10～40℃范围内变化时，熔接时间的修正值约为0.5%。
电熔焊机使用过程中的注意事项
1.在使用焊机前，应详细阅读焊机使用说明书。
2.一般当电源距焊机在50m内时需选用2.5平方毫米的输入电缆线当电源距焊机在50～100m时需选用4平方毫米的输入电缆线。
必要时选择发电机发电。
3.由于生产电熔焊机的制造商采用不同的技术参数，所生产的电熔焊机的输出特性不尽相同，在熔接时产生过熔或假焊现象，应特别注意电熔焊机的输出功率、输出电的性质等方面的问题。
4.在电熔连接方式中，待焊部分的氧化层必须刮掉；
电熔鞍型管件的熔接时管材熔接区的氧化层必须刮掉。
5.焊机使用时，应防止灰尘、泥浆进入焊机，并防止污水或其他液体对焊机和操作人员造成伤害。
焊接时应远离易燃、易爆物品。
●
钢塑转换接头的焊接
1.钢塑转换接头的聚乙烯管端与聚乙烯连接应符合相应的热熔连接和电熔连接的规定。
2.钢塑转换接头钢管端与金属管道连接应符合相应的钢管熔接、法兰连接或螺纹连接的规定。
3.钢塑转换接头钢管端与钢管连接时，应采取相应的降温措施。
4.钢塑转换接头及其连接件做好防腐保护后，可以直接埋地。
第三章PE管道焊接工艺评定
第一节PE管道连接方式分类及优缺点
一、PE管道的连接分类
1、热熔对接：
热熔对接一般适用于.管外径大于63或壁厚大于6mm以上的产品连接，建议采用同种原料生产的管材件，不同原料生产的产品连接需经过严格的验证方可使用。
在国内个厂家的焊接工艺各异，使用时应特别注意。
2、热熔承插：
热熔承插一般适用于D63及以下规格产品的连接，因其连接方法受人为影响较大，建议在燃气用领域的连接不采用此法，在给水领域尤其是当PE管网在室内使用时此法便捷、经济，不失为一种好的选择。
热熔承插连接的焊接温度建议为210±
10℃，吸热时间为0.6~0.7倍的外径时间（s）。
3、电熔连接：
电熔连接适合于所有规格产品的连接，是目前市场上最为普遍的方式，其连接过程
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