聚乙烯管道热熔焊接施工的质量控制.pptx
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1、一、聚乙烯管道焊接施工质量控制的重要性第1页/共57页 我国是在上个世纪80年代开始系统地研究塑料管在市政公用管网中的应用。最早是在1982年于上海试用,主要用于低压人工煤气的输送。聚乙烯的优点:具有很好的柔韧性,加工后的管材可盘成卷,还可以蛇形敷设,进一步减少接头数量;它属于热塑性塑料,可多次加工成型,使热熔和电熔成为可能;耐腐蚀,抗冲击性能好(能够抗击地震等自然灾害)聚乙烯管气密性好,气体渗透率低。因此,聚乙烯材料在燃气管网中得到了普遍应用。目前,国际聚乙烯燃气管道的标准体系分为欧洲和日美,不过我国的燃气管道标准体系还是以国际标准为主,体现的生产工艺以及技术要求与欧洲较接近。第2页/共57
2、页 聚乙烯是一种高分子聚合物。它的性能主要取决于三大因素:分子结构、结晶度、分子量分布。其中结晶度最为关键:聚乙烯的结晶度是随着温度的升高而降低,温度越接近熔点,结晶度下降得越激烈。冷却度也影响着聚乙烯的结晶度,冷却速度快,结晶度低,因为结晶的生长时间短;冷却速度慢,结晶度高,那么结晶就会更充分。根据聚乙烯的种类不同,结晶度不同,冷却时间也不同。聚乙烯分子结构图第3页/共57页二、聚乙烯管熔接技术及 焊接工艺第4页/共57页聚乙烯管道的连接方式聚乙烯管道的连接方式 聚乙烯管道在国内外按其连接方式,一般分为热熔对接连接和电熔连接两种。热熔对接和电熔连接须执行国家质检总局颁布的TSG D2002-
3、2006“燃气用聚乙烯管道焊接技术规则”国家标准。早期热熔对接焊时,外力是人为施加的,应施加合适的压力。压力过小,界面间长链分子无法充分变形,无法重新重叠及缠绕。相反对接力过大,粘流态的熔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。电熔焊接时,其外力是靠熔体的熔融膨胀并在冷料区的作用下获得,无须人为施加。为保证合适的焊接压力,必须保证管件与管材装配组合后不能存在非轴向的应力,既要使用电熔固定夹具。第5页/共57页热熔对接焊热熔对接焊:热熔对接焊连接方式是将待焊管材(件)两端面用以一定压力靠在一个预置好温度的加热板上维持一段时间。在管材获得了足够的温度后,取出加热板,给待焊两端面
4、施压,使两个焊接端面紧密接触,最终使两个端面粘合在一起。这种连接方式在管材之间连接时无需管件,接口成本较低。第6页/共57页焊接范围焊接范围v 焊接口径:应63;v 壁厚:6mm;v 最好是同厂家、同材质、同牌号的管材与管材、管材与管件之间、管件与管件之间的进行焊接;v 燃气常用标准尺寸比为:SDR11和SDR17.6 两个系列。燃气聚乙烯材料一般分为:PE80和PE100。第7页/共57页热熔对接具有以下特点:热熔对接具有以下特点:需用专用的热熔连接机具。一般适用于DN63mm管。适用于同种牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。易受环境、人为因素影响;在寒冷气候(5以下)和大风环境下进行连
5、接操作时,应采取保护措施。第8页/共57页热熔连接的优点:热熔连接的优点:因不使用电熔管件,可以降低工程成本;机具维修简单;连接工艺操作简单易学。第9页/共57页热熔连接的不足:热熔连接的不足:易受环境、人为因素影响(全自动对接熔接无此不足);设备投资较电熔焊机高,且体积重量较大;一般适用于DN63mm以上管径连接。第10页/共57页电熔连接方式:采用专门的电熔管件,由专用的电熔焊机,按照一定的规则控制流过管件中埋设的电阻丝中的电流量,使其合理发热,加热管件与管材的连接界面,经过一定时间的熔融,达到熔接目的第11页/共57页电熔连接的优缺点:适用于所有规格尺寸的管材、管件连接;:适用于不同牌号
6、及不同熔融指数聚乙烯生产的管材和管件的连接;:设备投资低,维修费用低;:连接操作简单容易掌握;:电熔熔接技术施工迅速;:专用电熔管件费用高,大大的增加了工程成本;第12页/共57页焊接准备/工艺-图5.1热熔对接焊工艺热熔对接焊工艺热熔焊接时三个重要参数:温度、压力、时间;温度固定,以下是PE 熔接过程中压力与时间的关系。焊接工艺曲线图PPttPP22(焊接规定焊接规定)PP11(总焊接)(总焊接)加热段切换对接段冷却段t1(卷边)t2(吸热)t3(取板)t4(调压)t5(冷却)总焊接时间压力时间(拖动)(拖动)第13页/共57页焊接参数的计算 表中数据(焊接表面温度:PE80=21010;P
7、E100=22510):凸起高度和接缝压力0.15N/mm2等效压力作用在端面 吸热时间10s/mm;吸热压力0.02N/mm2;由于小一般忽略。对接焊焊接的基本参数第14页/共57页热熔对接焊的质量控制热熔对接焊的质量控制 热熔对接接头的质量主要靠过程控制来保障。过程控制应从人、机、料、法、环五方面入手。人:焊接工人必须经过培训,并受到有效的管理。机:设备应符号有关标准的要求(例如GB/T 20674.1-GB/T 20674.1-20062006),并经常维护在良好工作状态。料:焊接前应检查管材、管件,以确保其直径、SDR和MRS及公差均符合规定。有明显缺陷或过度划伤的管材、管件应做出标记
8、,不能使用。在开始铺设前和铺设过程中均应注意检查管材有无严重的表面缺陷;如果发现表面缺陷深度超过公称壁厚的10%,应切断或按照有关程序修理有缺陷的这段管材。法:焊接方法应严格按照施工规范和工艺参数执行。环:环境因素主要考虑天气和管沟作业面状况。在将管道放到管沟前和回填过程中检查管沟底部,确保管道不被尖棱物体如石头或金属片损伤。第15页/共57页1 1、适合焊接的管材:、适合焊接的管材:DN63mmDN63mm以以上上或或者者壁壁厚厚6mm6mm以以上上;焊焊接接端端部部SDRSDR相相同同;尽尽可可能能是是相同的材料;相同的材料;2 2、适合的焊接温度:、适合的焊接温度:通通常常200-235
9、200-235,过过热热会会引引起起材材料料降降解解,加加热热不不充充分分会会导导致致材料软化不够;材料软化不够;3 3、加热时间(形成卷边):、加热时间(形成卷边):热热板板达达到到设设定定温温度度后后,应应保保持持一一定定恒恒温温时时间间,然然后后再再将将端端面面修修平平的的管管材材以以焊焊接接压压力力PP11(包包括括拖拖动动压压力力)压压紧紧在在热热板板上上并并保保持持一一定的时间,直到形成规定宽度的卷边;定的时间,直到形成规定宽度的卷边;4 4、吸热时间:、吸热时间:达达到到规规定定卷卷边边后后,将将压压力力切切换换至至低低压压PP22(接接近近于于00)使使管管材材端端面面和和加加
10、热热板板之之间间刚刚好好保保持持接接触触开开始始吸吸热热,吸吸热热时时间间是是管管材材壁壁厚厚的的1010倍倍,在在操操作作中中常常见见的的错错误误是是吸吸热热时时间间太太短短,不不能能保保证证管管材材端端面面材料获得足够的熔融深度;材料获得足够的熔融深度;第16页/共57页5 5、切换时间:、切换时间:达达到到吸吸热热时时间间后后,移移走走加加热热板板,再再合合拢拢焊焊机机夹夹具具,使使管管材材端端面面接接触触;在在这这段段时时间间内内,熔熔融融的的物物料料暴暴露露在在空空气气中中,不不但但会会迅迅速速降降温温,还还会会产产生生一一定定程程度度的的热热降降解解,因因此此切切换换时时间间的的控
11、控制制非非常常重重要要,越短越好;越短越好;6 6、增压时间:、增压时间:重重新新建建立立焊焊接接压压力力是是,应应平平稳稳迅迅速速而而不不能能太太过过突突然然,以以免免熔熔体体不均匀流动或产生较大的内应力;不均匀流动或产生较大的内应力;7 7、焊接(冷却)压力:、焊接(冷却)压力:焊焊接接压压力力不不能能过过高高,以以免免将将焊焊接接面面上上的的熔熔融融物物料料完完全全挤挤跑跑,形形成冷焊接头;焊接(冷却)压力应在整个冷却过程中保持不变;成冷焊接头;焊接(冷却)压力应在整个冷却过程中保持不变;8 8、冷却时间:、冷却时间:在在整整个个冷冷却却过过程程中中,对对接接焊焊机机应应保保持持压压紧紧
12、状状态态,冷冷却却时时间间对对于于接接头头质质量量有有着着非非常常重重要要的的影影响响,为为提提高高效效率率而而人人为为缩缩短短冷冷却却时时间间是非常错误的;是非常错误的;第17页/共57页9 9、工作环境:、工作环境:环境温度低于环境温度低于-5-5时,应采取保护措施;时,应采取保护措施;1010、端面铣削:、端面铣削:铣铣削削端端面面时时,压压紧紧力力应应足足以以使使铣铣刀刀两两侧侧产产生生稳稳定定连连续续的的PEPE薄薄片片,撤撤走走铣铣刀刀时时,应应先先降降低低压压力力,保保持持铣铣刀刀继继续续旋旋转转,直直到到不不再再切切削削下下PEPE层再移走铣刀,以免管材起毛刺;层再移走铣刀,以
13、免管材起毛刺;1111、拖动阻力:、拖动阻力:焊焊接接前前一一定定要要测测量量焊焊机机的的摩摩擦擦损损失失和和拖拖动动阻阻力力,并并将将其其加加到到需需要要的的焊焊接接压压力力上上;应应尽尽可可能能减减少少拖拖动动阻阻力力,例例如如使使用用短短管管作作为为滚滚筒;筒;1212、设备状况:、设备状况:焊焊接接设设备备应应定定期期维维护护。加加热热表表面面的的清清洁洁和和完完整整性性、温温控控精精度度、对中能力均非常重要。焊机不使用时,应储存保护好。对中能力均非常重要。焊机不使用时,应储存保护好。第18页/共57页热熔对接焊接工艺评定检验与试验 非破坏性检验(1)宏观(外观):卷边应沿整个外圆周平
14、滑对称,尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不得有切口或者缺口状缺陷,不得有明显的海绵状浮渣出现,无明显的气孔。卷边的中心高度K值 0;焊接处的错边量 管材壁厚的10;(2)卷边切除检查:卷边应当是实心圆滑的,根部较宽。卷边底面不得有污染、孔洞等。若发现杂质、小孔、偏移或者损坏时,则判定为不合格。(3)卷边背弯试验:不开裂、无裂纹 方法:将卷边每隔几厘米进行1800的背弯试验进行检查;破坏性检验(4)拉伸性能 GB/T19810-2005;断口为韧性破坏(5)耐压(静液压)强度试验 GB/T6111-2003;焊接处无破坏,无渗漏合格的实心卷边背弯试验开裂第19页/共57页三、聚乙烯管道焊接施工设备第2
15、0页/共57页热熔对接焊用设备热熔对接焊用设备热熔对接焊机,是用来实施对对接件端面进行加热焊接的专用设备。热熔对接焊机一般可分为普通热熔焊机和全自动热熔对接焊机两类。热熔对接焊专用工具。第21页/共57页1.1.机架:机架:机架用来卡装待焊管材,且对椭圆的管材具有校正的功能。夹具应有良好的同轴度,一般不宜超过0.3mm。由以下部件组成:两个固定卡盘,两个装在导向液压缸上的活动卡盘,可与横向连杆配合定位;一个加强机架;带两个快速接头的液压装置。注:机架用于夹紧与固定管材。并应能对管材的错边量进行调整(错边量不得大于管材壁厚的10%)。机架上的夹具应能对管材端部起到复圆的作用。机架的结构应能方便地
16、熔接各种管件,如弯头、变径、三通、法兰等。机架上的油缸导杆应具有足够的强度与刚度。第22页/共57页2.2.铣刀:铣刀:铣刀用来铣削待焊管材端面,由以下部件组成:铣刀体;电动马达及其连接插头;两个旋转部件及刀片;注:铣刀一般使用微型电机或电钻为动力源,经过一系列减速装置减速,带动刀片对管材表面进行铣削。铣削后的管材表面应与轴线垂直。第23页/共57页3.3.加热板:加热板:加热板用来加热待焊管材端面,由如下部件组成:涂有保护层的加热板;温度指示器;计时器(用于在整个熔接过程中的不同阶段的计时)。注:加热板一般由专用电子温控器作为控制元件,由温度传感器作反馈信号,对加热板的温度进行精确的控制。加
17、热板表面的温度应均匀一致。加热板的温度校准应使用高精度温度计进行。一般加热板在出厂前就已校核好,用户不需自已调节。由于熔融的聚乙烯物料上会粘附在加热板上影响熔接质量,故加热板表面一般应包覆聚四氟乙烯等与聚乙烯物料不粘的材料。第24页/共57页4.4.液压控制箱:液压控制箱:液压控制箱用来提供和控制焊接过程中所需的压力,由以下部件组成:液压泵;两个柔性接头;蓄能器;压力表;调压阀;注:液压系统应能提供稳定的压力,管材经加热板加热熔融后,应迅速接合。若时间过长,将会使熔融的物料重结晶。所以,液压系统应灵敏迅速,无爬行现象。由于管材接合后是保压冷却,保压时间很长,故对液压系统的长期工作性能要求较高,
18、要求选用粘度较高的液压油。此外最好能让液压泵在保压过程中不要长期转动产生热量,提高焊接过程中液压系统提供压力的稳定性。第25页/共57页 半自动热熔对接焊机 第第五五章章P PE E管管道道的的施施工工第26页/共57页全自动对接焊机构造全自动对接焊机构造主要由四部分组成:主要由四部分组成:控制箱控制箱 机架机架 加热板加热板 铣刀铣刀第27页/共57页全自动对接焊机与普通对接焊机的区别全自动对接焊机与普通对接焊机的区别1.1.对焊接过程的温度、时间、压力输入芯片中,进行不间断对焊接过程的温度、时间、压力输入芯片中,进行不间断的全自动控制。的全自动控制。2.2.切换对接段由焊机自动进行,焊接参
19、数自动生成;保证了切换对接段由焊机自动进行,焊接参数自动生成;保证了焊接参数的正确性,减少了人为因素对焊口质量的影响。焊接参数的正确性,减少了人为因素对焊口质量的影响。3.3.对操作人员和焊机使用期限识别;拒绝无证人员操作,拒对操作人员和焊机使用期限识别;拒绝无证人员操作,拒绝过期不检修校正的焊机工作。绝过期不检修校正的焊机工作。4.4.记录每一个焊口的整个焊接过程参数;解决了焊接数据依记录每一个焊口的整个焊接过程参数;解决了焊接数据依靠人工纪录可信度差。靠人工纪录可信度差。5.5.具备管理功能;储存的操作者代码、工程代码、材料生产具备管理功能;储存的操作者代码、工程代码、材料生产厂代码、焊接
20、参数可随时进行查阅、打印、取出,进行分厂代码、焊接参数可随时进行查阅、打印、取出,进行分析、存档备查;人、机得到有效的控制。析、存档备查;人、机得到有效的控制。6.6.焊口质量一致性好。焊口质量一致性好。但焊接时的支撑辊轮、错边调整、焊接端面清洁但焊接时的支撑辊轮、错边调整、焊接端面清洁等与普通焊机操作相同。等与普通焊机操作相同。第28页/共57页管道热熔对接宜采用全自动焊机。全自动热熔对接焊机应当具有以下功能:(一)可以实现一致、可靠、可重复的操作;(二)系统将控制监视并记录焊接过程各阶段的主要参数,以判断每一焊口的状况;(三)焊机有数据检索存储装置和数据下载接口,存储容量至少为200个焊口
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