PE管材焊接技術(shù)與應用

張云愛

(天津森普管材有限公司，天津 300270)

PE管材連接包括熱熔焊接和電熔焊接兩種方式

熱熔焊接是通過加熱板將需要焊接PE管材的兩端加熱，加熱到規(guī)定熔融溫度，然后在規(guī)定的壓力下進行冷卻，最終達到熔接在一起的目的。

1 熱熔焊機

熱熔焊機是用來進行對高密度聚乙烯（HDPE）進行加熱焊接的專用設備，焊機的質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量，它的性能要符合ISO12176-1標準要求。其主要由泵站、機架、夾具、加熱板、銑刀等部分組成。

熱熔對接焊焊接的過程分三個階段：加熱段、切換對接段和冷卻段；也就是說在對接焊具備焊接條件的情況下，每一個焊口都要經(jīng)過這三個階段的循環(huán)。熱熔堆焊的工藝參數(shù)有三個：壓力、溫度、時間；在工藝溫度下焊接壓力和焊接時間的關(guān)系，見圖1。

1.1 溫度

焊接溫度一般為200～235℃，標準狀況下的焊接工藝參數(shù)PE80材料焊接溫度為210±10℃；PE100材料為225±10℃。

圖1 焊接工藝曲線圖

圖中：

P1——焊接規(guī)定；

P2——總的焊接壓力，P2=P1+P拖，MPa；

P拖——拖動壓力，MPa；

t1——卷邊達到規(guī)定高度的時間，卷邊高度mm；t2——對接焊需要的吸熱時間，s；

t3——撤去加熱板的時間，s；

t4——壓力升到P2所需要的時間，s；

t5——冷卻時間，min。

1.2 壓力

需焊接的焊接面的標準壓力或力值P0=0.15 N/mm2。

1.3 管材/管件所需的對接力

公式為 F1=P0.A

式中：

F1——管材/管件所需的對接力，N；

P0——作用于管材上單位面積的力，0.15 N/mm2；A——管材/管件截面積，mm2。

焊機的液壓系統(tǒng)給出的力：

式中：

F2——焊機需要輸出的對接力，N；

P1——焊機液壓系統(tǒng)壓力，MPa；

S——焊機液壓缸活塞的有效面積，mm2。

拖動拉力P拖：是焊機夾具克服各種阻力（摩擦力和拖動力）需要的拉力，它是一個變數(shù)，根據(jù)焊接環(huán)境、夾持管材長度、重量不同而調(diào)整。

焊接總的壓力P2：

吸熱時間（s）t2；管材/管件壁厚(mm)×10(s)，根據(jù)材料、壁厚確定。根據(jù)氣溫等環(huán)境變化時而適當調(diào)整。

1.4 熱熔對接焊的標準工藝參數(shù)

熱熔對接焊的標準工藝參數(shù)表1。

表1 SDR11常用管材焊接參數(shù)

2 操作步驟

2.1 準備工作

（1）檢查液壓系統(tǒng)；

（2）檢查電源電壓、電路，確認電源符合焊機要求；

（3）檢查清潔加熱板，加熱板四氟乙烯涂層完好，不得存在破損現(xiàn)象；

（4）接通電源，檢查加熱板、液壓系統(tǒng)、銑刀等完好，空載試機；

（5）將加熱板加熱到規(guī)定溫度后，保持10 min以上，確保熱板溫度有效區(qū)域溫度均勻穩(wěn)定；

（6）準備焊接相關(guān)的輔助工具，如扳手等；

（7）安裝相應規(guī)格的卡瓦，鏈接牢固無松動。

2.2 安裝焊接管材

（1）按工藝要求設定焊接工藝參數(shù)；

（2）安裝焊接管材，安裝時注意調(diào)整同心度，加裝管材支撐導輪，減少拖動摩擦力；用卡瓦校正管材橢圓度；

（3）將管材焊接端頭內(nèi)外表面清潔，至少20 mm。

2.3 銑削焊接管材端面

（1）調(diào)整好管材端頭錯口符合要求后，放上銑刀，鎖上安全鎖，防止銑削時銑刀晃動；

（2）啟動銑刀，轉(zhuǎn)動正常后，啟動液壓系統(tǒng)逐步加壓到規(guī)定壓力開始銑削管端，當銑削兩端都形成連續(xù)的長屑，且寬度等于壁厚后，逐步降壓，打開機架，關(guān)閉銑刀，撤去銑刀；

（3）將銑削下來料屑清理干凈。

2.4 檢測拖動壓力

（1）均勻緩慢加壓閉合機架，觀察液壓壓力表，機架開始運動時壓力值為拖動壓力（P拖），注意：每次焊接都必須測量拖動壓力（P拖）；

（2）檢查焊接端面，檢查焊接面的錯邊量，錯邊量 ＜ 壁厚10%；

（3）加壓到焊接壓力，檢查管材安裝是否夾緊；如果未夾緊重新夾緊；

（4）檢查沒問題后，打開機架。

2.5 焊接管材端面加熱

（1）放上加熱板，閉合機架，開始加熱，調(diào)整壓力至焊接總壓力(P2)=拖動壓力(P拖)+焊接壓力（P1）；

（2）當加熱板兩側(cè)卷邊高度達到規(guī)定值時，迅速降壓至拖動壓力（P拖）開始吸熱并計時，吸熱時間必須要達到規(guī)定時間。

2.6 熱熔焊接

（1）吸熱時間到后，打開機架，立即撤去加熱板后，立即閉合機架，在規(guī)定的時間內(nèi)，將壓力勻速升至焊接壓力；

（2）開始冷卻，冷卻計時。

2.7 拆卸卡瓦，焊接結(jié)束

冷卻時間到后，降壓至0，松開卡瓦，取出焊接完的管材，打開機架，焊接結(jié)束，進行下一個焊口焊接。

3 電熔焊接

電熔焊接焊接原理：通過專用電熔焊機將預埋在電熔管件內(nèi)表面的電阻絲通電后發(fā)熱，使電熔管件內(nèi)表面和承插管材的外表面達到熔化溫度，熔化融合，冷卻后成為一體，達到焊接目的

電熔焊機有半自動和全自動焊機，全自動電熔焊機焊接時，焊接參數(shù)是由焊機讀碼器直接掃描電熔管件上的條碼，將所有的焊接參數(shù)自動輸入焊機，然后進行焊接。

電熔焊適用于不同材料等級和不同SDR系列管材的連接，但是應當注意電熔管件材料的分級（最小環(huán)向應力“MRS”）和壁厚，當使用的電熔管件用于連接的管材不是由相同“MRS”分級的聚乙烯（PE）材料制造時，管材和電熔管件壁厚之間關(guān)系應當符合表2。

表2 管材和電熔管件的壁厚關(guān)系（焊接溫度：PE80一般為210±10℃；PE100為225±10℃）

4 操作步驟

4.1 焊接準備工作

（1）檢查電源電壓，確認電熔焊機連接電壓在焊機要求的范圍之內(nèi)。

（2）電源線滿足焊機輸出功率的要求。

（3）焊機接地良好。

4.2 電熔焊接

（1）打開電容焊機，焊機正常，無報警。

（2）準備焊接管材，管端面平整，垂直軸線。

（3）量取電熔管件承插長度，在承插焊接管材上劃線，標示清楚。

（4）用專用刮刀刮去管材表面氧化皮：將劃線內(nèi)需焊接的管材表面刮去0.1～0.2 mm厚度，保持清潔干燥。

（5）承插安裝；將電熔管件套在需焊接的管材上，承插至劃線標記處。

（6）安裝固定；用專用的電熔卡具進行安裝固定，必要時復圓，確保管材圓度和焊接同軸度。

（7）接通電源。

（8）調(diào)整電熔焊機，調(diào)至“自動”焊接模式

（9）用掃描器讀取條碼，讀取焊接參數(shù)到電熔焊機。

（10）起動焊機自動焊接，同時自動計時儲存有關(guān)焊接參數(shù)。

（11）焊接結(jié)束；根據(jù)焊機提示，關(guān)掉電源；進行下一個焊口。

5 總結(jié)

PE管材焊接方式主要包括熱熔對接焊和電熔焊接，兩種方式的焊接設備不同，焊接工藝也完全不同，熱熔對接焊主要焊接參數(shù)包括焊接壓力和時間，電熔焊接主要注意焊接電流和焊接時間，不同情況下采用不同的焊接方式，各有利弊，只要嚴格按照要求操作，都能保證焊接質(zhì)量。

[1] TSG Z6002—2010 特種設備焊接操作人員考核細則.

[2] GB/T13663—2000 給水用聚乙烯管材標準.

[3] GB15558—2015 燃氣用埋地聚乙烯管道系統(tǒng).