聚乙烯燃气管道全自动焊接技术范文

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摘要:聚乙烯燃气管道（简称“PE管”）在我国的研究与发展起于20世纪80年代初期，随着近年来城镇燃气的快速发展，在埋地管道材料地选择上，聚乙烯燃气管道以其性能优越，质量可靠，施工便捷，运行安全，维护简便，费用经济等优势，已逐步取代了钢管在城镇燃气上的使用。文章主要对聚乙烯燃气管材的特点，聚乙烯燃气管材热熔对接时全自动热熔焊机的使用、焊接后焊接资料的填写、焊接需要注意的事项、焊接质量控制以及焊接后对焊缝的检测做一个深入的核心价值分析。

关键词:全自动热熔焊机；焊接；聚乙烯燃气管道

1聚乙烯燃气管材使用背景及理化性质简介

1.1聚乙烯燃气管材使用的背景及特征

聚乙烯燃气管材由于具有抗腐蚀能力和柔韧性强，制管标准和生产技术成熟、产品质优价廉、安装快捷等优点，已被广泛应用于中低压城市燃气管网系统。随着城市轨道交通的快速发展，钢质燃气管道在轨道交通杂散电流的影响下加速腐蚀，已严重威胁到燃气管道的安全。聚乙烯管材无疑是目前城市燃气管网的首选。

1.2聚乙烯材料的理化性

质聚乙烯有优异的化学稳定性，常温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，但硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反应，加速基材的脆裂。碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。在焊接压力的作用下，焊缝附近熔融塑料发生二维流动，使得材料在原有晶核的基础上诱导而产生更多的晶核，从而使这个焊缝区域内的结晶度增加，强度和硬度也随之增大，因此，缝焊的拉伸强度比基材的位伸强度大。由于热熔对接焊接头中焊缝区域的结晶度高于基材部分的结晶度，合格的焊缝的拉伸强度和硬度均高于基材。高聚物的球晶结构和大小对聚乙烯的冲击强度影响更大。如果在冷却和退火过程中生成了大球晶的话，那么高聚物的冲击强度就要显著下降。因此,在焊接时应采用合适的加热板温度和加热时间,在低温和风大的环境中焊接时应采取保护措施，防止由于冷却速度过快对焊缝区域的结晶度和球晶尺寸造成影响,出现冲击强度低于基材的现象,使焊接接头在使用过程中产生脆断。

2全自动热熔焊机结构简介

2.1全自动热熔焊机

整体结构全自动热熔焊机由①提篮、②铣刀、③加热板、④控制箱五部分组成。

2.2控制箱结构

控制箱由①打印机、②触摸屏、③控制按钮三部分组成。

2.3操作按钮介绍

操作按钮共有九个，分别为①铣削、②机架退、③加热板升、④确认、⑤焊接、⑥打印、⑦加热板降、⑧机架进、⑨复位。

3全自动热熔焊机焊接操作及焊后检查

3.1焊接前参数设置

在全自动热熔焊机启动后，点击焊接参数进入焊接参数设置页面，根据需焊接聚乙烯燃气管材的规格型号、工程编号、焊口号、操作工号等进行设置。第一步需设置的是工程编号，按工程每个字的开头字母进行输入。第二步需设置焊口号，按照现场监理的编号交底要求进行输入。第三步需设置焊接此道焊口的焊工编号，按焊工证上的档案编号后4位进行输入。第四步需设置聚乙烯燃气管材的SDR标准尺寸比，按需焊接的聚乙烯燃气管材实际标准进行输入。第五步需设置聚乙烯燃气管材的材质PE100或PE80,按需焊接的聚乙烯燃气管材实际材质进行输入。第六步需设置聚乙烯燃气管材外径，按按需焊接的聚乙烯燃气管材实际外径进行输入。输入完成后再次确认管材的规格型号是否与实际相符。

3.2管道焊接

3.2.1焊接时注意事项聚乙烯管道热熔连接操作时的环境温度应控制在-5～45℃范围内，风力大于5级的条件下进行焊接操作时，应采取有效的保温、防风措施；在炎热的夏季进行连接时，应遮免阳光直射，雨天或沟槽有积水时，必须采取有效的防护措施避免接口接触雨水或沟槽内积水。焊接作业前，应清理清洁所有的机具、焊机和管材，保持清洁、无油污污染。管道切割时,必须使用旋转切刀切割管材，严禁使用带锯齿的切割工具切割聚乙烯管材。热熔焊前，必须保持热熔焊机加热板和铣削刀具表面清洁，没有污染物、尘垢及聚乙烯熔结物。必须使用220V、50Hz的交流电，电压变化在±5%以内，电源应有接地线；热熔对接连接设备应定期校准和检定，周期不宜超过1年。只有材质相同（同为PE80或同为PE100，并且原料牌号相同、生产厂家相同）、外径相同、SDR相同的管道方可允许进行热熔对接，严禁混用。管道连接前，应对管材、管件及附属设备按设计要求进行核对，并进行外观检查，再检查焊机设置参数与聚乙烯管材和管件的材料级别、规格型号等是否一致。当改变管材和管件的材料级别或规格型号时，应重新设置焊机参数。管材表面划伤深度不能超过管材壁厚度的10%，符合要求方可使用。

3.2.2管材装夹将管材装卡,并拧紧上卡套两侧的锁紧螺栓，保证断面的垂直度和平面度，接口的错口必须控制在规范允许范围以内(不大于壁厚的10%)。按下控制箱面板上的“机架进”键，使两段管材合并,观察两段管材是否同心以及错边量的大小，若不同心则需重新进行调整卡套两侧的锁紧螺栓，直至同心为止。调整完毕后,按下控制箱面板上的“机架退”键，将动卡套后移，准备铣销。

3.2.3铣削管材管材装卡完毕后,点击DVS设定好的焊接标准键，按下控制箱面板上的“铣削”键，机架会拖动装夹的管道前进并进行一个拖动压力的测试，测试完毕后机架会退回原来的位置，显示屏显示放入铣刀的提示（图8），放入铣刀后动卡套带动管材自动前进，这时铣刀旋转，开始铣削管材焊接面，当管材接面平滑后，按“确认”键停止铣刀的工作。铣削完毕后,自动控制系统自动停止铣刀旋转，动卡套自动后退，取出铣刀，并按下控制箱面板上的“机架进”键，两段管材合并，观察两段管材是否同心，若不同心则应重新铣削。

3.2.4管道熔接铣削完成后再次检查管道的错边量，满足要求后根据提示按下控制箱面板上的“焊接”键，当加热板温度达到设定好的温度时，焊机进入全自动焊接状态，无需人工进行操作，以减少人为因素对焊接的干扰。待加热过程完毕后报警灯自动亮起，蜂鸣器响起，动卡套后退，加热板自动弹起，动卡套自动前进，系统进入焊接、冷却阶段，直到焊接完毕。焊接施工过程中应避免强烈阳光直射，采用遮阳棚做好防护。热熔焊接过程分为5个阶段:T1阶段:加热阶段压力P1作用在焊接界面上,其目的是消除管材的端面与加热板之间的间隙，以便于管材整个端面能够被均匀加热，正因如此，在标准中这一时段并没有给出时间参数，而是以形成的熔出物的高度为参数。T2阶段:吸热阶段压力PT作用在焊接界面上，其目的是使焊接界面的树脂充分熔接，在TSGD2002-1标准中，T2与管材的壁厚相关，在这一时段PT是非常重要的，PT过高会使熔融的树脂被不断挤出，过低则存在断面与与加热板脱开的可能，使界面不能充分加热，造成接口的严重缺陷。T3阶段:吸热板取出阶段焊接端面在脱离热源后表面温度会迅速降低，特别是在低温、大风天气的情况下，降温速度更快，理论上这段时间越短越好。T4阶段:焊接阶段焊接压力P1渐渐建立阶段,这种加压模式能使两个端面的聚烯烃分子在熔流态下获得最好的绕结，是否按给定的斜率建立压力，甚至可以成为判定自动焊机性能的最重要指标。T5阶段:冷却阶段保压冷却时间段，在这个时间段内压力应保持恒定。在焊接过程中应注意焊接时管材的吸热时间、切换时间、增压时间、冷却时间、及卷边高度等都应符合《TSGD2002—2006燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》中管材焊接参数的要求。

3.2.5焊接数据打印焊接完成时，显示屏会显示焊接完成字样（图9），此时按下“打印”按键，将焊接数据进行打印保存，同时再次核对焊接小票上面的各项数据是否与所焊接的管材相符，如发现与焊接管材的规格型号不符，应对该焊缝进行割除并重新焊接。对于检查不合格的焊口要求割除重新焊接。

4焊接后资料保存与填写

每道焊口完成后应填写相应的焊接记录，每天应将当日的焊接小票在A4纸上进行粘贴并复印保存，每道焊口的焊接记录应及时、准确地完成。焊接记录的填写主要体现于焊口编号、焊工号、环境温度（℃）、焊接温度（℃）、拖动压力（MPa）、对接压力（MPa）、翻边压力（MPa）、吸热时间（s）、切换时间（s）、增压时间（s）、冷却时间（s）、翻边高度（mm）、翻边切除质量检查等数据，且应与打印的焊接小票上面的数据相符。

5焊接质量控制

质量控制要点:焊工资格、焊接环境、焊缝翻边质量、焊机运行是否正常、焊接材料是否符合要求。

6结语

总的来说,在使用全自动热熔对接焊机时,人为的操作因素会降到最低，能更好地保证聚乙烯燃气管道焊缝的质量。然而，人为操作失误也是不可能完全避免的。例如，施工时曾出现过由于操作人员疏忽，在焊接前的操作界面未更改需焊接管道的管径，在查看焊接小票时，发现问题所在并及时对该焊口进行割除并重新焊接。全自动热熔对接焊机不足之处在于施工现场一般地形比较复杂，而焊机本身过于笨重，搬运的过程占据每日作业时间的1/10，如果能减轻全自动热熔对接焊机的重量，使之搬运更加便捷，将能更好地提高工作效率。此外，还应通过定期培训让焊接人员能更好地掌握全自动热熔焊机的性能，排除简单的故障，做好自身的工作。

参考文献:

[1]TSGD2002—2006,燃气用聚乙烯管道焊接技术规则[S].

[2]CJJ63—2008,聚乙烯燃气管道工程技术规程[S].

[3]无锡市胜达塑管熔接设备有限公司QZD250全自动热熔对接焊机产品手册[Z].

作者:钱洪;刘重 单位：中国石油天然气第一建设有限公司