聚乙烯(PE)给水管道焊接

聚乙烯（ＰＥ）给水管道焊接　孟会敏　，李国栋　，李　林。　（１．河南省濮阳市中原油田培训中心高技能人才培训部，河南濮阳４５７００１；　２．北京工业大学，北京１０００２２；３．河南省濮阳市中原油田培训中心供水管理处，河南濮阳４５７００１）　摘要：ＰＥ热熔管是一种新型的建筑给水管材，本文阐述了ＰＥ给水管的焊接工艺及质量控制，讨　论了加热板温度、焊接压力和加热时间对焊缝成形的影响，并针对施工中出现的焊道窄、隆起高、焊道低　有深沟等质量缺陷，分析了其产生原因，找出了解决办法，ＰＥ给水热熔管，焊接采用热熔焊接工艺取得了　良好的效果。为进一步扩大应用提供了参考。　关键词：ＰＥ给水管；热熔焊接；焊缝成形　中图分类号：ＴＧ　４５７．１１　文献标志码：Ａ　普通钢管因其管材自身的缺陷，在供水管线使　再结晶。因此，对于热熔焊过程而言，加热温度、焊　用中易产生腐蚀、生锈、结垢、泄露及堵塞等弊病，从　制压力、冷却和加热时间决定了焊缝品质的　而对水质造成严重的２次污染。近年来，随着高分　高低　。　子材料技术的飞跃发展，聚乙烯（ＰＥ）管道由于其独　热熔对接焊口在承受拉力和压力时都比管材本　特而良好的可熔接（焊接）性、连接方便（热熔对接、　身具有更高强度，其主要工艺过程如图１所示。　电熔连接）、抗开裂性、环保、卫生、可回收使用等优　点，而成为城市输气管网、中低压供水管网的最佳选　加热板　择，在我国得到了高速发展，塑料给水管材的开发利　湘：　国　用将逐步替代普通钢管。在中原油田生活小区管网　一改造项目中，给水主管道为公称直径１６０　ｍｍ（简　：ａ）　ｂ）　目　ｃ）日　礓　　ｄ）　称ＰＥ１６０）的ＰＥ给水热熔管，焊接采用热熔焊接　工艺，取得了良好的效果。　图ｌ　热熔对接焊的主要工艺过程　１　ＰＥ给水管的材质分析　３　施焊工艺　ＰＥ给水管原材料为聚乙烯，他是一种高分子　３．１　焊前准备　量的有机合成的惰性材料。具有良好的刚性和韧　３．１．１管道材料及焊接设备　性，可耐多种化学介质的侵蚀，不会发生腐烂，生锈　施工时给水管材选用的是上海上丰集团有限公　和腐蚀现象。ＰＥ管的低温脆化温度极低，可在一　司生产的ＰＥ１６０给水管，壁厚９．５　ｍｍ，公称压力　４０℃温度范围使用，在冬季安装施工中不会发生管　１．０　ＭＰａ。焊机选用成都东飞新科技实业有限公司　道脆裂，并具有良好的抵抗快速裂纹传递能力。使　生产的ＤＦＨＪ一１６０Ｙ（液压型）热熔对焊机。　用年限可达５０年。　３．１．２焊前清洗　用软布蘸酒精清洗加热板板面，使其无污物。　２　ＰＥ热熔焊原理　将管材待连接端先用清水或皂水及软布把上面的油　热熔对接焊的原理是采用热熔对焊机将２个制　渍、泥污清洗掉，然后用酒精擦试干净，使其露出管　件表面加热到设定的温度，使其熔化，然后施加足够　道本来的光泽。　的外力将它们迅速贴合，并保持一定的压力，经充分　３．１．３母材修整　冷却后使管材连接。聚乙烯是一种具有半结晶的热　开启对接机与液压泵的开关，用机架上的铣削　塑性高分子聚合物，具非极性的长链分子结构，分子　刀具将管材的连接面铣削平整，将待焊两管轴线对　之间相互缠绕和贯穿，具有非常典型的玻璃态、高弹　齐，保证内壁和待焊端面齐平，使其错位不大于　态、粘流态３个物态区间。热熔焊充分运用扩散原　２　ｍｍ。　理，在晶体的融熔温度附近，聚乙烯分子吸收足够的　３．２焊接工艺参数　能量，导致其剧烈运动，在外力的作用下，熔融界面　试验结果表明，焊缝成形的好坏主要由焊接过　的分子相互渗透和缠绕，进行分子链的物理重组和　程中的加热板温度、焊接压力及加热时间决定。试　・６２・　《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究　２００８年　第６期　维普资讯 http://www.cqvip.com 验用焊接工艺参数如表１所示。　表１焊接工艺参数　管道　焊缝的边缘而形成热熔环，同时会改变焊接接头的　形状。由于熔融物流出的结果，使焊缝中内熔化层　焊接　隆起冷却　预热压力预热　熔融　预热隆起　熔融加热　置换　焊接的深度减小，增加了各区加热的不均匀性，改变了总　壁厚　／ｍｍ　温度高度　压力　时间　时间　压力高度时间　的温度分布，使聚乙烯给水管在接触面上发生取向。　因此，焊接时，常常在加热和压紧时采用低压。另一　方面，加热时的压力应能足以使管道端面上的不平　度很快地平整，而压紧时的压力应保证能使两平面　牢固地结合，排除气孔和气体夹杂物并尽量增加实　现相互扩散的面积。接触以后，要求焊接压力应能　补偿聚合物材料冷却过程中的收缩。当压力过小或　没有压力时，收缩会导致收缩孔的出现，增大结构的　／ＭＰａ／℃　／ｍｍ　／ＭＰａ　／Ｓ　１．０　０．０１　７Ｏ～１２Ｃ　≤６　／ＭＰａ／ｒａｍ／ｒａｉｎ　０．５　５１　０～１　６　７．０～１１．４　０．５　２１０　３．３　焊接过程　１）焊接前，再次检查待焊２管是否有错位，保　持内壁和端面齐平。打开加热开关和温控仪，将预　热温度调节至２１０℃，使加热板达到所设定的温度。　然后将表面温度已均匀的加热板放在机架上，扳动　操作手柄至“进”的位置，调整“凋速阀”旋钮，以使动　夹具带动管件快速靠近加热板，当管件贴上加热板　两面后，仍使动夹具保持“进”状态。并加大进给压　力到０．５　ＭＰａ，待端面出现１．０　ｍｍ卷边时将“进　退”操作手柄板回中位，打开泄压阀使其压力降低为　０．０１　ＭＰａ，关闭泄压阀使管材在微压状态下加热。　在计时器上设定加热时间为１００　Ｓ，然后打开计时器　进入熔融过程。　缺陷，增加残余应力　。　目日一图２加热板温度对　　图３焊接压力过低对　焊缝成形的影响　焊缝成形的影响　焊接压力过低及过高时对焊缝成形的影响分别　如图３及图４所示。解决办法，可以在置换完后，迅　２）当报警器提示加热过程结束后，将计时器关　闭，操作手柄将加热板从已被熔融的管材上脱开，置　换时间应≤６　Ｓ，然后快速操作手柄以使动夹具带动　管材快速合拢对接，并调整焊接压力至０．５　ＭＰａ，直　至对接口卷边５　ｍｍ为止，关闭泄压阀保持焊接压　力，并打开计时器设定冷却时间为１５　ｍｉｎ。待管材　速对接管材，并调整焊接压力为０．５　ＭＰａ，保持该压　力直至冷却。　一图４Ｅ日　图５焊遁宽窄　冷却至环境温度后卸下管材，焊接结束。　焊接压力过大对　焊缝成形的影响　不均示意图　４施工工艺对焊缝成形的影响　４．１　加热板温度对焊缝成形的影响　４．３加热时间对焊缝成形的影响　聚乙烯给水管加热时间主要由管道壁厚、加热　板温度及环境条件决定。增加加热时间，熔融区长　度增大，有助于消除未焊透，降低焊接残余应力。但　是加热时间太长，会使材料发生热氧化破坏，增大熔　融材料的焊接熔环，从而增大焊接应力分布的不均　匀性。同时会增大对接面的“月牙形”弯曲度，从而　造成捕集空气的危险，以及使管道失去稳定性的危　险。当加热时间不够时，接触的边界就不消失，还会　出现未焊透。此外，２管加热时间不同，两管熔化温　加热板温度是聚乙烯给水管焊接时的一个重要　工艺参数，对焊缝成形起着决定性的作用。加热板　温度太高，塑料将发生热氧化破坏，析出挥发性产　物，即使在接触压力非常大的情况下，也无法将气孔　全部排出，仍会有部分气孔残留在焊缝内，从而使结　构的抗脆性破坏下降。但加热温度太低又使被焊２　管端得不到充分的加热，粘结强度较小，在焊缝中会　造成未焊透，从而影响连接强度。加热板温度过低，　往往会造成焊道中心下凹，如图２所示。实际焊接　中，造成这种缺陷的原因往往是由于焊接时抽取加　度不同，加热板受热不均，还会产生焊道宽窄不均等　缺陷，如图５所示。解决办法，可以在加热前用酒精　擦试干净。加热板设定温度到时后，应继续加热１５　～热板对接管材时的置换时间太长，使管材的加热面　温度降低形成的ｌ３］。　４．２焊接压力对焊缝成形的影响　２０　ｍｉｎ，使加热板均匀受热。　４．４装配工艺对焊缝成形的影响　焊接压力在焊接过程中起着重要的作用。选择　适当的焊接压力是为了使焊缝区的熔体产生合适的　聚乙烯（ＰＥ）给水管在焊接装配时由于人为因　素常常会造成给水管不对中等情况，如图６所示，从　剪切流动并达到最佳的焊缝位置。聚乙烯（ＰＥ）给　水管材料在加热和压紧时，在压力的作用下会流向　而在焊后出现管材接口错位等情况，不仅影响焊接　质量，而且焊接接头影响美观。解决办法，可以焊接　・６３・　《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究　２００８年　第６期　维普资讯 http://www.cqvip.com

推杆式锻造加热炉炉底材料的选取　程　文　（株洲职业技术学院，湖南株洲４１２０００）　摘　要：简述了推杆式锻造加热炉炉底工况，以及炉底工作环境；高温耐磨浇注料的性能特点是强度　高，中温强度不下降反而显著升高，耐磨性能好，显气孔率低，低熔点物质少。因此，抗渣浸性能强，热震　稳定性能优异，能满足推杆式锻造加热炉的使用要求。着重介绍了高温耐磨炉底材料的组成和基本性　能。该材料在相当宽的温度区域内具有很高的抗折强度、耐压强度、抗渣浸能力、热震稳定性和高温耐磨　性能。　关键词：锻造加热炉；高温耐磨；炉底材料　中图分类号：ＴＧ　３０７　文献标志码：Ａ　某厂现有５台推杆式锻造加热炉（技术参数见　表１推杆式锻造加热炉技术参数　表１），用于车辆部件的锻造加热。在实际生产中，　该设备存在炉底磨损严重，维修周期短的问题（一般　仅３～５个月），停产维修时间至少１个星期，不仅增　加了生产成本，而且影响正常生产。该厂使用了株　洲市金信节能设备有限公司研制的不定型高温耐磨　浇注料后，炉底的抗渣浸性能和耐磨性能均有大幅　度提高，使用寿命达到了３０个月以上，保证了正常　生产，节约了生产成本，取得了良好的经济效益，本　文着重介绍了高温耐磨炉底材料的组成和基本　性能。　１推杆式锻造加热炉　推杆式锻造加热炉（见图１），通过炉端的气动　前沿管材横向截面打十字线，对合时沿十字线进行　施工过程中，采取适当的施工工艺及焊接工艺参数，　装配，确保两端面与其管轴线垂直，使其错位不大于　取得了良好的焊接效果，主水管道通水试压合格率　２　ｍｍ，然后再加热、加压焊接，便可以得到成形良好　达１００　。　的焊缝，如图７所示。　［参考文献］　Ｅ日目宙　Ｅｌｉ沈华．聚乙烯压力管材的生产过程控制［Ｊ］．塑料工业，　２００３，３２（２）：３０—３５．　Ｅ２］孙小文．塑料管道及管件加工与应用ＥＭ］．北京：中国石　图６管材接口错位示意图　图７管材焊接接口示意图　化出版社，２００３．　Ｉ－３］位延堂，王友印，徐斌．聚乙烯管材的连接方法和技术　５　结语　ＥＪ］．工程塑料应用，２００３，３１（３）：３１—３４．　聚乙烯（ＰＥ）给水管热熔焊接时，加热板温度，　Ｅ４］阳代军，霍立兴，张玉凤．聚乙烯管道热熔对接焊工艺参　数对焊接接头性能的影响ＥＪ］．焊管，２００４，２７（１）：１７—２０．　焊接压力及加热时间是影响焊缝成形的主要工艺参　数。加热板温度过高会使聚乙烯材料发生热氧化破　作者简介：孟会敏（１９７１一），男，工程师，主要从事焊接的开发　坏，加热温度过低，则会造成焊道下凹；焊接压力过　和研究。　大时，焊道窄，隆起高，卷边不足；焊接压力过小时，　收稿日期：２００８年３月２２日　焊道低，焊缝中心下陷；加热时间不当时，则会造成　责任编辑　吕德龙　未焊透，焊道宽窄不均等缺陷。　在承建的中原油田供应生活小区ＰＥ给水管道　・６４・　《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究２００８年　第６期