焊接规范

塑料管道热熔焊接指导书2007-10-25 22:06

塑料管道热熔焊接指导书 1． 概述

本指导书规定了塑料管道热熔焊接的一般规则。

热熔焊接是PE-HD、PE-MD和PP管道最最重要的接口方式。 在焊接操作之前，必须确认所焊接的材料其物理、化学性质具有可焊性或其可焊性已经被管材或管件制造商证明。所焊接的管道其壁厚和管径必须相同。

焊接时必须满足以下条件：

● 在有粉尘、风或低温天气时，应使用帐篷（当环境温度低于0℃时帐篷内须采取加热措施），以获得一个受保护的焊接空间。

● 所焊接管道的端面直至焊接时都必须保持干净。

● 所焊接的管道端面在焊接时必须保持同样的温度（必须采取措施防止阳光照射）。 ● 在焊接期间（特别是在冷却阶段），必须避免各种机械应力。

● 所焊接管道不参加焊接的端口必须用堵头封堵，以免风吹使管道引起冷却。 ● 建议使用导轮用于放置管子和方便移动。

2．热熔焊接的基本原理

热熔对接焊接的原理是将所要焊接管材的两个端面紧靠在加热板上（在一定的压力下维持一定的时间）；在获得了足够的温度后，取出加热板，给所连接的管道施压，使两个管道的焊接端面紧密接触（在一定压力下维持一定的时间）。 图:

⑴ 对环端面加热 ⑵ 撤出加热板 ⑶ 使管道紧密相接

2．1热熔对接焊接的过程

我们把一个完整的热熔对接过程分为5个阶段。

相应的时间 对应的压力

● 预热阶段： （t1） （P1） ● 加热阶段： （t2） （P2） ● 加热板取出阶段： （t3） （P3） ● 焊接阶段： （t4） （P4） ● 冷却阶段： （t5） （P5）

下图代表整个焊接过程的各个阶段，压力与时间的关系。视选择的标准不

同各阶段压力和时间的选择会有一些不同。 图:

现分述焊接过程各阶段的主要目的和应注意的问题。

预热阶段：

这个阶段用于建立对接焊的熔融环，是在焊接准备工作完成之后（定位、 铣削管端面、对接压力计算、焊接温度计算）进入，除了对管端面开始 加热外，它的另一个目的是消除管端面存留的微小间隙。

加热阶段：

这个阶段用于使温度在材料内部扩散，形成一个熔融的区域，通常此时的 压力接近于零（或只保持一个避免管端面脱离加热板的压力）。 取出加热板阶段：

这个阶段用于取出加热板以便使要焊接的表面相接触。这个阶段的时间越 短越好，尽可能地避免热量损失或外来物（灰尘、沙粒等等）落到待焊接 的管端面上，引起焊接强度降低或焊接失败。

焊接阶段：

这个阶段是焊接端面被熔融材料的分子链在压力的作用下重新缠绕组合的 过程，它以建立均匀的熔接环为完成标志。

冷却阶段：

焊接结束阶段，这个阶段用于避免各种可能导致连接强度降低的各种外力 的干扰。

2．2 对接焊接的各种标准

由于执行的标准不同，对接焊接各阶段所选择的压力和所需的时间也有所 不同。我们建议使用WIS4—32—08（1994）英国标准或DVS2207（1995）德 国焊接协会标准。

e=管材壁厚 Dn=公称直径 S=管材截面积 fet=变量

t=时间 p=焊接截面单位面积上的压力

标准 DVS 2207 1995e<70mm DVS 22071986e<50mm WIS如e<25mm DS/INF VEG 85NEN 7200 ElectrabelBectel I110-250mm ElectrabelBectel I250-315mm

加热板温度 200-220℃ 195-220℃ 220±10℃ 200-220℃ 210±10℃ 210±10℃ 210±10℃

P1:预热压力 0.15MPa 0.15MPa 0.15MPa 0.18MPa 0.18Mpa t1:预热时间 环高:0.5-4mm 环高:0.5-3.5mm 环高:2mm

P2:加热压力 0 MPa 0 MPa 0.02 MPa 0.01 MPa 0 MPa 0.05 MPa 0.05 Mpa t2:加热时间 10e 190-xxxx 15e 12e 10e 10e

t3:取出 Fct(e) Fct(e) _ 3+0.01 Dn 3+0.01 Dn <3 s <3 s

P4:焊接压力 0.15 MPa 0.15 MPa 0.15 MPa 0.18 MPa 0.18 MPa 0.3 MPa 0.3 MPa t4:焊接时间 fct(e) fct(e) 3+0.03 Dn 3+0.03 Dn fct(s) 10 s P5:冷却压力 0.15 MPa 0.18 MPa 0.18 MPa 0.05 Mpa t5:冷却时间 50 e 10s+0.5e 10s+0.5e fct(s)

WIS4—32—08标准中，按管材口径不同，把熔接过程的压力值分两种情况， 即单压力值焊接和双压力值焊接。下图给出了标准的具体图表： 表1：管材壁厚e≤25mm，按标准WIS4-32-08单压力对接图表进行。

2.3 熔接机液压操作系统压力的计算

熔接过程的对接力,一般是由焊机的液压动力源提供的,准确的计算熔接机 液压操作系统的操作压力是熔接前准备工作的重要环节,为此我们将详细 地说明他的计算方法。

对于给定的管材,其对接面的截面积的公式为:

S = πe(Dn-e) 图:

Dn = 公称外径 e = 管材壁厚 S = 管材截面积

熔接时需要的对接力可以表达为:

F = P·S

F = 对接力 P = 熔接压力

对接力是由熔接机的液压执行缸提供的,它可以表达为:

F = Pm·Sm

Pm = 液压系统操作压力

Sm = 执行缸有效面积 图:

注:双执行缸的机器,执行缸的有效面积是单执行缸的2倍. 由此我们获得:

Pm·Sm=pπe(Dn-e)

pπe(Dn-e) Pm = Sm

视选择标准不同p的取值会有些不同,如选择WIS4-32-08时p值为 0.15Mpa.

部分焊机执行缸的活塞有效面积:

机器型号 活塞有效面积 备 注 FM-160 6.26 cm2 双执行缸 FM-250 12.82 cm2 双执行缸 FM-315 9.04 cm2 双执行缸 FM-450 20.02 cm2 双执行缸 FM-630 64.89㎝2 双执行缸

例子:

欲焊接SDR11系列直径为Ф250的燃气管材,选择的机型是FM-250F型熔接 机,执行的焊接标准为DVS-2207-1995,试确定熔接机液压系统的操作压力。

已知: Dn=25cm e=2.28cm Sm=12.82cm p=0.15Mpa

pπe(Dn-e) Pm = Sm

0. 15×3.14×2.28×(25-2.28)

= 12.82

=1.91Mpa

特别说明:

上式计算出的操作压力是熔接时保证熔接可靠的净压力。由于机器执行缸 的磨擦阻力和拖动管子的拖动力还要消耗一定的系统压力Pfet，实际操作时, 应将这个压力叠加在Pm上，Pfet可以通过记录执行缸在缓慢运动时的显示 的系统压力方便地获得。

上例中执行缸缓慢运动时记录系统压力为0.65Mpa,则最终系统的操作压力

为:

Pm+Pfet = 1.91 + 0.65 = 2.56Mpa

3. 熔接记录

为了很好地管理熔接施工,保证接口的质量,我们建议您要求操作人员填写 一个熔接记录单,以便保存以下信息:

● 操作人员和施工企业的名称 ● 焊机的型号和编号 ● 环境温度和气候条件 ● 管子的直径和壁厚 ● 操作的时间和地点

● 焊机的操作压力、加热板设置的温度

4. 安全建议

在塑料管道熔接施工中,为减少事故的发生，最基本的原则是小心操作和运 输，并遵守使用说明书的要求和各种安全规范。

为了保持设备可靠、高效的运行，每两年必须对设备进行全面的检查和维 修。

除此之外，下列问题也是必须严格遵守的。

● 电源

施工工地的电源配电箱应符合IEC17-13/1标准的规定，且最小保护系数不 应小于44，特别是至少包括一个非常敏感的漏电保护开关，其反映时间不 应大于0.4秒，以保护操作人员免受伤害。

● 焊机电路连接

工地电源配电箱与焊机之间必须采用符合现行规范的耐机械冲击、化学腐 蚀的橡胶电缆连接。如使用电缆延长器，应根据其长度确定导线的截面积， 以便减少线路损失。

● 接地

整个工地必须有一个地线，接地电阻必须符合所使用的保护装置，并保证 任何一个金属部分与接地系统的电位差不超过25V，只有在所有接地线的 标准均被执行时，Ⅰ类设备才可视为是完好的。

● 穿戴合适的衣服

操作时不要穿肥大的服装或带首饰，它有可能被卷入机器对操作人员或设

备造成危害，操作人员必须戴保护手套、穿保护鞋。避免散开鞋带、长发 、 或其凸出部拉接近旋转设备而发生意外。

● 保持工作场地干净和无障碍

肮脏和拥挤的工作场地不仅会引起事故的发生，还会影响操作人员良好的 心理状态，造成不良的焊接。

沟下操作时塌方是最大的危险之一，要特别注意将设备放在一个稳定的空 间，以保证焊接的质量和人员及设备的安全。

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