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塑料管道知識 —— 塑料管道焊接指南

作者:一得管業
來源:www.hkckd.com
發表時間:2020-08-22
導讀:防腐塑料管材分為玻纖增強聚丙烯(FRPP)、工程級聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)三大系列。 防腐塑料管件、閥門,采用熱擠塑、高強度模壓一次成型新工藝,聯結方式主要有法

        防腐塑料管材分為玻纖增強聚丙烯(FRPP)、工程級聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)三大系列。

        防腐塑料管件、閥門,采用熱擠塑、高強度模壓一次成型新工藝,聯結方式主要有法蘭式、承插式和熱熔對焊等,與防腐塑料管材三大系列相配套。

        FRPP、PP、HDPE、UPVC板材、焊條。

        超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材管件系列。

        塑料管道具有耐腐蝕、強度高、抗滲漏、內阻小、抗拉、抗彎、造價低、壽命長、安裝維修方便的特點,已經逐漸推廣應用,為廣大的用戶所接受。



一、總則

        塑料管道因具有耐腐蝕、質輕、安裝維修方便、抗壓、使用壽命長等特點,在各個行業得到廣泛的應用。為規范塑料管道的安裝,提高塑料管道的焊接水平,確保工程質量,特制定本廠規范。本規程適合于以下塑料管材:FRPP、PP、HDPE,

二、塑料管道的焊接機理

        塑料管道之所以適宜焊接是由其分子的結構特點決定的,聚烯烴塑料是一種高結晶度的聚合物,具有非標性廠鏈結構,這些長鏈分子總是相互貫穿,彼此重疊和纏結在一起,形成所謂的無規列線團結構,長鏈分子間存在著巨大的吸引力,從而使聚合物表現出良好的力學性能。

        聚合物隨著溫度的變化表現出許多不同的性能和行為,按照聚合物的行為表現,可以把它分成三種狀態:結晶態、高彈態、粘流態。

        塑料管道的焊接是在聚合物的粘流態下進行的,要經歷上述三種狀態的轉變。

        出于結晶溫度Tg以下,聚合物大分子鏈和鏈段被凍結,分子失去活動能力,在受外力作用時,只能產生瞬間的變形,外力除掉后恢復原狀,此時聚合物表現為堅硬固體,力學強度大,彈性模量高,是材料的正常使用狀態。

        聚合物處于高彈態時,聚合物分子開始具備活動能力,但整個大分子鏈仍不能運動,在外力作用下,能產生較大的變形,外力消除后,仍能緩慢恢復原狀。此時聚合物彈性模量大大降低,力學性能變差。

        當聚合物處于粘流態時,聚合物分子間距離增大,大分子鏈的活動能力增強,發生了整個分子重心的位移而產生流動。在外力作用下,整個大分子鏈間相互滑動而產生形變,是長鏈分子重新重疊和纏結,由于這種變形是

        不可逆的,在溫度降低除掉外力后,長鏈分子間依然可以保持這種重組狀態,這正是熔融連接之所以可靠的原因。

        Td是聚合物粘流態的上限溫度,接近這個溫度,分子運動進一步加劇,會引起聚合物分子的分解,破環聚合物性能。

因此,塑料管道的一個合格連接口必須滿足以下基本條件:

1、熔接界面必須是潔凈的,不潔凈的界面會影響熔接界面分子間相互滑移和纏結。

2、合理的加熱溫度,以保證獲得足夠的粘流融質,溫度過高或過低都會影響接口質量。

3、合適的外力,可以加劇分子的變形,是兩界面的分子充分纏結。熔接時外力過小,界面間長鏈分子無法充分變形而重新重疊和纏結,相反外力過大,粘流態的融質都被擠出熔接界面,是界面間的介質大都處于高彈態,其結果同樣會引起接口質量的下降。

三、焊接操作規程

        因為塑料管道的焊接大都在露天下進行,所以本規程規定:

 適合操作的環境溫度為+5℃~+25℃,焊接場地要有保護措施,以免直接受到日曬雨淋。相對濕度不超過80%。如果焊接場地周圍的環境條件不符合以上規定,就必須在焊接場地人為的創造適宜的條件(如采用加工棚)。

1、焊接前的準備

1.1焊接前必須準備好220V電源,對焊機一臺、焊槍一把、測溫儀一臺、鐵鏟一把,無毛抹布及酒精,電刨一臺、液壓泵一臺。所使用的設備必須具有良好的技術狀況并經認真檢查。

1.2被焊接的管材、管件不能有破損,每一個接口要求干凈(不得有油、漆、灰塵等)

1.3焊接操作須由具有一定熱塑性材料焊接經驗,對塑料管道的焊接步驟和參數有詳細了解的焊工來承擔。

2、塑料管道的焊接方法

塑料管道的焊接方法有:熱風焊、對焊兩種,另國外還有介紹填料擠壓熱風焊、電阻絲熱焊等,本規程不對其作介紹。

塑料管道的連接一般采用:熱風焊加套管熱風焊、對焊加套管熱風焊連接、法蘭連接三種。

2.1熱風焊加套管熱風焊連接(適合于工藝架空管道的安裝)

2.1.1用電刨將管端刨成450角,用沾有酒精的抹布將管端兩頭及套管上的灰塵擦干凈,并將套管套在一根管上。

2.1.2將連接的管端對齊,用熱風焊槍將焊條焊滿坡口,冷卻后用電刨刨平凸
出的部分。焊槍溫度控制為:FRPP管240℃左右,PP管220℃左右,HDPE200℃左右。焊條與焊接面呈900角,切施加一定的壓力,焊槍與焊接平面呈600角。
  
2.1.3將套管套在兩管端連接處并兩端均勻分布,然后熱風焊套管兩端即可。
  
2.2對焊加套管熱風焊連接(適合于工藝架空管道及埋地管道的安裝)
  
2.2.1將套管套在一根管材上,在將連接的兩根管材放到對焊機上,管材要盡可能的同軸心。由于管材端面一般呈橢圓形,通過調節夾緊鉗,校正這種變形。為了消除彎曲應力,并將軸向摩擦力降低到最小值,可將焊入管道的管材放在一個支承輥上。
  
2.2.2用電刨將管材焊接面刨平,刨平后檢查一下焊接面的同心度,最大允許位移量V≤0.1S,且V最大不超過1mm。S為管材的璧厚(mm),兩個管材的端面間距不得超過管京的2%。
  
2.2.3用沾有酒精的抹布將兩連接管道的端面擦干凈。
  
2.2.4接通電熱板電源,當電熱板溫度達到焊接溫度時,繼續加熱十分鐘,使電熱板溫度均勻。對于管比分別為S≤5mm,S=6~12mm,S≥13mm時,要求相應電熱板的溫度對應于FRPP管材分別為240℃、230℃、225℃,對PP管材分別為220℃、210℃、205℃,對應于HDPE管材分別為200℃、195℃、190℃,如有可能電熱板表面上涂上聚四氟乙烯涂層,如電熱板表面有灰塵或屑,應在加熱前清除掉。

2.2.5將電熱板放在兩根焊管端面之間,把焊管壓在加熱半上,并使其熔融以消除端面的殘余不平面,此時壓力為0.1Mpa,如果對焊機上無壓力顯示裝置,也可通過經驗掌握。通過控制電熱板上管材端面周邊被擠壓翻卷的融質寬度來確定積壓時間,而積壓翻卷的融質寬度是根據管材璧厚來確定的。

管璧厚度S(㎜)                對應的擠壓翻卷的融質寬度(㎜)
S≤7                                 0.5
7<S≤18                                                           1.0
18<S≤32                            1.5
S>32                                                                 2.0

2.2.6管口焊接面被削平后,擠壓力要下降到最小,焊接面幾乎不與電熱板接觸,此時擠壓力應≤0.01Mpa,在此加熱時內,擠壓翻轉的融質寬度幾乎不增加,加熱時間以秒計算,(20℃的晴天)所用時間在數值上約等于10倍的璧厚。
      
tg=(10~12)×S
      
tg為加熱時間(S)
     
S為管璧厚度(㎝)

2.2.7加熱完后,移開電熱板,側向推壓管材,管材的焊接面就粘結在一起。通常這種操作需要一定的時間,管璧薄的時間短,管璧厚的時間長(4~12秒)。在進行此操作時,要特別小心,不要損壞已校平和加熱過的焊接表面,表面也不得有灰塵和其他任何雜質微粒。

2.2.8管材熔合一起后,將壓力從接觸時的0.01Mpa均勻的增加到0.1Mpa,從0.01Mpa上升到0.1Mpa所用的時間(S)在數值上約等于管材璧厚(㎜)。通過觀察所形成翻卷的融質寬度,就能定性的估計出積壓增長率的均勻程度,翻卷的融質寬的必須均勻增大,并沿熔化線很好的繞在管的兩邊。

2.2.9繼續使用擠壓力,對焊機上的接口冷卻時間(分)在20℃晴天時在數值上至少等于管璧璧厚(㎜),冷卻期間擠壓力始終不變。通過觸摸連接好的接口,就可定量的估計出冷卻時間,焊縫溫度不得高于環境溫度10~15℃。

2.2.10松開夾具,卸下對焊機,用電刨將冷卻的融質翻卷刨掉,將套管移至焊口中央均勻放置,用熱風焊槍將套管兩端焊好即可。

2.3法蘭連接就是將法蘭焊在兩根管材端面,在通過螺栓和密封面連接的連接方式,塑料法蘭芬為平面法蘭、突面帶頸法蘭和活套法蘭三種,平面法蘭與管端焊接采用熱風焊,突面帶頸法蘭和活套法蘭采用對焊。

2.3.1平面法蘭與管端焊接:用電刨將管材端面刨平,要求端面與管中心軸垂直。將法蘭內孔兩端加工成450角,用沾有酒精的抹布將法蘭內孔和管材端面擦干凈,再將管材插入平面法蘭中,管材端面低于法蘭5mm,再焊槍和焊條熱風焊法蘭兩邊,填滿法蘭上450坡口。

2.3.2突面帶頸法蘭和活套法蘭與管端焊接:只需將突面帶頸法蘭的頸和活套法蘭的墊環與管端對焊即可,具體的操作步驟參見2.2.1~2.2.10。

2.3.3法蘭與法蘭連接是應嚴格對中,軸向的偏差不應大于2mm,不得采用強制擰緊螺栓的方式來調整,擰緊螺栓分兩次進行,第一次均勻擰緊,在對角擰緊螺栓。

3、焊接質量的保證

3.1為了保證焊接質量,焊工首先要在精度低和不重要的管道焊接工作中獲得實踐,然后才能焊接料液輸送管道和高壓力管道,要完全熟悉焊接工藝參數以及所用的工具。

3.2操作過程中要有兩人以上,操作要有班長監護,負責檢查焊接工藝規定的精度和允許公差,另外他還要負責焊接情況記錄,并進行目測檢查。

3.3每個管道焊完后都要進行常溫壓力試驗,通常試驗壓力為工作壓力的1.5倍,檢察管道及每個接口有無滲漏。

3.4地面管道要考慮防紫外線,地下管道要埋在地面凍土層以下。

四、塑料管道的熱膨脹及補償

因塑料管道的線膨脹系數較大,故在塑料管道的安裝時要考慮補償。

△L=al△t×1000

△    L為管道的熱膨脹量(或冷收縮量)㎜

A為管到的線膨脹系數        m/m.℃

L為管道的初始長度          m

△t為運行時和安裝時的溫度差    δ

對于小口徑塑料管道一般采用自然補償法,對于大口徑的長距離管道采用補償器補償,一般采用的補償器有:套筒式伸縮補償器、F46波紋補償器、柔性卡箍接頭和球形橡膠伸縮接。

五、   管       架


塑料管道在架空敷設時,應對管道采用管托支承,塑料管道在管托上應能自由伸縮,支架距離見下表:

 
公稱外徑 溫度
 
不同溫度下支架的距離
17
 
 
 
 
21
 
 
 
 
27
 
 
 
 
34
 
 
 
 
42
 
 
 
 
48
 
 
 
 
60
 
 
 
 
75
 
 
 
 
90
 
 
 
 
110
 
 
 
 
125
 
 
 
 
140
 
 
 
 
160
 
 
 
 
180
 
 
 
 
200
 
 
 
 
225
 
 
 
 
250
 
 
 
 
280
 
 
 
 
315
 
 
 
 
 
常溫
40℃
60℃
80℃
100℃以上常溫
40℃
60℃
80℃
100℃以上常溫
40℃
60℃
80℃
100℃以上常溫
40℃
60℃
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100℃以上常溫
40℃
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100℃以上常溫
40℃
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40℃
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40℃
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40℃
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100℃以上常溫
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100℃以上常溫
40℃
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40℃
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100℃以上常溫
40℃
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100℃以上常溫
40℃
60℃
80℃
100℃以上常溫
40℃
60℃
80℃
100℃以上
1.00
0.80
0.70
0.70
0.60
1.00
0.80
0.80
0.70
0.60
1.00
0.90
0.80
0.80
0.70
1.30
1.00
1.00
0.90
0.80
1.40
1.20
1.10
1.00
0.80
1.40
1.30
1.20
1.10
0.80
1.50
1.40
1.30
1.20
0.90
1.70
1.50
1.40
1.30
1.00
1.80
1.60
1.50
1.40
1.10
2.00
1.80
1.70
1.60
1.30
2.00
1.80
1.70
1.60
1.30
2.50
1.90
1.90
1.70
1.40
2.50
2.10
2.00
1.80
1.60
2.50
2.10
2.00
1.80
1.60
2.90
2.40
2.10
2.00
1.80
2.90
2.40
2.10
2.00
1.80
3.00
2.50
2.20
2.10
1.90
3.00
2.50
2.20
2.10
1.90
3.00
2.80
2.50
2.30
2.20
 
 
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