工艺论述
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PE热熔焊接工艺
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聚乙烯的焊接过程是聚乙烯分子的结晶→熔化→再结晶的过程。在这个过程中,对热熔焊接起影响的主要有三个方面的因素:焊接温度、焊接压力和焊接时间。

2.1、焊接温度

聚乙烯热熔焊接的加热温度对产品质量有重要影响,加热温度过低,分子扩散和缠结受到影响,加热温度过高,会导致原料产生降解。关于聚乙烯热熔焊接的加热温度,各种资料的表达有一定差别。欧洲的资料中指出聚乙烯热熔焊制的加热温度为195~230℃;澳大利亚塑料工业管道协会(PIPA)资料中指出聚乙烯的加热温度为220±15℃;PPI于1994年对各厂家提供的不同工艺进行了评价,指出加热温度为191~246℃。

2.2、焊接压力

聚乙烯管道在热熔焊接过程中,焊接压力经历了这样几个过程:先是预热时施加的为加热压力,一般等于焊接压力;在预热结束进行降压加热,此时的压力一般为焊接压力的10%,有时更低一些,目的是为了保证焊接面充分的熔融,形成一层均匀的熔膜;在加热结束后热熔对接的压力为焊接压力。在热熔焊接过程中,由于系统总会受到一定的阻力,这些阻力包括油缸的阻力,管材与地面的磨擦力,以及来自其它方面的阻力等,我们在进行每一个焊口的焊接时总要测定一下这些阻力的大小,叫做拖动力,拖动力的大小等于系统匀速移动时仪表显示的压力。在焊接时仪表显示的焊接压力应为计算的焊接压力和拖动力的和。
焊接压力的计算可以通过公式进行:
P﹦S1/S2×P0
P-焊接压力,Mpa
S1:管材截面积,S1﹦πe(D-e),mm2
S2:液压缸截面,mm2,由焊机厂家提供;
P0:焊接是的界面压力(工艺压力),Mpa

工艺压力的大小在欧洲的标准和美国标准中存在较大的差异。欧洲标准中,工艺压力的值一般为0.10~0.22 Mpa,当拖动力增大时,推荐范围为0.15~0.22 Mpa;澳大利亚塑料工业管道协会(PIPA)推荐的工艺压力为0.175±0.025 Mpa;芬兰的凯威赫公司以及德国、意大利热熔焊机生产厂家提供的工艺压力多为0.15 Mpa;在美国标准中,PPI资料中进行工艺评价的工艺压力范围是0.345~0.69 Mpa,推荐使用的工艺压力区间为0.14~0.62 Mpa。

据美国十方公司技术人员介绍,提高焊接压力是很有的:①较高的压力更容易将管段断面的污染物排出,并可杜绝缩孔的出现。②可以较少冷却时间,特别是大口径管材可节省近1/3的冷却时间,提高了溶解效率,降低了施工成本。③按照欧洲标准的工艺压力,当系统的拖动力较大时,尤其在野外施工时,焊接压力受拖动力的影响很大,此时采用较高的工艺压力更能保证焊接质量。④减少卷边形成时间,提高工作效率。

美国标准和欧洲标准均已采用了几十年,采用这两种工艺压力所产生的产品质量均经受住了时间的考验,这在一定程度上说明聚乙烯管道可以采用的焊接工艺压力范围较宽。当然我们还有必要通过实验进行验证,这就是涉及到试验设计的问题。

2.3、焊接时间

焊接时间的划分如图1所示

欧洲标准推荐的焊接时间计算如下:

表5  欧洲标准推荐的焊制时间计算表
  单位 计算
卷边高度 (mm) 0.5 + 0.1e
T2 s 12e±e
T3 s 4+0.3e
T4 s 4+0.4e
T5 min 3+e
T5 min 3+e
说明:T1依卷边高度确定,e为管材壁厚。

澳大利亚塑料工业管道协会(PIPA)推荐的焊制时间计算如下:

表6  澳大利亚塑料工业管道协会(PIPA)推荐的焊制时间计算表
代号 单位 计算公式
T1 S T1=6 xe
T2 S T2=15xe
T3 S T3=3+0.01xD
T4 S T4=3+0.03xD
T5 min T5=10+0.5xe(e<15mm)
T5=1.5xe(e>15mm)

当uangjing温度超过25℃时,每升高1℃,冷却时间T5增加1分种;当环境温度低于5℃时,每降低1℃,冷却时间T5减少1分钟。

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