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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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