CN113048313B - 大口径pe天然气管道超声波焊接施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法涉及一种用于管道连接方法。其目的是为了提供一种焊接效率高、操作简单的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法。本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法包括以下步骤：S10，对需要连接的两段PE天然气管道做断面清洗和倒角作业；S20，将两段PE天然气管道分别在热水中浸泡，使两段PE天然气管道出现软化现象；S30，擦净两段PE天然气管道表面的水珠；S40，将密封支撑件对准两段PE天然气管道的内表面，迅速推进PE天然气管道到预设的位置；S50，在PE天然气管道与密封支撑件之间增加若干个环形的超声波焊接带。

Description

大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法

技术领域

本发明涉及管道连接技术领域，特别是涉及一种大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法。

背景技术

PE管道具有许多优良的特性，如耐低温、韧性好、强度高等优点，在天然气行业得到了很好的应用。PE天然气管道在一些特殊用途场合大显身手，因为在这些领域中，PE天然气管道与传统金属材料管道相比都有很大的优势，比如管道造价低、管道可以轻松实现大坡度爬坡、管道可以实现任意角度转弯，并且还能保证管道的安全使用。如钢管、铸铁管天然气管道的最大的问题是在使用期内，普遍发生的管道腐蚀和接头泄漏问题。PE天然气管道则具有明显的优点，完美地解决了传统管道腐蚀和接头泄漏两大难题。如作为室外线路管铺设在腐蚀性的土壤中，地震地区、山地和沼泽地区；作为承插管插入旧金属管道中修复、更新旧管道。这些施工特点，还能为用户带来一定的经济效益。PE天然气管道安装费用低于钢管管道安装费用50％，而承插法又比PE天然气管道直接埋地法节约30～40％的安装费用。

PE天然气管道的主要优点体现在：

1.PE天然气管道耐腐蚀。PE为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀，天然气凝析油和水分对PE材料的性能影响不大。PE材料无电化学腐蚀，不需要防腐处理。

2.PE天然气管道不泄漏。PE天然气管道道柔韧性和强度比较高，低温材料性能稳定，不容易发生材料脆裂泄露问题。

3.PE天然气管道高韧性。PE天然气管道是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过500％，对管基底不均匀沉降的适应能力非常强。PE天然气管道是一种抗震性能优良的管道，可以部分适应和抵抗地震中产生的挠曲，不影响PE天然气管道继续使用。

4.PE天然气管道具有优良的挠性。PE的挠性是一个重要的性质，它极大地增强了该材料对于管线工程的价值。PE的挠性使PE天然气管道可以进行盘卷(DN100口径以下)，并以较长的长度供应，可以尽量减少各种连接管件，可以用于不开槽承插管插入旧金属管道施工。PE天然气管道的走向容易依照施工方法的要求进行改变。

5.PE天然气管道具有良好的抵抗刮痕能力。采用不开槽施工技术，无论是铺设新管或旧管道的修复或更新，管道表面刮痕是无法避免的。刮痕造成材料的应力集中，引发管道的破坏。PE80等级的PE天然气管道具有较好的抵抗裂缝增长的能力和耐刮痕能力。PE100等级的PE天然气管道材料则具有更加出色的抵抗刮痕能力。

6.PE天然气管道使用寿命长，一般使用状况下，使用寿命可达50年以上。

7.PE天然气管道重量轻，运输和施工便捷。

目前小口径(DN100mm及以下尺寸)天然气管道的施工，越来越多的采用PE材质的天然气管道。现在主要的PE天然气管道的连接方法采用如图1所示的热熔接固定或如图2所示的电熔接固定。

PE天然气管道热熔接固定过程：PE天然气管道需要专门的机床铣端面和管道的内外表面，铣削完毕的两段PE天然气管道放到专门的轨道3上，保证两段PE天然气管道能完全对齐。两段PE天然气管道沿着轨道3移开一定的距离，中间插入加热板2，通入电流加热一定的时间，PE天然气管道与加热板2接触的部分开始熔化，取出加热板2，使用外力把两段PE天然气管道熔化的部分对接在一起，增加一定的外力，直到两段PE天然气管道熔化粘接到一起，冷却后熔接在一起，完成PE天然气管道的焊接。

PE天然气管道电熔接固定过程：PE天然气管道需要专门的机床铣端面和管道的内外表面，铣削完毕的PE天然气管道放到专门的轨道3上，保证两段PE天然气管道能完全对齐。在PE天然气管道的外表面套接上专门的电熔接接头5，在电熔接接头5内安置有熔接电阻丝4。电阻丝4接上专门的电熔接操作工作台，在电阻丝4通电后立即开始熔化PE天然气管道上的外表面与电熔接接头5上的内表面熔接为一个整体，冷却后形成共熔区6。通过控制加热电压、加热电流和加热时间，可以保证PE天然气管道与电熔接接头5熔接冷却后熔接为一个整体，完成PE天然气管道的焊接。

热熔连接或电熔连接固定方法成为了PE天然气管道焊接施工的主要方法，但是在实际的施工过程中，热熔连接或电熔连接固定方法有以下缺点或不足之处：

1.需要专门的热熔接设备或电熔解设备才能操作；

2.操作工艺流程和熔接技术复杂，对操作工人的技术熟练程度要求高，需要专门的培训才能上岗操作，稍有差错就要锯掉接头，重新铣削接头和重新进行熔接作业；

3.操作现场需要接入稳定的市政电源；

4.作业速度慢，焊接一个接头大约25～50分钟，作业效率低；

5.作业方式在冬季和大风天气不能操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接效率高、操作简单的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，包括以下步骤：

S10，对需要连接的两段PE天然气管道做断面清洗和倒角作业；

S20，将两段PE天然气管道分别在热水中浸泡，使两段PE天然气管道出现软化现象；

S30，擦净两段PE天然气管道表面的水珠；

S40，将密封支撑件对准两段PE天然气管道的内表面，迅速推进PE天然气管道到预设的位置；

S50，在PE天然气管道与密封支撑件之间增加若干个环形的超声波焊接带。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述步骤S20中，热水的温度为95～100℃，浸泡的时间为3～5分钟。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述步骤S50中，若PE天然气管道的厚度不大于6.3mm，超声波焊接带采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述步骤S40中，若PE天然气管道的厚度大于6.3mm，则对PE天然气管道进行预加工，在PE天然气管道的内壁铣削掉一部分，铣削后的PE天然气管道的厚度不大于6.3mm，然后再将密封支撑件对准两段PE天然气管道的内表面，迅速推进PE天然气管道到预设的位置。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述密封支撑件上，与PE天然气管道铣削后的焊接处，设置有凸台。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述步骤S50中，在PE天然气管道与密封支撑件之间，PE天然气管道上厚度不大于6.3mm和大于6.3mm的位置分别增加若干个环形的超声波焊接带。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述步骤S50中，当PE天然气管道的厚度不大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接；当PE天然气管道的厚度大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其中所述密封支撑件外壁上设置有多个锯齿状结构。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明提高了PE天然气管道焊接连接效率，每个接头的焊接连接时间大约5～8分钟，提高了作业效率。

2.本发明操作简单，采用的全自动超声波焊接设备，对技术人员的技术熟练程度的要求大大降低，非常容易进行技术推广。

3.本发明可以全天候进行作业，不受天气和季节的影响，延长了PE天然气管道填埋作业的施工作业季，可以为企业增加效益。

下面结合附图对本发明的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明背景技术中热熔接固定过程的示意图；

图2为本发明背景技术中电熔接固定过程的示意图；

图3为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例1中PE天然气管道的厚度不大于6.3mm时焊接后的结构示意图；

图4为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例1中PE天然气管道的厚度不大于6.3mm时密封支撑件的结构示意图；

图5为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例1中焊接机的结构示意图；

图6为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例1中PE天然气管道的厚度大于6.3mm时焊接后的结构示意图；

图7本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例1中PE天然气管道的厚度大于6.3mm时密封支撑件的结构示意图；

图8为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例2中PE天然气管道的厚度大于6.3mm时焊接后的结构示意图；

图9为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例2中焊接机的结构示意图；

图10为本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法实施例3中焊接后的结构示意图；

图中标记示意为：1-PE天然气管道；2-加热板；3-轨道；4-电阻丝；5-电熔接接头；6-共熔区；7-超声波焊接带；8-密封支撑件；9-锯齿状结构；10-伸缩杆；11-传动齿轮；12-驱动齿轮；13-外夹紧半环；14-连接螺栓；15-管道；16-超声波焊接头；17-焊接电磁阀；18-焊接伸缩杆；19-张紧框架；20-外夹紧轮；21-电磁阀；22-内夹紧轮；23-齿条；24-凸台。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明所指的大口径是指DN100以上的PE天然气管道，本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法包括以下步骤：

S10，对需要连接的两段PE天然气管道1做断面清洗和倒角作业；

S20，将两段PE天然气管道1分别在95～100℃的热水中浸泡3～5分钟，使两段PE天然气管道1出现软化现象，但PE天然气管道1不能出现明显变形；

S30，采用干净的吸水材料擦净两段PE天然气管道1表面的水珠；

S40，若PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm，如图3所示，则将密封支撑件8对准两段PE天然气管道1的内表面，迅速推进PE天然气管道1到预设的位置，实现了PE天然气管道1和密封支撑件8之间的密封，也实现了两段PE天然气管道1之间的连接；若PE天然气管道1的厚度大于6.3mm，如图6所示，则需要对PE天然气管道1进行预加工，在PE天然气管道1的内壁铣削掉一部分，铣削后的PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm，然后再将密封支撑件8对准两段PE天然气管道1的内表面，迅速推进PE天然气管道1到预设的位置，与PE天然气管道1的焊接处位置对应的，在密封支撑件8上设置有凸台24，如图7所示，便于焊接；

S50，在PE天然气管道1与密封支撑件8之间，PE天然气管道1上厚度不大于6.3mm的位置增加若干个环形的超声波焊接带7。

本实施例中，超声波焊接带7的数量为6个，左右各3个。超声波焊接带7的数量根据PE天然气管道1的直径和天然气的设计压力要求等数据要求进行设置。

超声波焊接带7采用专门的PE天然气管道超声波径向焊接机焊接，若PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm，可以采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

本实施例中，如图4所示，密封支撑件8外壁上设置有多个锯齿状结构9，用于增强密封支撑件8与PE天然气管道1之间的连接和密封强度。由于密封支撑件8上锯齿状结构9的存在，PE天然气管道1与密封支撑件8的连接方式为非焊接的一次性连接，PE天然气管道1无法直接从密封支撑件8中取出，同时，锯齿状结构9也可以在PE天然气管道1的外壁上形成多道密封结构，确保天然气不泄露。在PE天然气管道1的厚度大于6.3mm时，密封支撑件8上设计有焊接专用的台阶，确保满足超声波焊接工艺的技术要求。

如图5所示，焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机包括内夹紧装置和外夹紧装置。两个夹紧装置分别位于管道15的内外两侧用于夹紧管道15的侧壁。

内夹紧装置包括驱动齿轮12，由内驱动电机带动驱动齿轮12转动。驱动齿轮12与四个传动齿轮11相啮合，四个传动齿轮11等间距的排布在驱动齿轮12外部四周。传动齿轮11还与齿条23相啮合，带动齿条23运动。四个齿条23均安装在内张紧框架19上，相邻两个齿条23之间的夹角为90°。齿条23的一端固定有内夹紧轮22，内夹紧轮22与管道15的内壁相接触。

外夹紧装置包括两个外夹紧半环13，两个外夹紧半环13通过连接螺栓14连接一起，外驱动电机能够带动外夹紧半环13转动。两个外夹紧半环13上安装有三个夹紧装置，每个夹紧装置的伸缩杆10的伸缩通过电磁阀21进行控制。伸缩杆10的端部安装有外夹紧轮20，外夹紧轮20与管道15的外壁相接触。外夹紧半环13上还安装有一个超声波焊接机构。超声波焊接机构包括焊接电磁阀17、焊接伸缩杆18和超声波焊接头16，通过焊接电磁阀17控制焊接伸缩杆18运动使超声波焊接头16始终与管道15的外壁相接触。

在大口径PE天然气管道超声波径向焊接机安装时，超声波焊接头16和其中的一个内夹紧轮22在管道15的内壁和外壁相对的位置上，保证超声波焊接机构应有的夹紧力。另外三组外夹紧轮20分别和三组内夹紧轮22位置对应，保证管道15受力均匀和超声波焊接过程中管道15不变形。

在使用超声波焊接PE天然气管道的过程中，PE天然气管道1固定不动，内夹紧装置和外夹紧装置以相同的角速度沿着管道15转动，确保内夹紧装置和外夹紧装置在滚动过程中，三组内夹紧轮22位置和三组外夹紧轮20位置内外对应，另外一组内夹紧轮22与超声波焊接头16位置对应，从而确保超声波焊接PE天然气管道1的过程平稳和焊接焊缝的连续。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于步骤S40和步骤S50，如图8所示，当PE天然气管道1的厚度大于6.3mm时，本实施例中不需要对PE天然气管道1进行预加工。

具体步骤包括：

S10，对需要连接的两段PE天然气管道1做断面清洗和倒角作业；

S20，将两段PE天然气管道1分别在95～100℃的热水中浸泡3～5分钟，使两段PE天然气管道1出现软化现象，但PE天然气管道1不能出现明显变形；

S30，采用干净的吸水材料擦净两段PE天然气管道1表面的水珠；

S40，将密封支撑件8对准两段PE天然气管道1的内表面，迅速推进PE天然气管道1到预设的位置；

S50，在PE天然气管道1与密封支撑件8之间增加若干个环形的超声波焊接带7。

在步骤S40中，当PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm时，超声波焊接带7采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接；当PE天然气管道1的厚度大于6.3mm时，超声波焊接带7采用焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

超声波焊接带7的数量根据PE天然气管道1的直径和天然气的设计压力要求等数据要求进行设置。

如图9所示，焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机与焊接头外置的超声波径向焊接机的区别是其内夹紧装置的四个齿条23分别连接三个内夹紧轮22和一个超声波焊接机构，超声波焊接机构紧紧压紧在管道的内壁上；而其外夹紧装置上设置有四个外夹紧轮20与管道外壁相接触。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于步骤S50，如图10所示，当PE天然气管道1的厚度大于6.3mm时，对PE天然气管道1进行预加工，然后分别在厚度不同的两段管壁上增加超声波焊接带7。

具体步骤包括：

S10，对需要连接的两段PE天然气管道1做断面清洗和倒角作业；

S20，将两段PE天然气管道1分别在95～100℃的热水中浸泡3～5分钟，使两段PE天然气管道1出现软化现象，但PE天然气管道1不能出现明显变形；

S30，采用干净的吸水材料擦净两段PE天然气管道1表面的水珠；

S40，若PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm，则将密封支撑件8对准两段PE天然气管道1的内表面，迅速推进PE天然气管道1到预设的位置，实现了PE天然气管道1和密封支撑件8之间的密封，也实现了两段PE天然气管道1之间的连接；若PE天然气管道1的厚度大于6.3mm，则需要对PE天然气管道1进行预加工，在PE天然气管道1的内壁铣削掉一部分，铣削后的PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm，然后再将密封支撑件8对准两段PE天然气管道1的内表面，迅速推进PE天然气管道1到预设的位置，与PE天然气管道1的焊接处位置对应的，在密封支撑件8上设置有凸台24，便于焊接；

S50，在PE天然气管道1与密封支撑件8之间，PE天然气管道1上厚度不大于6.3mm和大于6.3mm的位置分别增加若干个环形的超声波焊接带7。

在步骤S50中，当PE天然气管道1的厚度不大于6.3mm时，超声波焊接带7采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接；当PE天然气管道1的厚度大于6.3mm时，超声波焊接带7采用焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

超声波焊接带7的数量根据PE天然气管道1的直径和天然气的设计压力要求等数据要求进行设置。

本发明大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明提高了PE天然气管道焊接连接效率，每个接头的焊接连接时间大约5～8分钟，提高了作业效率。

2.本发明操作简单，采用的全自动超声波焊接设备，对技术人员的技术熟练程度的要求大大降低，非常容易进行技术推广。

3.本发明可以全天候进行作业，不受天气和季节的影响，延长了PE天然气管道填埋作业的施工作业季，可以为企业增加效益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S10，对需要连接的两段PE天然气管道做断面清洗和倒角作业；

S20，将两段PE天然气管道分别在热水中浸泡，使两段PE天然气管道出现软化现象；

S30，擦净两段PE天然气管道表面的水珠；

S40，将密封支撑件对准两段PE天然气管道的内表面，迅速推进PE天然气管道到预设的位置；

S50，在PE天然气管道与密封支撑件之间增加若干个环形的超声波焊接带，超声波焊接带采用大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接，大口径PE天然气管道超声波径向焊接机包括内夹紧装置和外夹紧装置，两个夹紧装置分别位于管道的内外两侧用于夹紧管道的侧壁，

内夹紧装置包括驱动齿轮，由内驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与四个传动齿轮相啮合，四个传动齿轮等间距的排布在驱动齿轮外部四周，传动齿轮还与齿条相啮合，带动齿条运动，四个齿条均安装在内张紧框架上，相邻两个齿条之间的夹角为90°，齿条的一端固定有内夹紧轮，内夹紧轮与管道的内壁相接触；

外夹紧装置包括两个外夹紧半环，两个外夹紧半环通过连接螺栓连接一起，外驱动电机能够带动外夹紧半环转动，两个外夹紧半环上安装有三个夹紧装置，每个夹紧装置的伸缩杆的伸缩通过电磁阀进行控制，伸缩杆的端部安装有外夹紧轮，外夹紧轮与管道的外壁相接触，外夹紧半环上还安装有一个超声波焊接机构，超声波焊接机构包括焊接电磁阀、焊接伸缩杆和超声波焊接头，通过焊接电磁阀控制焊接伸缩杆运动使超声波焊接头始终与管道的外壁相接触。

2.根据权利要求1所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S20中，热水的温度为95~100℃，浸泡的时间为3~5分钟。

3.根据权利要求1所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S50中，若PE天然气管道的厚度不大于6.3mm，超声波焊接带采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

4.根据权利要求1或3所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S40中，若PE天然气管道的厚度大于6.3mm，则对PE天然气管道进行预加工，在PE天然气管道的内壁铣削掉一部分，铣削后的PE天然气管道的厚度不大于6.3mm，然后再将密封支撑件对准两段PE天然气管道的内表面，迅速推进PE天然气管道到预设的位置。

5.根据权利要求4所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述密封支撑件上，与PE天然气管道铣削后的焊接处，设置有凸台。

6.根据权利要求4所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S50中，在PE天然气管道与密封支撑件之间，PE天然气管道上厚度不大于6.3mm和大于6.3mm的位置分别增加若干个环形的超声波焊接带。

7.根据权利要求6所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S50中，当PE天然气管道的厚度不大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接；当PE天然气管道的厚度大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

8.根据权利要求1所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述步骤S50中，当PE天然气管道的厚度不大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头外置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接；当PE天然气管道的厚度大于6.3mm时，超声波焊接带采用焊接头内置的大口径PE天然气管道超声波径向焊接机进行焊接。

9.根据权利要求1所述的大口径PE天然气管道超声波焊接施工方法，其特征在于：所述密封支撑件外壁上设置有多个锯齿状结构。

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