PPR焊接起皮验证报告2

PP-R管材焊接起皮现象验证报告
高裕斌1.实验目的
根据营销服务部的客户反馈报告反映，PPR管材在热熔焊接时出现焊缝翻边起皮的现象，起皮问题集中出现在小口径管材D20和D25两种规格上，影响了产品使用时的外观。

聚烯烃生技部技术组对以上两个规格的管材做了焊接实验，发现D20管材起皮现象较常见而D25管材起皮现象较少出现，初步确定以D20管材为验证对象，在不同的焊接条件下进行实验。

管材焊接时起皮现象的原因可能为：
（1）与管材退火有关；
（2）与焊接工艺有关；
（3）与管材尺寸、模头尺寸有关。

2.实验材料
规格批号管系列颜色配方原料
D20 0911181314XX S3.2 咖喱色PHC1-01 100份燕化混配料+适量回料
备注：1.所取样品为同一原料、同一工艺、同一机台连续取样20根。

2.对于验证退火工艺的取样为同一根管材一半退火、一半不退火。

3.实验方案
以下面几个条件作为每一组实验的控制要素，进行焊接验证：
（1）管材退火前后（并对试样测试氧化诱导时间）；
（2）不同焊接温度；（3）不同焊接速度；
（4）管材不圆度大小；（5）管材外径大小；
（6）不同厂家模头；（7）表面是否沾水；
（8）是否刮去表皮。

4.数据记录
（1）管材退火前后
焊接工艺传鸿焊机温度：260 ℃匀速正常焊接
试样号退火前后外径（mm）是否起皮
退火前20.26-20.45 未起皮1
退火后20.23-20.33 起皮
退火前20.30-20.45 未起皮2
退火后20.25-20.33 起皮
退火前20.28-20.45 未起皮3
退火后20.28-20.35 起皮
退火前退火后
经过多次实验表明，同一根管材在退火前焊接时起皮现象很少而退火后起皮现象严重。

（2）不同焊接温度
焊接工艺传鸿焊机匀速正常焊接
试样号焊接温度℃是否起皮
230 起皮
1
260 未起皮
279 起皮
230 起皮
2
260 起皮
279 起皮
230 起皮
3
260 起皮
279 未起皮
（3）不同焊接速度
焊接工艺传鸿焊机温度：260 ℃
焊接速度试样号是否起皮
1 起皮
快速
2 起皮
3 起皮
1 起皮
正常速度
2 未起皮
3 起皮
1 未起皮
慢速
2 未起皮
3 未起皮
不圆度大不圆度小
不同不圆度对管材是否起皮没有明显变化，大量实验后也没有表现出一定的规律。

（5）管材外径大小
焊接工艺传鸿焊机温度：260 ℃匀速正常焊接
外径大小试样号是否起皮
1 未起皮
外径大
2 起皮
3 起皮
1 起皮
外径小
2 未起皮
3 起皮
在允许的尺寸范围内，相同工艺条件下生产的管材外径大小只是一个范围，不好对外径进行比较。

所作的焊接实验也没有表现出管材外径对是否起皮有影响。

（6）不同厂家模头
常温下模头尺寸加热后模头尺寸焊机规格
凹模凸模凹模凸模
萧山传鸿D20 19.50-19.80 19.30-19.38 20.00-20.20 19.40-19.60
诸暨焊机D20 19.70-19.80 19.62-19.84 19.84-20.00 19.68-19.90 焊接工艺温度：260 ℃匀速正常焊接
模头大小试样号是否起皮
1 起皮
大模头（诸暨）
2 未起皮
3 未起皮
1 起皮
小模头（传鸿）
2 起皮
3 未起皮
诸暨模头传鸿模头
实验表明，用传鸿模头（小模头）比用诸暨模头（大模头）的起皮现象多，增大模头的内径对管材起皮有一定的改善。

但是诸暨模头焊接时发生粘料现象，使焊口表面不太平整光滑，还会分解冒烟。

（7）表面是否沾水
焊接工艺传鸿焊机温度：260 ℃匀速正常焊接
是否沾水试样号是否起皮
1 起皮
沾水
2 起皮
3 起皮
1 未起皮
不沾水
2 未起皮
3 未起皮
不沾水沾水
对管材表面是否沾水进行焊接，沾水后对焊接的影响很大，所取样品都有起皮现象，而且起皮程度严重。

原因可能是表层水分接触模头后蒸发吸热，导致焊口表面温度较低，熔融不良引起起皮现象。

（8）是否刮去表皮
考虑到管材退火后可能在表面形成氧化层影响焊接，尝试用刀片在焊接之前刮去管材表皮，刮削深度为0.3-0.7mm,长度为大约20mm,然后验证焊接效果并作对比。

焊接工艺传鸿焊机温度：260 ℃匀速正常焊接
是否刮去表皮试样号是否起皮
1 未起皮
刮去表皮
2 未起皮
3 未起皮
1 起皮
不刮表皮
2 起皮
3 起皮
横线以下刮去表皮，以上未刮横线以上刮去表皮，以下未刮
实验表明，刮去管材表皮后效果明显，焊接的管材都没有发生起皮现象，进一步明确地验证了退火是造成焊接起皮的一个重要原因。

5.结果分析
（1）退火前后的影响因素：从实验1和实验8可以看出，退火以后管材的焊接起皮现象严重，而退火前不出现此现象。

可以肯定的是退火是引起管材起皮的一个重要因素。

退火的目的是消除分子的残余内应力，从而改善PPR材料的脆性问题。

根据有关资料的描述，在高温条件下，退火处理将含氧官能团引入聚合物的表面，其氧化层厚度可达4~9nm，少量的含氧基团可使表面张力增加。

在熔接时，表皮与内层由于结构不同而不能很好地熔合，引起焊接翻边不规则的滑动，导致起皮。

退火以后管材外径变小，平均收缩在0.06mm左右，收缩率为0.3%。

结合实验5不同外径管材焊接的结果，对于退火后外径缩小对焊接起皮的影响基
本可以排除。

（2）焊接工艺的影响因素：从实验2可以看出，不同的焊接温度同样都出现起皮，不是引起起皮的因素。

从实验3看出，焊接时管材插入模头的速度是引起起皮的一个重要原因。

焊接速度较慢时，不论何种管材，在规范的焊接动作下都可以保证其不起皮。

另外，焊接时的动作规范也十分重要。

PPR管材焊接是手动完成的，用力大小、插入方向、插入速度等不好精确地控制。

由多位参加过焊接的人员的亲身体验得出理想的焊接动作应该是：在管材刚接触模头时，应停留一段时间，使端口充分熔化，然后缓慢匀速地插入，管材与模头方向保持平行，用力要平稳。

（3）管材尺寸的影响因素：从实验4、实验5可以看出，管材本身的外径、不圆度对是否起皮没有多大影响。

对实验6来说，增大模头内径尺寸对起皮现象有一定的改善，但是效果并不是太明显。

一方面，内径较大的模头与管材外表面的接触不是太紧密，管材表皮来不及很好地熔化就已经进入了模头，外表上显示出起皮现象减少。

另一方面，从大量的实验来看，大模头减小了管材插入模头时的摩擦阻力，在同样的用力情况下插入速度就会加快，导致的结果与快速焊接是等效的，也反复出现起皮现象。

（4）施工条件的影响因素：从实验7可以看出，管材表面沾水后都出现起皮现象。

营销服务部还对不同的施工环境温度做了对比，较高的环境温度下（20℃）比低温（4~8℃）起皮现象有所减少。

可能是焊接温度与环境温度相差太大，管材焊接翻边与表面熔合不良引起的。

综上所述，引起起皮的最根本的两个原因一是退火后导致氧化层加厚，二是焊接速度过快导致氧化层来不及均匀熔化。

6.建议
（1）鉴于D20管材起皮现象严重，可以考虑调整其退火工艺。

（2）使用传鸿焊机焊接，适当加大模头的尺寸。

（3）规范焊接动作，降低焊接速度。

（4）焊接前用刀片刮去管材表皮。

聚烯烃生技部
2009-11-22。