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《特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之四:非金属材料焊工部分宣贯提要

焊工考试网 2011年01月15日 宣讲人:郑伟义老师


《特种设备焊接操作人员考核细则》TSG Z6002-2010
非金属材料焊工部分宣贯提要

国家塑料制品质量检验中心 郑伟义 2011.1.3

1.新《特种设备焊接操作人员考核细则》颁布的意义和要求
 1.1 根据《特种设备作业人员监督管理办法》(70号令)实施
   1.1.1 第二条 从事特种设备作业的人员应当按照本办法的规定,经考核合格取得《特种设备作业人员证》,方可从事相应
      的作业或者管理工作。
   1.1.2 第三条 国家总局质量监督检验检疫局负责全国特种设备作业人员的监督管理,县以上质量技术监督部门负责本辖区
      的特种设备作业人员的监督管理。
   1.1.3 第四条 申请《特种设备作业人员证》的人员,应当首先向发证书部门指定的特种设备作业人员考试机构(以下简称
      考试机构)报名参加考试;经考试合格,凭考试结果和相关材料向发证部门申请审核、发证。
 1.2 根据《特种设备作业人员监督管理办法》(70号令)强调
   1.2.1 第六条 对于数量较少的压力容器和压力管道带压密封、氧舱维护、长输管道安全管理、客运索道作业及管理、大型
      游乐设施安装作业及管理等作业人员的考核发证工作,由国家质检总局确定考试机构,统一组织考试,由设备所在地
      质量监督部门审核、发证。(目前全国有15个非金属焊接考试机构。)
   1.2.2 新《特种设备焊接操作人员考核细则》第四条 各省、自治区、直辖市的质量技术监督部门(以下简称省级质监部门
      )负责确定并且公布本行政辖区内的焊工考试机构(以下简称考试机构)及其承担的考试类别、项目范 围,其中承担长
      输(油气)管道和非金属材料的焊工考试的考试机构及其考试类别、项目范围,由省级质监部门审核后报国家质量监督
      检验检疫总局(以下简称国家质检总局)确定并公布。
      特种设备焊工分类:
      a 长输管道;A级
      b 跨省、自治区和直辖市管道;
      c 有色金属(如:铝、钛、铜和镍等)及其合金;B级
      d 电渣焊、摩擦焊、气电立焊和耐腐推焊;B级
      e 非金属材料。A级
   1.2.3 新《特种设备焊接操作人员考核细则》中非金属材料焊接是以《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》为基础,修订后编入
      新《特种设备焊接操作人员考核细则》,关键是从技术规则提升为考核细则。原《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》单
      纯是针对非金属材料中的燃气用聚乙烯管道,但《特种设备焊接操作人员考核细则》中以金属材料为A类、非金属材料
      为B类,充分体现了对非金属材料焊接技术的重视,并用发展观来看待特种设备中非金属材料类的发展。
   1.2.4 《特种设备焊接操作人员考核细则》中强调了非金属材料焊工必须规范执行的力度,明确了《特种设备焊接操作人员考
      核细则》的实施《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》中有关焊工的考试的组织、考试管理等相关要求同时废止。
   1.2.5 《特种设备焊接操作人员考核细则》是对各级监督部门对非金属材料焊工管理的依据。
   1.2.6 《特种设备焊接操作人员考核细则》也是对TSG D7001-2005《压力管道元件制造监督检验规则》(埋弧焊钢管与聚乙烯
      管)及TSG D3001-2009《压力管道安装许可规则》的执行也是一个完善。

2.非金属焊接材料和技术特性
     非金属材料焊接,目前所指的是可塑性塑料的焊接。而《特种设备焊接操作人员考核细则》中所考核的仅为燃气用埋地聚
   乙烯(PE)管道系统的焊接。
     根据《压力管道元件制造许可规则》,第四条......国家质检总局负责境外压力管道元件、压力管道制管专用钢板、聚乙
   烯混配料制造许可申请的受理......。
 2.1 聚乙烯混配料的材性
     聚乙烯混配料是一种以低压聚合工艺生产的高密度聚乙烯树脂,并以其为基料、加入一定量的抗氧化剂和炭黑等添加剂,
   经共混制成的可塑性塑料树脂。
     聚乙烯树脂(HDPE)是一种结晶型非极性的聚合物。由于它分子排列规整,堆砌紧密,结晶度高,密度相对大,熔体流动
   速率较窄,故具有较高的刚性和韧性,有较强的机械性和耐磨性,还有较强的耐溶剂性和耐腐蚀性。可用于制造各种经挤出、
   注塑生成的压力管道元件,并可多次加工成型,成型后的收缩率为1.5-3.6%,成型温度约为180-220℃。
 2.2 聚乙烯混配料的技术要求
    GB15558.1-2003 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分:管材
 2.3 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统产品的技术要求
   2.3.1 GB15558.1-2003第一部分 管材
   2.3.2 GB15558.2-2005第二部分 管件
   2.3.3 GB15558.3-2008第三部分 阀门
 2.4 非金属材料焊接的特征
   2.4.1 原理:非金属材料焊接目前所指是热塑性塑料,它和金属焊接有着根本的区别,从化学组分来讲,塑料是高分子聚合物
      ,也是混合物;金属是单质,相对的是纯净物,因此金属焊接其本质是单质之间分子运动,相互渗透,相对比较容易实
      现。而非金属材料焊接是混合物直接的相互渗透,其过程复杂的多。金属材料实施焊接着重考虑熔区,而非金属材料焊
      接不但要考虑施焊的熔区还要考虑焊接的兼溶性。
   2.4.2 方法:非金属材料燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统的焊接,与金属不同,完全是外部加热下,材料熔融后在施加一定
      的压力下冷却而成。
      B2.1热熔对接法
      使用专门加热工具对非金属材料制两元件端部加热至粘流状态后,在压力下将其焊合的方法。
      B2.2电熔连接法
      将非金属材料制电熔管件通电加热至表面融化状态,使之与相接触的另一元件其表面焊合的方法。
 2.5 材料的检验方法
     目前,贴近HDPE材料的性能有熔体质量流动速率、熔体体积流动速率和热稳定性试验来描述,但远远不够描述其真实性和
   实用性,较先进的方法有核磁共振、红外光谱和差示扫描量热法(DSC),较前两者,差示扫描量热法(DSC)是更简便、更实
   用、更能具体地描述HDPE加工、焊接性能的方法。

3.非金属材料焊工考试适用范围、术语、基本知识考核的要求。
 3.1 B1适用范围
     本附件规定了聚乙烯焊工考试内容、方法、结果、评定与项目代号。适用于特种设备用聚乙烯管道的热熔对接法和电熔连
   接法的焊工考试。
     按照《压力管道安装许可规则》TSG D3001-2009 GB1级(PE专项)、《压力管道元件制造许可规则》TSG D2001-2006许可
   项目规定,聚乙烯及聚乙烯复合管材、管件,A1、A2燃气用埋地聚乙烯管材外A3流体输送用埋地用聚乙烯管材,A2燃气用和流
   体输送用埋地聚乙烯多角焊制管件,均为覆盖范围。
 3.2 B2术语
     本附件所列的术语,为非金属材料焊接所用,其他有关非金属材料焊接的术语同附件A。
     本《特种设备焊接操作人员考核细则》中对术语较《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》明确了定义,并明确了为非金属材
   料焊接所用。
   B2.1 热熔对接法
   使用专门加热工具对非金属材料制两元件端部加热至粘流状态后,在压力下将其焊合的方法。
   B2.2 电熔连接法
   将非金属材料制电熔管件通电加热至表面熔化状态,使之与相接触的另一元件表面焊合的方法。
 3.3 B3基本知识考试
   较《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》更明确、更细化。
   3.3.1 较原《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》的8条规定,现规定为13条。
      基本知识包括以下范围:
      (1)聚乙烯压力管道基本知识;
      (2)聚乙烯材料的分类、型号、牌号、成分、使用性能,加热后特点;
      (3)聚乙烯管道用焊接设备、焊接辅具、量具的种类、名称、工作原理、使用方法和维护;
      (4)热熔对接法和电熔连接法的特点,焊接工艺参数,焊接操作程序;
      (5)焊接缺陷种类、产生原因、危害与预防措施;
      (6)聚乙烯管道焊接接头的性能及其影响因素;
      (7)聚乙烯焊接质量的影响因素和控制措施;
      (8)聚乙烯焊接质量的检验方法和评定规定,非破坏性检验和破坏性检验方法特点和评定规定;
      (9)焊接质量管理体系、规章制度和工艺纪律;
      (10)焊接作业指导书、焊接工艺评定;
      (11)焊接安全知识;
      (12)压力管道法律、法规、标准和技术条件;
      (13)法规、安全技术规范有关焊接作业人员考核和管理规定。
  3.3.2 原C2.1.2聚乙烯管道原材料的有关基本知识;
     现B3(2)聚乙烯材料的分类、型号、牌号、成分、使用性能,加热后特点。
  3.3.3 原C2.1.5各种管件的焊接方法和特点、焊接工艺参数、焊接流程、注意事项、操作方法及其焊接质量的影响;
     现B3(4)热熔对接法和电熔连接法的特点,焊接工艺参数,焊接操作程序。
  3.3.4 强调了评定规定。
     原C2.1.8焊接质量的检验方法和要求,非破坏性检验和破坏性检验方法特点和要求;
     现B3(8)聚乙烯焊接质量的检验方法和评定规定,非破坏性检验和破坏性检验方法特点和评定规定。
  3.3.5 细化、增加:
     B3(6) 聚乙烯管道焊接接头的性能及其影响因素;
     B3(7) 聚乙烯焊接质量的影响因素和控制措施
     B3(9) 焊接质量管理体系、规章制度和工艺纪律;
     B3 (10)焊接作业指导书、焊接工艺评定;
     B3 (11)焊接安全知识;
     B3 (12)压力管道法律、法规、标准和技术条件;
     B3 (13)法规、安全技术规范有关焊接作业人员考核和管理规定。

4.非金属材料焊工焊接技能考试的要求
 4.1 规定了考试方法、分机动焊和自动焊;更细化明确考试范围
   B4.1 焊接操作技能要素
   (1)焊接方法;
   (2)焊接方法的机动化程度;
   (3)试件类别;
   (4)试件管材外径。
 4.2 尺寸覆盖范围、试样
 4.3 非金属材料焊工焊接技能考试规定
   4.3.1 B4.3.1 焊接方法
      变更焊接方法,需重新进行焊接操作技能考试。
   4.3.2 B4.3.2 焊接方法的机动化程度
      热熔对接法机动焊操作工操作技能考试合格后,可以免除自动焊考试,反之不可。
   4.3.3 B4.3.3.1 热熔对接法操作工操作技能考试
      (1)在机动焊范围内,热熔对接焊小试件考试合格后,其余试件合格项目方有效;
      (2)三通试件考试合格后,焊接多角焊焊件、对接焊焊件和四通焊焊件,不需要重新进行考试。
   4.3.4 B4.3.3.2 电熔连接法操作工操作技能考试
      连接操作工操作技能考试试件类别,由考试机构确定。改变试件类别,不需要重新进行焊接操作技能考试。
 4.4 非金属材料焊工焊接技能考试方法
   本《特种设备焊接操作人员考核细则》较《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》强调了考试的规范和严肃性。
   B4.4.1.2考试要求
   (1)考试前,由考试机构编制焊工考试编号,会同监考人员与焊工共同确认,并且在试件上标注考试编号和项目代号;
   (2)考试所用的管道元件必须符合国家标准要求,电熔管件应当是原包装;
   (3)考试用的所有管材试件,由应考焊工进行切割下料;
   (4)试件的规格和数量应当符合表B-5的要求;
   (5)电熔连接法焊接之前,仔细清除被焊管表面的氧化皮;
   (6)焊工应当按照考试机构提供的焊接作业指导书焊接考试试件,不得多焊试件,从中挑选;
   (7)考试用焊机应处于正常工作状态。
 4.5 B6 补考规定
     焊工焊接操作技能考试不合格者,允许在3个月内补考一次。每个补考项目的试件数量按照表B-5的规定,试件检验项目、
   检查数量按照表B-6的规定。
 4.6 B7 复审抽考
   B7.1 抽考方法
   (1)在焊工持有项目范围内(可被替代的项目除外)抽考的项目,应当包括每种焊接方法;
   (2)在同一种焊接方法的项目中,按照机动焊-自动焊的替代顺序抽考;
   (3)在同一种焊接方法、同一机动化程度的若干项目中,当复审焊工或其代理人在场时,由考试机构随机抽取任一项目,作为
   复审抽考项目。
   B7.2 抽考项目结果判定
   (1)抽考项目合格,则相同焊接方法中的所有项目继续有效;
   (2)抽考项目不合格,则相同焊接方法中的所有项目不再有效。

5.非金属材料焊工焊接技能考试结果与评定
 本《特种设备焊接操作人员考核细则》较《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》明确了考试结果的评定及合格与不合格的评定方法。
 5.1 B5.1 综合评定
   (1)焊工基本知识考试满分为100分,不低于60分为合格;
   (2)焊接操作技能考试通过检验焊工操作过程与试件进行评定,焊工操作必须满足焊接工艺过程与所要求的全部技术参数要求
   ;各考试项目的试件,按照本章规定的检验项目分别进行。焊工焊接操作过程与每个试件的各项检验均合格时,该考试项目
   为合格。
 5.2 试件检验
   5.2.1 B5.2.1 一般要求
      (1)每个试件须先进行外观检查,合格后再进行破坏性检验;
      (2)破坏性检验应在焊接完成24h后,在23℃±2℃条件下最少进行6h的状态调节后才可进行。
   5.2.2 B5.2.2 试件的检验项目、检验数量和试样数量见表B-6。
  5.3 新《特种设备焊接操作人员考核细则》在聚乙烯焊接检验与试验中,根据非金属材料特性,去除了卷边背弯试验。
   B5.2.3 外观检查
   B5.2.3.1 外观检查方法
   外观检查采用目视或者5倍放大镜进行。
   B5.2.3.2 外观检查的基本要求
   (1)卷边表面应是焊后原始状态,表面没有经加工修磨;
   (2)属于一个考试项目的所有试件外观检查结果均符合各项要求,该项目试件的外观检查为合格,否则为不合格。
   B5.2.3.3.1 焊后状态的表面缺陷
   卷边应沿整个外圆周平滑对称,尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不得有切口或者缺口状缺陷,不得有明显的海绵状浮渣出现,无
   明显的气孔,不得有明显的二次卷边现象。
   B5.2.3.3.2 焊后状态的外形尺寸
   (1)外卷边(见图B-2)的中心高度K值必须大于零;
   (2)焊接处的错边量不得超过管材壁厚的10%。
   B5.2.3.4 电熔连接焊试件外观检查内容与评定
   B5.2.3.4.1 承插试件
   (1)管件应当完整无损,无变形与变色;
   (2)从观察孔应当能看到少量的聚乙烯顶出,但是顶出物不得呈流淌状,焊接表面不得有熔融物溢出;
   (3)管件承插口应当与焊接的管材保持同轴;
   (4)检查管件端口处管材,插口管材应当有明显圆周状刮削痕迹和管件位置标志。
   B5.2.3.4.2 鞍形试件
   (1)管件与管材焊接后,不得有熔融物流出管件表面,从观察孔应当能看到有少量的聚乙烯顶出,但是顶出物不得呈流淌状;
   (2)管件应当与管材轴向垂直;
   (3)管件焊接处应有明显圆周状刮削痕迹和管件位置标志。
 5.4 焊接试样的评定试验方法
   5.4.1 B5.2.4 拉伸性能试验
      B5.2.4.1 试验方法
      试验方法按照GB/T 19810《聚乙烯(PE)管材和管件 热熔对接接头 拉伸强度和破坏形式的测定》规定。
      B5.2.4.2 试验结果与评定
      拉伸试验到破坏为止。试样韧性破坏为合格,脆性破坏为不合格。
   5.4.2 B5.2.5 挤压剥离试验
      B5.2.5.1 试验方法
      试验方法按照GB/T 19806《塑料管材和管件 聚乙烯电熔组件的挤压剥离试验》规定。
      B5.2.5.2 试验结果与评定
      剥离脆性破坏百分比小于或者等于33.3%时为合格。
   5.4.3 5.2.6 拉伸剥离试验
      B5.2.6.1 试验方法
      试验方法按照GB/T 19808《塑料管材和管件 公称外径大于或等于90mm的聚乙烯电熔组件的拉伸剥离试验》规定。
      B5.2.6.2 试验结果与评定
      剥离脆性破坏百分比小于或者等于33.3%时为合格。
   5.4.4 B5.2.7 撕裂剥离试验
      B5.2.7.1 试验方法
      试验方法按照《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》(TSG D2002)附件H撕裂剥离试验方法规定。
      B5.2.7.2 试验结果与评定
      剥离脆性破坏百分比小于或者等于33.3%时为合格。
   5.4.5 B5.2.8 耐压(静液压强度)试验
      B5.2.8.1 试验方法
      试验方法按照GB/T 6111 《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》规定。
      B5.2.8.2 试验参数
      (1)密封接头,a型;
      (2)方向,任意;
      (3)调节时间:12h;
      (4)试验时间,165h;
      (5)环应力,PE80为4.5MPa、PE100为5.4MPa;
      (6)试验温度,80℃。
      B5.2.8.3 试验结果与评定
      焊接处无破坏,无渗漏为合格。

6.非金属材料焊接技术发展动态
  随着科学技术的发展,非金属材料的应用价值越来越得到人们的认识,特别是石油化工技术的拓展,塑料制品优异的材料特性已广泛应用于各行各业,特别是在特种设备的制造与应用中,聚乙烯材料制造的燃气埋地用聚乙烯(PE)压力管道元件,已普遍用于燃气的输送;其他热塑性塑料如含氟塑料、含氯塑料和尼龙等用于特种设备的制造,例子举不胜举。
  由于材料的特性,热塑性塑料材料的连接,一般采用焊接。在德国DVS标准组织领先国际,在焊接技术方面,至少有120余个标准化规范文件,覆盖了许多热塑性塑料材料的焊接技术。而我国正在起步,标准规范仅有《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》、《特种设备焊接操作人员考核细则》和塑料管材、管件(PE)系列试验与测试的四个标准,单一用聚乙烯材料的热熔焊和电熔焊代表了整个非金属材料焊接技术。作为金属材料的应用互补,要大量使用非金属材料,必须要解决焊接技术,也必须要改观我国在热塑性塑料焊接标准、规范仅为聚乙烯热熔和电熔焊接方法的现状。
  目前,我们按国家工业和信息化部的要求,完成了《塑料焊接工艺评定》、《塑料焊接工艺规程》、《塑料焊接试板拉伸试验方法》和《塑料焊接试板弯曲试验方法》四个标准的制定,已形成报批稿,着手在2011年完成《塑料焊接系列标准》七个标准的制定。在原特种设备作业人员培训丛书《燃气用聚乙烯管道焊工基本知识与操作技能》一书的基础上,于2010年12月28-29日审定、完成了《特种设备焊接操作人员考核细则》配套教材《非金属材料焊工基础知识》一书。本书系统地针对了PVDF、PVC-C、ABS、PP、PE等热塑性材料,详细地叙述了热风焊、挤出焊、热熔焊和电熔焊等焊接技术的焊接操作、工艺评定和检验方法等,深化了非金属材料焊接技术的普及、规范应用。

相关法规:
一: 中华人民共和国行政许可法
二: 特种设备安全监察条例
三: 特种设备质量监督与安全监察规定(13号令)
四: 特种设备作业人员监督管理办法 (70号令)
五: 特种设备作业人员培训考核管理规则
六: 非金属压力容器安全技术监察规定 TSG R0001-2004
七: 压力管道元件制造监督检验规则 TSG D7001-2005
八: 燃气用聚乙烯管道焊接技术规则 TSG D2002-2006
九: 压力管道元件制造许可规则 TSG D2001-2006
十: 压力管道安装许可规则 TSG D3001-2009
十一: 特种设备焊接操作人员考核细则 TSG Z6002-2010

相关标准:
一: 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分:管材 GB 15558.1-2003
二: 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第2部分:管件 GB 15558.2-2005
三: 燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第3部分:阀门 GB 15558.3-2008
四: 聚乙烯(PE)模塑和挤出材料 第1部分: 命名系统和分类基础 GB/T 1845.1-1999
五: 流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法 GB/T 6111-2003
六: 塑料管材和管件 聚乙烯电熔组件的挤压剥离试验 GB/T 19806-2005
七: 塑料管材和管件 公称外径大于或等于90mm的聚乙烯电熔组件的拉伸剥离试验 GB/T 19808-2005
八: 聚乙烯(PE)管材和管件 热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定 GB/T 19810-2005
九: 塑料 差热扫描量热法(DSC) 第1部分:通则 GB/T 19466.1-2004
十: 塑料 差热扫描量热法(DSC) 第2部分:玻璃化转变温度的测定 GB/T 19466.2-2004
十一: 塑料 差热扫描量热法(DSC)第3部分:熔融和结晶温度及热焓的测定 GB/T 19466.3-2004
十二: HG/T《塑料焊接工艺评定》(报批稿)
十三: HG/T《塑料焊接工艺规程》(报批稿)
十四: HG/T《塑料焊接试板拉伸试验方法》(报批稿)
十五: HG/T《塑料焊接试板弯曲试验方法》(报批稿)


相关资料下载:
《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之四:非金属材料部分(郑伟义).doc  


相关资料链接:
1、《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之一:有关问题的说明(石家俊)
2、《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之二:宣贯大纲(戈兆文)
3、《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之三:宣贯大纲附件(戈兆文)
4、《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之四:非金属材料焊工部分(郑伟义)
5、《TSG Z6002-2010 特种设备焊接操作人员考核细则》宣贯讲义全集之五:细则答疑部分(高继轩)