0??引言

PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生產(chǎn)的新型管材，鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管是一種技術(shù)含量高、雙面防腐、耐壓的新興復(fù)合管。這種管材以表面經(jīng)過(guò)特殊加工處理的鋼絲按經(jīng)、緯方向點(diǎn)焊成網(wǎng)作為增強(qiáng)項(xiàng)，管內(nèi)外壁均以高密度聚乙烯為基體，采用真空擠塑技術(shù)與塑料擠塑拉膜技術(shù)加工而成的復(fù)合管道。

鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管的基體材料高密度聚乙烯具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐寒度、電絕緣性、輻射穩(wěn)定性、無(wú)毒性(綠色產(chǎn)品)、比重小、強(qiáng)度與重量比值高、脆化溫度低(-80℃)和韌性優(yōu)良、耐沖擊、耐蠕變性，因此鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管集抗腐蝕性、耐磨性與耐壓于一體，摒除了鋼制管道耐壓不耐腐，塑料管道耐腐不耐壓、鋼襯塑管道塑料與鋼管脫層、鋼涂塑管道易磨損開(kāi)裂、玻璃鋼管施工條件茍列、抗沖擊性能差的缺點(diǎn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新興管材。但是在實(shí)際焊接過(guò)程中往往因?yàn)閰?shù)選擇不合理或操作不當(dāng)，嚴(yán)重影響焊接合格率，不但影響了PE管的應(yīng)用，同時(shí)沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)的焊接缺陷也為工程質(zhì)量埋下了隱患。

1? PE管道焊接原理

1.1 ?PE管焊接原理

聚乙烯管電熔焊接的原理是用電熔焊機(jī)給鑲嵌在電熔管件內(nèi)壁的電阻絲通電加熱，其加熱的能量使管件和管材的連接界面熔融。在管件兩端的間隙封閉后，界面熔融區(qū)的熔融物在高溫和壓力作用下，其分子鏈段相互擴(kuò)散，當(dāng)界面上互相擴(kuò)散的深度達(dá)到了一定的尺寸，自然冷卻后就可以得到必要的焊接強(qiáng)度，形成可靠的焊接接頭。電熔連接是電熔管件在電熔焊機(jī)的支持下連接管材的一個(gè)過(guò)程。

根據(jù)電熔焊接原理和國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，能否形成管道可靠的焊接連接，主要由電熔管件的設(shè)計(jì)、電熔焊機(jī)提供的電源電壓的穩(wěn)定性、管件和管材的材料性質(zhì)、管件和管材連接界面的預(yù)處理狀況、管件和管材連接界面間的縫隙寬度和均勻性、管件和管材的對(duì)中和夾持穩(wěn)定狀況、焊接工藝參數(shù)(如電壓、時(shí)間等)、焊接時(shí)環(huán)境溫度、操作人員的水平等因素決定。

2??電熔焊機(jī)及輔助設(shè)備機(jī)具簡(jiǎn)介

2.1??電熔焊機(jī)

電熔焊機(jī)的作用簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)電源經(jīng)過(guò)降壓變換控制后輸入到電熔管件電阻絲的一種電力電子設(shè)備。

圖2.1電熔焊機(jī)外觀圖

電熔焊機(jī)性能主要有以下幾個(gè)方面的要求：

1)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電熔焊機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54,同時(shí)應(yīng)具有防止踫撞的保護(hù)措施。

2)、性能指標(biāo)，電熔焊機(jī)的性能指標(biāo)主要是輸入電源范圍、能量輸出精度、有效值控制、能量補(bǔ)償功能幾個(gè)方面。

3)、安全防護(hù)，電熔焊機(jī)是用于野外施工，因此，必須有安全防護(hù)措施，這主要體現(xiàn)在輸出電源的絕緣保護(hù)及管件阻值檢測(cè)上。

4)、焊接可追溯性，由于聚乙烯管道系統(tǒng)的特殊性，要求其每次的焊接數(shù)據(jù)都必須可以追溯。

2.2??輔助機(jī)具

在聚乙烯管道系統(tǒng)的焊接過(guò)程中，一般還用到熱風(fēng)機(jī)，老虎鉗，磨光機(jī)、專用磨光片、拉伸組對(duì)器、平板尺、木錘、固定夾具、吊裝帶等配套工具，這些配套工具的使用保證了PE管道的焊接質(zhì)量。

3??焊接常見(jiàn)缺陷的類型及分析

3.1 ?電熔管件焊接時(shí)短路，過(guò)熔。

電熔管件焊接時(shí)短路，過(guò)熔直接影響焊接質(zhì)量，導(dǎo)致整體管線安裝不合格，屬于嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，最經(jīng)常的原因是管子在管件內(nèi)的定位不正確：插入深度未到位，軸向未對(duì)中等：或管子與管件尺寸配合出現(xiàn)較大偏差，如管子的不圓度嚴(yán)重超標(biāo)。另外還可能是由于電熔管件和管材連接處有水分或者加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使得電阻絲在管件內(nèi)部游動(dòng)時(shí)兩根接觸，瞬時(shí)加熱造成局部碳化也會(huì)造成短路。造成管件內(nèi)電阻絲擠出管件端口，接縫處有噴射狀熔融物溢出。

3.2??結(jié)構(gòu)畸變

在焊接過(guò)程中，如若聚乙烯管材和管件安裝不當(dāng)，就會(huì)使焊接接頭喪失保持原有結(jié)構(gòu)的能力，具體表現(xiàn)為電阻絲錯(cuò)位，承插不到位或不對(duì)中。

對(duì)于管材直徑較小或是管材與管件配合較緊的接頭，熔焊區(qū)壓力過(guò)大時(shí)，電阻絲就會(huì)在聚乙烯熔體的帶動(dòng)下產(chǎn)生位移，水平間距發(fā)生不規(guī)則變化，這種現(xiàn)象稱為電阻絲錯(cuò)位；若待焊管材與套筒沒(méi)能實(shí)現(xiàn)緊密有效的承插裝配，就會(huì)使聚乙烯熔體在焊接過(guò)程中流出焊接區(qū)域，焊接前兩段待焊管材沒(méi)有固定致使管材不在同一軸線上，會(huì)導(dǎo)致部分焊接界面的強(qiáng)度不足，形成安全隱患。

這些缺陷主要是人為因素的影響，為此在焊接操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)范進(jìn)行，承插管材和套筒后必須保證同軸度。

3.3??過(guò)焊

焊接輸入功率過(guò)高，焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或裝配不當(dāng)時(shí)，焊接過(guò)程中電阻絲的溫度過(guò)高，就會(huì)使其周圍的聚乙烯因過(guò)熱而斷鏈裂解，產(chǎn)生相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物，在焊接熔焊區(qū)產(chǎn)生不連續(xù)區(qū)域，降低了材料的性能，焊后接頭易發(fā)生失效。

過(guò)焊接頭的聚乙烯分子鏈達(dá)到了一定程度的纏結(jié)，可承受低于標(biāo)準(zhǔn)的載荷，但長(zhǎng)期使用性能并不能符合要求，使用一段時(shí)間后易破壞。

3.4??熔合不均勻，夾雜

融合不均勻，影響管件連接強(qiáng)度，對(duì)以后使用過(guò)程中有質(zhì)量隱患?？赡茉蚬芗凸懿倪B接處打毛不充分，或是打毛后未對(duì)打毛處進(jìn)行清潔處理，連接處有油污，水和泥沙，也有可能是未及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度和施工環(huán)境對(duì)焊接參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。管子在管件內(nèi)定位不正確也會(huì)造成接頭處熔合不均勻，影響焊接質(zhì)量。

4??焊接工藝

4.1??基本要求

電熔管件應(yīng)保護(hù)好包裝，直到使用時(shí)方可拿出。在開(kāi)始焊接前，管件內(nèi)表面應(yīng)保持干燥、清潔。

4.2?打磨

對(duì)于需要切口的管材，用塑料管材切刀或帶切削導(dǎo)向裝置的細(xì)齒鋸切斷管材，必須確保其端面垂直于管材軸線，不能有斜口。用小刀切除內(nèi)、外部邊緣的毛刺。同時(shí)用老虎鉗將管槽中鋼絲圈取出，并用熱風(fēng)槍將焊絲熔敷在凹槽內(nèi)。

為了提高熔接性能，安裝電熔前應(yīng)將管材的熔接面除去氧化層。采用適當(dāng)?shù)墓ぞ?，DN50～200的宜采用手刮刀(玻璃片)，由于小口徑管壁較薄，只要去除氧化層為宜；DN250～500由于口徑大，面積大，宜采用打磨處理，提高效率。去氧化層時(shí)應(yīng)均勻刮整個(gè)周邊，面面俱到，不允許漏刮。刮削長(zhǎng)度到管件端頭標(biāo)記處為宜。管件內(nèi)壁同樣的需做清潔處理，小口徑的采用酒精擦洗，大口徑的可采用刮去表皮處理，由于管件內(nèi)壁布有銅絲，宜采用手工刮削，不宜用電磨處理，用電磨時(shí)，要用軟磨片，避免銅絲露出。

4.3??組對(duì)

用打毛處理好的電熔套筒連接管材兩端，將管材或插口管件插入到電熔管件承口區(qū)域，檢查管材或插口管件上的插入深度標(biāo)記線，同時(shí)，使用拉伸器和吊裝帶固定管件，調(diào)節(jié)拉伸器以保證管材兩端均勻插入電熔套筒，必要時(shí)可以使用木錘對(duì)電熔套筒四周進(jìn)行捶擊，使管材端部插入電熔套筒長(zhǎng)度的一半為宜，同時(shí)要確保管材、管件的同心度，確保管材承插到位，保證熔接質(zhì)量。如果承插不到位，加熱部分露空，融熔接面積減少，承壓能力大大降低，且焊接過(guò)程中管材從電熔管件中受熔融料壓力外移，管件內(nèi)將會(huì)塑料熔塌，造成管件焊穿。同時(shí)，在組對(duì)過(guò)程中要保證端部打毛部分的清潔度。管材必須插到位，并使管材與管件保持平行，為了確保管材的穿插到位，需在插口端做好插入深度標(biāo)志。同時(shí)要合理掌握插口端氧化層的刮削量,嚴(yán)禁用重物敲擊過(guò)量裝配。

4.4?焊接過(guò)程

4.4.1?接電源，調(diào)整參數(shù)

焊機(jī)使用的電源有220V及三相380V兩種，使用前務(wù)必核對(duì)清楚。所使用的電纜至少3×6+1mm2規(guī)格，如輸送的距離過(guò)長(zhǎng)，電纜需適當(dāng)加粗，減少線損。同時(shí)影響焊接質(zhì)量的主要參數(shù)為電壓，熔接時(shí)間.

4.4.1.1電壓波動(dòng)對(duì)接口質(zhì)量的影響

給定的電熔管件內(nèi)電阻絲電阻值一定，因此，電阻絲的發(fā)熱功率完全取決于電源提供的電壓，故焊口的質(zhì)量會(huì)因電壓波動(dòng)影響加熱功率而變壞。過(guò)小的焊接電壓導(dǎo)致熱輸入不足會(huì)使電熔接頭冷焊，管材和套筒不能有效熔合，易發(fā)生脆性破壞，過(guò)高的電壓會(huì)造成過(guò)焊，電阻絲發(fā)生錯(cuò)位偏移，過(guò)高的熱輸入使熔融面的聚乙烯劣化，接頭強(qiáng)度低于正常的焊接接頭，受力后在管材處發(fā)生破壞，因此熔接電壓對(duì)接口質(zhì)量起到很大作用。

4.4.1.2?熔接時(shí)間對(duì)接口的影響

每個(gè)規(guī)格的電熔管件所需的熱量范圍都是固定的，過(guò)多或過(guò)少的熱量都將對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生致命的影響，而在焊接電壓和管件電阻固定的前提下，焊接時(shí)間是管件發(fā)熱量的主要決定因素。

因此在焊接過(guò)程中調(diào)節(jié)電壓和焊接時(shí)間對(duì)于焊接質(zhì)量起到非常大的作用，參考廠家給的工藝參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況，并通過(guò)多次試驗(yàn)，優(yōu)化焊接參數(shù)，對(duì)電壓和時(shí)間做出一定的調(diào)整。如表4.1為優(yōu)化過(guò)的焊接參數(shù)。

表4.1優(yōu)化的焊接參數(shù)

說(shuō)明：U1焊接過(guò)程中預(yù)熱電壓，T1為預(yù)熱時(shí)間，U2干燥電壓，T2干燥時(shí)間，U3焊接電壓，T3焊接時(shí)間。

4.4.2?操作過(guò)程

焊接按起動(dòng)“按扭”時(shí)，待起動(dòng)后，按“確認(rèn)”，對(duì)焊機(jī)進(jìn)行調(diào)試，是否能正常工作。確認(rèn)焊機(jī)正常工作后，按“編程熔接”如圖4.2步驟1,并輸入管徑開(kāi)始進(jìn)行焊接如圖4.2步驟2按“熔接”，進(jìn)入自動(dòng)熔接階段如圖4.2步驟（3，4），第一階段預(yù)熱過(guò)程，第二階段冷卻，干燥過(guò)程，第三階段熔接過(guò)程，然后進(jìn)入自然冷卻過(guò)程，焊接完后在冷卻過(guò)程中要讓接頭處于自然狀態(tài)，且應(yīng)保證冷卻過(guò)程中不受任何外力作用，不得移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)接頭部位及兩側(cè)管道。防止因?yàn)楹附雍笸饬ψ饔闷苹宇^處的強(qiáng)度和焊接質(zhì)量。

完成焊接后，卸除輸出線與管件的連接。觀察管件的溫度是否正常，左右前后溫度有無(wú)較大差異，冒料是否影響美觀。如有不正?，F(xiàn)象應(yīng)給予當(dāng)場(chǎng)切除處理。在焊接過(guò)程中密切關(guān)注焊接進(jìn)展情況，適當(dāng)保持人身、設(shè)備與焊接件間的距離，防止由于不正當(dāng)操作等原因造成的意外事故對(duì)人身和設(shè)備的損傷。

5??結(jié)論

通過(guò)對(duì)焊接中常見(jiàn)缺陷產(chǎn)生原因的分析，制定出了一套PE管電熔焊接的操作程序。

通過(guò)焊接實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了焊接參數(shù)，提高了焊接合格率。在福州項(xiàng)目已完成的5653米的給排水管線及329米的工藝污水線均為PE管，通過(guò)對(duì)焊接中常見(jiàn)缺陷的分析，調(diào)節(jié)電壓和焊接時(shí)間，優(yōu)化焊接參數(shù)，并在焊接過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，減少了焊接缺陷，合格率達(dá)到100%。

本文總結(jié)出的PE管焊接程序和要求值得在以后的工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]《鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管的特性及施工方法介紹》

[3] GB/T 20674.2-2006塑料管材和管件聚乙烯系統(tǒng)熔接設(shè)備第2部分：電熔連接：