淺析鋼骨架聚乙烯塑料復合管焊接工藝

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合管是一種技術(shù)含量高、雙面防腐、耐壓的新興復合管。這種管材以表面經(jīng)過特殊加工處理的鋼絲按經(jīng)、緯方向點焊成網(wǎng)作為增強項，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)加工而成的復合管道。

鋼骨架聚乙烯塑料復合管的基體材料高密度聚乙烯具有很好的化學穩(wěn)定性、機械強度、耐寒度、電絕緣性、輻射穩(wěn)定性、無毒性(綠色產(chǎn)品)、比重小、強度與重量比值高、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裂、玻璃鋼管施工條件茍列、抗沖擊性能差的缺點，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新興管材。但是在實際焊接過程中往往因為參數(shù)選擇不合理或操作不當，嚴重影響焊接合格率，不但影響了PE管的應(yīng)用，同時沒有檢測出來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，其分子鏈段相互擴散，當界面上互相擴散的深度達到了一定的尺寸，自然冷卻后就可以得到必要的焊接強度，形成可靠的焊接接頭。電熔連接是電熔管件在電熔焊機的支持下連接管材的一個過程。

根據(jù)電熔焊接原理和國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗已經(jīng)證實，能否形成管道可靠的焊接連接，主要由電熔管件的設(shè)計、電熔焊機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、管件和管材的對中和夾持穩(wěn)定狀況、焊接工藝參數(shù)(如電壓、時間等)、焊接時環(huán)境溫度、操作人員的水平等因素決定。

2??電熔焊機及輔助設(shè)備機具簡介

2.1??電熔焊機

電熔焊機的作用簡單來說就是將電網(wǎng)或發(fā)電機電源經(jīng)過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電熔焊機外觀圖

電熔焊機性能主要有以下幾個方面的要求：

1)、結(jié)構(gòu)設(shè)計，電熔焊機的外殼防護等級達到IP54,同時應(yīng)具有防止踫撞的保護措施。

2)、性能指標，電熔焊機的性能指標主要是輸入電源范圍、能量輸出精度、有效值控制、能量補償功能幾個方面。

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

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??輔助機具

在聚乙烯管道系統(tǒng)的焊接過程中，一般還用到熱風機，老虎鉗，磨光機、專用磨光片、拉伸組對器、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??焊接常見缺陷的類型及分析

3.1 ?電熔管件焊接時短路，過熔。

電熔管件焊接時短路，過熔直接影響焊接質(zhì)量，導致整體管線安裝不合格，屬于嚴重質(zhì)量問題，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，如管子的不圓度嚴重超標。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間過長使得電阻絲在管件內(nèi)部游動時兩根接觸，瞬時加熱造成局部碳化也會造成短路。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

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

對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)壓力過大時，電阻絲就會在聚乙烯熔體的帶動下產(chǎn)生位移，水平間距發(fā)生不規(guī)則變化，這種現(xiàn)象稱為電阻絲錯位；若待焊管材與套筒沒能實現(xiàn)緊密有效的承插裝配，就會使聚乙烯熔體在焊接過程中流出焊接區(qū)域，焊接前兩段待焊管材沒有固定致使管材不在同一軸線上，會導致部分焊接界面的強度不足，形成安全隱患。

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

3.3??過焊

焊接輸入功率過高，焊接時間過長或裝配不當時，焊接過程中電阻絲的溫度過高，就會使其周圍的聚乙烯因過熱而斷鏈裂解，產(chǎn)生相對分子質(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。

過焊接頭的聚乙烯分子鏈達到了一定程度的纏結(jié)，可承受低于標準的載荷，但長期使用性能并不能符合要求，使用一段時間后易破壞。

3.4??熔合不均勻，夾雜

融合不均勻，影響管件連接強度，對以后使用過程中有質(zhì)量隱患?？赡茉蚬芗凸懿倪B接處打毛不充分，或是打毛后未對打毛處進行清潔處理，連接處有油污，水和泥沙，也有可能是未及時根據(jù)現(xiàn)場溫度和施工環(huán)境對焊接參數(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)保護好包裝，直到使用時方可拿出。在開始焊接前，管件內(nèi)表面應(yīng)保持干燥、清潔。

4.2?打磨

對于需要切口的管材，用塑料管材切刀或帶切削導向裝置的細齒鋸切斷管材，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。同時用老虎鉗將管槽中鋼絲圈取出，并用熱風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?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。去氧化層時應(yīng)均勻刮整個周邊，面面俱到，不允許漏刮。刮削長度到管件端頭標記處為宜。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，要用軟磨片，避免銅絲露出。

4.3??組對

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記線，同時，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，必要時可以使用木錘對電熔套筒四周進行捶擊，使管材端部插入電熔套筒長度的一半為宜，同時要確保管材、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，且焊接過程中管材從電熔管件中受熔融料壓力外移，管件內(nèi)將會塑料熔塌，造成管件焊穿。同時，在組對過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志。同時要合理掌握插口端氧化層的刮削量,嚴禁用重物敲擊過量裝配。

4.4?焊接過程

4.4.1?接電源，調(diào)整參數(shù)

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

4.4.1.1電壓波動對接口質(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)量會因電壓波動影響加熱功率而變壞。過小的焊接電壓導致熱輸入不足會使電熔接頭冷焊，管材和套筒不能有效熔合，易發(fā)生脆性破壞，過高的電壓會造成過焊，電阻絲發(fā)生錯位偏移，過高的熱輸入使熔融面的聚乙烯劣化，接頭強度低于正常的焊接接頭，受力后在管材處發(fā)生破壞，因此熔接電壓對接口質(zhì)量起到很大作用。

4.4.1.2?熔接時間對接口的影響

每個規(guī)格的電熔管件所需的熱量范圍都是固定的，過多或過少的熱量都將對焊接質(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，焊接時間是管件發(fā)熱量的主要決定因素。

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

表4.1優(yōu)化的焊接參數(shù)

說明：U1焊接過程中預熱電壓，T1為預熱時間，U2干燥電壓，T2干燥時間，U3焊接電壓，T3焊接時間。

4.4.2?操作過程

焊接按起動“按扭”時，待起動后，按“確認”，對焊機進行調(diào)試，是否能正常工作。確認焊機正常工作后，按“編程熔接”如圖4.2步驟1,并輸入管徑開始進行焊接如圖4.2步驟2按“熔接”，進入自動熔接階段如圖4.2步驟（3，4），第一階段預熱過程，第二階段冷卻，干燥過程，第三階段熔接過程，然后進入自然冷卻過程，焊接完后在冷卻過程中要讓接頭處于自然狀態(tài)，且應(yīng)保證冷卻過程中不受任何外力作用，不得移動、轉(zhuǎn)動接頭部位及兩側(cè)管道。防止因為焊接后外力作用破化接頭處的強度和焊接質(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，左右前后溫度有無較大差異，冒料是否影響美觀。如有不正?，F(xiàn)象應(yīng)給予當場切除處理。在焊接過程中密切關(guān)注焊接進展情況，適當保持人身、設(shè)備與焊接件間的距離，防止由于不正當操作等原因造成的意外事故對人身和設(shè)備的損傷。

5??結(jié)論

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

通過焊接實驗，優(yōu)化了焊接參數(shù)，提高了焊接合格率。在福州項目已完成的5653米的給排水管線及329米的工藝污水線均為PE管，通過對焊接中常見缺陷的分析，調(diào)節(jié)電壓和焊接時間，優(yōu)化焊接參數(shù)，并在焊接過程中嚴格執(zhí)行規(guī)范，減少了焊接缺陷，合格率達到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行推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]GB/T13663.2-2005?給水用聚乙烯管件

[2]《鋼骨架聚乙烯塑料復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：