浅谈聚乙烯管道连接技术的衍变及现状

未知 2008-10-28

1总则

1.1概述：

聚乙烯管在输送燃气、给水时要求承受一定的压力，且要求至少50年的寿命，并且保证绝对的安全性，PE管道系统连接技术的优劣，直接关系到管网的运行效果和使用寿命。因此对连接技术的要求就非常严格。

1.2、聚乙烯管道连接技术的发展情况：

聚乙烯燃气管道在熔接技术方面的主要进展有：

1.2.1九十年代电熔连接技术的发展主要体现在：

1）管件的材质紧跟管材材质的发展，国际上已有多家电熔管件制造商开发生产PE100材料的管件。

2）电熔管件的结构经过不断的发展，改进，走向成熟。具有宽的熔接区，较长的插入深度和冷却区。GeorgFisher公司1997年推出了它的模块化设计的电熔鞍形管件和过渡管件系统，实现了由一些基本元件在车间和施工现场组合成所需管件，减少库存，方便应用。

3）电熔连接设备已进入第三代（多功能），可以现场进行熔接质量控制，并且确保设备和安装的可追溯性。

4）电熔管件的自动识别系统可使电能按照一定方式自动输与电熔管件，在九十年代后期，实现了标准化。有三种类型：数字识别系统，机电识别系统和自调节系统。目前大多数电熔管件采用的是数字识别系统，熔接参数以及其它信息以代码的形式记录在条形码、磁卡等数据载体上，熔接控制器从上述载体中读出参数后自动控制熔接。

5）近年电熔管件成型技术最主要的进展是成型的自动化。

1.2.2热熔连接的发展：

热熔对接设备的发展方向是全自动化，不仅可消除人为因素，并且可实现可追溯性。英国燃气公司首先进行研制，主要是针对大口径管子，因为传统机器用于直径大于D315mm的管子时已出现问题。英国、德国、比利时、法国、美国等均已开发半自动、全自动设备。

对聚乙烯管道热熔对接工艺的研究一直在进行。目前一些主要国家（如英国、德国、比利时、芬兰等）聚乙烯管道热熔对接的工艺参数不尽相同，而且由于材料的不断发展，对工艺变化的要求也是必然的。采用比较广泛的熔接工艺是德国焊接协会（DVS）发布的。比利时根特大学对DVS的熔接工艺改变了两个参数：温度由215℃提高到225℃；加热压力降低了50%.并认为压力有进一步降低的可行性。瑞典排污塑料管质量委员会（KP-Council）根据实际经验的研究认为，冷却时间应进一步延长，特别是对厚壁管材。1993年，英国水研究中心（WRC）提出一种“双压”（dualpressure）连接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的连接。该方法与通常的焊接程序的主要差别在熔接阶段的冷却压力降低。美国天然气研究所（GRI）开发了用于连接和修理聚乙烯天然气输配管线的新方法。该方法使用了一个称为“SmartHeat”的自调、恒温加热的新技术。该技术具有能较好地控制温度，连接件和装配费用低的优点。

1.3聚乙烯连接方式：

PE管不能采用溶解性粘合剂与管件连接，它的最佳连接方式是熔焊连接，焊接技术的发展经历了一定的过程，早期聚乙烯焊接方式有热熔对接连接、热熔承插连接和鞍形焊接。

由于热熔承插连接存在一定的缺点，通过对连接技术的不断研究，近来发展了一种新的连接方式—电热熔连接。相应地，采用的施工机具是电热熔焊机和热熔对接焊机，焊接设备应符合ISO12176-1或ISO12176-2的要求。其次就是与金属管道连接时采用钢塑过渡接头连接。

1.4聚乙烯管道熔接原理：

聚乙烯管道焊接原理是聚乙烯一般在190℃~240℃之间的范围内被熔化（不同原料牌号的熔化温度一般也不相同），此时若将管材（或管件）两熔化的部分充分接触，并施加适当的压力（电熔焊接的压力来源于焊接过程中聚乙烯自身的热膨胀），冷却后便可牢固地融为一体。由于是聚乙烯材料之间的本体熔接，因此接头处的强度与管材的本身的强度相同。

2.连接注意事项：

PE管道连接时应注意如下事项：

1.操作人员上岗前，应经过专门培训，经考试和技术评定合格后，方可上岗操作。

2.管道连接前应对管材、管件进行外观检查，符合产品标准要求方可使用。

3.在寒冷气候（-5℃以下）和大风环境下进行连接操作时，应采取保护措施或调整施工工艺。

4.每次连接完成后，应进行外观质量检验，不符合要求的必须切开返工，返工后重新进行接头外观质量检查。

3.PE管道连接技术：

热熔连接和电熔连接方式的优缺点比较如下：

电熔连接

1.需要有专用的电熔焊机。

2.适用于所有规格尺寸的管材。

3.可用于不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。

4.不易受环境、人为因素影响。

5.设备投资低，维修费用低。

6.连接操作简单易掌握。

热熔连接

1.需要有专用的热熔焊机。

2.一般适用于公称直径大于63mm的管材。

3.适用于同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接。性能相似，不同牌号、材质的管材与管材、管材与管件连接，需实验验证。

4.易受环境、人为因素影响。

5.设备投资高。

6.连接费用低。

7.操作人员需进行专门培训，具有一定的经验。

3.1对接焊

对接焊常用于较大直径管的连接，一般大于D63mm，将一定温度的加热板放在对好的两管或管件之间加热一定的时间，抽掉热板，将要焊的两端在一定压力下迅速对接在一起并保压一定时间冷却，即可形成一个强度高于管材本体强度的接口。选择的压力要使接触面处产生所要求的力，不管摩擦压力损失。当对接焊机带有液压源时，力通常被表示为施加的油缸压力。对于这样的机器，要提供一个专门的对照表，以给出实际的接触面处压力与压力计指示压力的关系。

3.1.1对接焊周期及参数：

对接焊周期和各阶段的参数参考值见图（1）压力/时间曲线和表1，说明如下。

a.总则

T加热板温度，以测量与管材或管件端面接触的加热板表面区域的温度为准。

b.阶段1：预热

p1——预热阶段端面压力/（N/mm2）（Mpa）

B1——初始翻边/mm

t1——形成要求翻边宽度时的时间/s

c.阶段2：吸热

p2——吸热阶段界面压力/（N/mm2）（Mpa）

t2——吸热时间/s

d.阶段3：撤回加热板

t3——从移开加热板到两熔接面接触的时间/s

e.阶段4：加压

t4——从介面接触到升到规定压力所要时间/s

f.阶段5：对接

p5——对接阶段接触面的压力/（N/mm2）（Mpa）

t5——恒定压力下的时间

g.阶段6：冷却

t6——冷却时间，此时不能施加额外的力，可取出冷却/s.

B2——最终翻边宽度/mm.表中没有对其说明是由于B2受PE材料类型、生产过程（挤出或注塑成型）、使用的加热板类型、温度和焊接周期的影响，因此很难确定一组翻边宽度值。不过，只要按连接程序操作，就是一个良好的象征。一种确定可接受的翻边宽度值B2的方法是在实验的基础上进行的，在规定条件下使用管材和对接焊机。从在连接程序规定的条件下制作的几个接头确定一个平均值B2.

参数数值单位

加热板温度，T63≤dn≤250250＜dn210±10225±10℃

1压力，p11）0.18±0.02N/mm2（Mpa）

时间，t1翻边宽度，B1达到B所要时间dn≤180：1＜B1≤2180＜dn≤315：2＜B1≤3315＜dn：3＜B1≤4Smm

2压力，p21）0.03±0.02N/mm2（Mpa）

时间，t2（30+0.5dn）±10s

3时间，t3最大：3+0.01dn≤8s

4时间，t4最大：3+0.01dn≤6s

5压力，p51）0.18±0.02N/mm2（Mpa）

时间，t5最小：10min

6时间，t6最小：1.5en最大20min

1）此压力为接缝压力

表中参数为通用指导参数，仅供参考。不同制造商的熔接参数不尽相同，用户必须严格执行。

3.1.2管道对接焊程序：

下面概述了在规定的对接焊周期和温度下，制作对接焊接头所必须的操作过程：

－尽可能减少拖动阻力，例如使用管材滚动

－在对接焊机上夹紧管材或管件的插口端

－清洁插口端

－检查对接焊机是否与管材直径和规定的对接周期匹配

－移动可动夹具，将管材端部靠在铣刀上刨平。靠近压力应满足以使铣刀两侧能产生稳定的薄片。当管材端面或管件端面平整并互相平行时，刨平工作就算完成了

－降低压力，保持铣刀转动以避免管材和管件起毛刺。向后移动夹具并移走铣刀

－使对接焊机上的管材或管件互相接触并检查对其情况。管材或管件的插口端应尽可能对齐，不超过连接程序中规定的最大偏移量即管材壁厚的10%，不足1mm的按1mm计。

－刨平后管材和管件端面之间的间隙应尽可能小，不应超过连接程序中规定的最大间隙，具体为：

1）dn＜2250.3mm

2）225≤dn＜4000.5mm

3）400≤dn1mm

－测量由于对接焊机的摩擦损失和向前移动可动夹具的拖动阻力所产生的额外阻力，并将这个压力加到要求的对接焊压力上

－如果有必要，清洁焊接表面和加热工具。加热工具上的聚乙烯残留物应用木质刮刀刮掉；

－检查加热工具焊接表面涂层是否完整并没有划伤；

－检查加热工具温度是否正确；

－将加热工具放在管材端面之间，使对接焊机上的管材靠近加热工具并施加一定的压力（包括测量的额外压力），直到熔化翻边达到规定的宽度；

－降低压力，使管材端面和加热工具之间刚好保持接触；

－达到吸热时间后，向后移动对接焊机可动夹具并移走加热工具。快速检查加热后的管材端部，确定在移动加热工具过程中是否损伤熔融的端面，然后再次移动对接焊机可动夹具，使管材端面接触。这个松开和靠近的时间应在连接程序规定的最长时间之内

－不用时，要把加热工具储存保护好。

－在整个对接过程和随后的冷却过程中，对接焊机应保持一定压力（应重视关注冷却过程，冷却好坏直接影响产品质量）。

－达到对接焊和冷却时间后，卸去对接焊机的压力，使压力为零。

－移动管材时，避免碰撞熔接处。

热熔焊时应特别注意卷边、压力和焊接时间的控制，严格按照规定的参数操作。合格的焊口应有两翻边，焊道翻边卷到管外圆周上，两翻边的形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。

3.2电熔熔接：

电熔焊接的关键是设计先进的电熔管件，其基本原理包括加热、利用焦耳效应、集成在管件内表面（焊接表面）的电阻线圈、引起线圈附近的材料熔化，从而使管材与管件熔接在一起。电熔管件一般包括套筒、鞍形、变径、等径三通、异径三通和弯头等。可用于与用不同类型聚乙烯材料和不同熔体流动速率材料制造的干线、支线管材或插口管件连接。

3.2.1温度：

对于环境温度的变化，只要这些变化在连续程序规定的范围内，不需采取特殊的预防措施就可以进行焊接操作，。如果有必要对输出到管件的电能进行一些调整，以适合极限环境温度的要求，应该使用适当的电熔设备。

3.2.2电熔焊接设备：

电熔焊机是利用电源（发电机或公共用电），为管件提供正确的焊接参数的，如果有必要，还要考虑环境温度。焊接参数是施加电压和/或电流及焊接时间。如果用发电机作为电源，它应能输出管件所需要的能量并考虑焊机和发电机的电的特性。发电机应具备适当的保护和安全装置，以符合有关标准的要求。在有些情况下，焊机和发电机可能要组合成一个整体。电熔焊接设备应符合ISO12176-2.焊接设备工况不好时，不可能有高质量的焊接接头。焊接设备的维护非常重要，应定期进行。

3.2.3电熔焊接程序：

下面概述了电熔焊接的操作过程。

-电熔管件应包装保护好，直到准备连接到管材或插口管件止为止。在开始焊接前，焊接面应干燥

-确保电熔管件与环境温度、管材或插口管件系列或SDR值是匹配的。

-对于所有类型的电熔管件，都要使用复原和对正夹具，以减少管材不圆度、偏移和在连接与冷却阶段的移动。

-刮掉管材或插口管件外层焊接表面，以切除氧化的材料。用适当的工具，如手动或机械刮刀进行这一操作。推荐使用机械刮刀。应沿管材或插口管件端部的整个外圆周进行刮皮。当使用鞍形或鞍形三通时，至少要在焊接区域刮皮。刮皮深度大约0.2mm.

-承插电熔管件连接时，用塑料管材切刀或带切削导向装置的细齿锯切断管材，并使其端面垂直于管材轴线。用小刀切除内部边缘的毛刺。

-确保可以检查插入深度（例如标记插入深度）。将承口管件滑入插口端并正确定位。

-如果采用通套连接，将电熔套筒件完全推入到其中一个管材端部上，在两个管材端部被夹紧后，再将电熔套筒件往回推，这样两个管材端部都被管件套住。检查两个管材端部的插入深度。

-固定对正夹具或定位夹具，检查管材端部是否对正。

-打开管件护帽，接好焊机导线，按给定参数焊接。

-焊接完毕后，检查观察孔内物料是否顶出，焊缝处是否有物料挤出。合格的焊口应是在电熔焊过程中，无冒烟（着火）、过早停机现象，观察孔有物料顶出，焊缝处无物料挤出。