概述聚乙烯管道的熱熔連接技術

丁燕芳

聚乙烯管又稱PE管道，是一種利用PE樹脂經(jīng)擠出成型的新型化學管材。聚乙烯管在輸送燃氣、給水中應用很廣。輸送燃氣或石油液化氣的管材為黑色或黃色，黑色管上有醒目的黃色色條。直管長度多為6 m，9 m，12 m。外徑110 mm以下的有直管和盤管兩種。市政飲用水管材為藍色或黑色，黑色管上有醒目的藍色色條。其他用途水管為藍色或黑色。直管長度多為6 m，9 m，12 m。直徑較小的管也有盤管。

1 概述

1.1 聚乙烯管道的特點

使用壽命長:在規(guī)定的范圍內，聚乙烯管可安全使用50年以上。

耐腐蝕:除少數(shù)的強氧化劑以外，可耐多種化學介質的侵蝕，無電化學腐蝕。

抗磨損:通過與鋼管的耐磨性對比，聚乙烯管的耐磨性是鋼管的4倍以上。合格的熱熔或電熔接口的強度高于管材本體，接縫不會由于移動或活荷載的作用而斷開。

耐沖擊性:聚乙烯管韌性好，耐沖擊強度高，重物直接壓過管道，不會導致管道破裂。

施工性能好:管道質松，焊接工藝簡單，施工方便，工程綜合造價低。

低溫抗沖性強:聚乙烯管低溫脆化溫度低，使用范圍－60℃ ～60℃?？箾_擊性好，冬季施工管材不會發(fā)生脆裂。

可繞性好:聚乙烯管道柔性好，容易彎曲，可彎曲繞過障礙物，減少管件用量。

水流阻力小:聚乙烯管內壁光滑，曼寧系數(shù)為0.009。保證聚乙烯管道強于其他管材更高的輸送能力，同時降低管路的壓力損失和輸水能耗。

好的產(chǎn)品必須有好的施工工藝作保證才能發(fā)揮它的優(yōu)點，因此PE管道系統(tǒng)連接技術的優(yōu)劣直接關系到管網(wǎng)的運行效果和使用壽命。

1.2 聚乙烯管道連接方式

PE管不能采用溶解性粘合劑與管件連接，早期聚乙烯焊接方式有熱熔對接連接、熱熔承插連接和鞍形焊接。由于熱熔承插連接存在一定的缺點，通過對連接技術的不斷研究，現(xiàn)在使用的連接方式主要有:熱熔連接，電熔連接和機械連接。熱熔連接，電熔連接主要用于PE管道自身的連接，聚乙烯管道和其他管道連接時，需要采用機械連接。本篇主要介紹最常見的熱熔連接方式。

1.3 聚乙烯管道熔接原理

聚乙烯管道熱熔焊焊接是利用加熱工具將管道或與管件端面加熱到210℃左右(具體以廠家提供參數(shù)為準，一般190℃～240℃)，在可控壓力下持續(xù)一定時間，使兩端面熔合為一體，形成符合質量要求的管道焊接接頭。不同聚乙烯材料加熱溫度不同，具體根據(jù)材料生產(chǎn)商提供的焊接參數(shù)確定。

1.4 熱熔的主要設備

熱熔設備:機架，加熱系統(tǒng)(主要包括一塊加熱板和一套恒溫控制系統(tǒng))，加壓系統(tǒng)(有機械式和液壓式加壓兩種)，銑削系統(tǒng)(按照銑刀驅動可分為人工驅動、電機驅動和液壓馬達驅動三種方式)。

2 連接注意事項

PE管道連接時應注意如下事項:

1)管材的端口必須保持清潔。在切削端口以后嚴禁用手或一切物體觸摸。

2)管材對接時，必須掌握好壓力，根據(jù)不同長度的管材選擇好壓力，不宜過大或過小。

3)在使用加熱板時，要拿干凈布擦拭表面。加熱板溫度最低不能小于200℃，最高不能大于230℃。

4)嚴禁在焊接時和冷卻過程中移動管材。

5)兩根管材對接時，端口的錯邊不能大于管材壁厚的10%。

3 PE管道熱熔連接技術

3.1 熱熔連接的特點

1)需要有專用的熱熔焊機。

2)管道熔接為分子之間的結合，因而接口非?？煽?。

3)適用于同牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接。性能相似，不同牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接，需實驗驗證。

4)易受環(huán)境、人為因素影響。

5)設備投資高。

6)連接費用低，只需使用專業(yè)設備，無須任何輔助材料，成本低廉。

7)操作人員需進行專門培訓，具有一定的經(jīng)驗。

3.2 焊接技術

聚乙烯管道系統(tǒng)的熱熔連接方式有熱熔對接(包括鞍形連接)和熱熔承插連接。熱熔承插連接適用于直徑比較小的管材、管件(一般直徑在63 mm以下)，由于直徑小的管材、管件管壁較薄，截面較小，采用對接不易保證質量。熱熔對接適合于直徑比較大的管材管件，比承插連接用料省、易制造，并且在熔接前切往氧化表面層，熔接壓力可以控制，質量較易保證。

3.2.1 焊接流程

PE管道焊接的主要過程是:將一定溫度的加熱板放在對好的兩管或管件之間加熱一定的時間，抽掉熱板，將要焊的管道兩端在一定壓力下迅速對接在一起并保壓一定時間冷卻，即可形成一個強度高于管材本體強度的接口。選擇的壓力要使接觸面處產(chǎn)生所要求的力，不管摩擦壓力損失。當對接焊機帶有液壓源時，力通常被表示為施加的油缸壓力。

1)將需安裝連接的兩根PE管材同時放在熱熔器夾具上(夾具可根據(jù)所要安裝的管徑大小更換夾瓦)，每根管材另一端用管支架托起至同一水平面;2)用電動銑刀分別將管材斷面銑平整，確保兩管材接觸面能充分吻合;3)將電加熱板升溫到210℃，放置兩管材端面中間，操縱電動液壓裝置使兩管材端面同時完全與電熱板接觸加熱;4)抽掉加熱板，再次操縱液壓裝置，使已熔融的兩管材端面充分對接并鎖定液壓裝置(防止反彈);5)保持一定冷卻時間松開，操縱完畢;6)施工完畢，須經(jīng)試壓驗收合格后，方可回土投進使用;7)管材在加熱過程中作好防風措施，冷卻過程中，應逐步進行，不宜急速降溫。

3.2.2 加熱和加壓原理過程

對于HDPE，MDPE管道，其熔接時加熱板溫度(210±10)℃，薄壁管材溫度適當升高，靠上限;厚壁管材溫度適當降低，靠下限;大風或寒冷天氣施工時溫度適當升高。

加熱壓力和加熱時間按照熔接過程曲線詳細如下:

以加熱時間t作x軸，以加熱過程中對應的壓力p作y軸，可得到熔接過程曲線，見圖1。

圖1 熔接過程曲線

按照加熱時間將熱熔對接連接過程分為四個階段:

1)初始加熱階段(t1，p1)。

將加熱板放入兩管之間，加熱到p1，加熱時間為t1。其目的是使初始熔融的物料在壓力的作用下全部擠出，直到管材兩端面每一點均和加熱板緊密連接為止，保證下一步加熱時，兩管端能均勻吸熱。

t1:加熱時間t1按卷邊高度確定，即當卷邊高度達到最小卷邊高度時:

emin=0.1s+0.5 mm 時，所需時間為 t1。其中，s為管材壁厚，mm。

p1∶p2=0.15 MPa，但p1是由液壓油的壓力來控制的，液壓油壓力即 p表，p表計算如下:

p表=p拖+管材截面積(cm2)/油缸活塞總面積(cm2)×0.15 MPa。其中，p拖為焊機活動架移動時的系統(tǒng)阻力，現(xiàn)場操作時可從設備上直接讀出，MPa。

2)吸熱階段(t2，p2)。

當卷邊高度達到emin時，將壓力由p1降至p2，繼續(xù)加熱t(yī)2時間，目的是保持微小壓力，以保證管端與加熱板表面接觸，繼續(xù)加熱，使其產(chǎn)生足量的熔融物料。

其中，s為管材壁厚，mm(天氣過冷、過熱或大風天氣應對其適當調整)。

3)切換階段(t3)。

當加熱時間t2達到后，迅速拉開兩管端，取出加熱板，并重新使兩端合龍。這段時間應越短越好，最大不能超過t3。

其中，d為管材外徑，mm。

4)保持冷卻時間(p3，t4)。

兩端接合后，壓力迅速升到p3，自然冷卻到t4時間。目的是在規(guī)定的壓力下，使分子間充分融合，時間不得少于t4。

其中，s為管材壁厚，s≤10 mm，0.03s+0.2s＞ 10 mm;ks為壁厚系數(shù)，ks=0.5;過大的壓力將會使熔融物料全部擠出而形成夾焊。

3.3 質量控制

施工中常會出現(xiàn)焊道兩邊高低不一、接口嚴重錯位、卷邊不夠、假焊等質量問題，而這些問題會直接影響到焊縫的連接，從而直接關系到燃氣管道的運行效果和使用壽命。

在施工實踐中對這些問題進行不斷的探索，我們可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)問題發(fā)生的原因是對連接過程中壓力、溫度、時間上的控制不夠，壓力的過大過小、溫度的過高過低、時間的過長過短都會影響最終熱熔連接的效果;另外對管材的選用也會影響其質量，因為不同牌號不同批次的材料其熔點會有所不同，在連接過程中對溫度的把握也會不同;再有就是環(huán)境因素對熱熔連接效果的影響，環(huán)境溫度可能會影響熱熔機加熱板的表面溫度，所以加熱前要對加熱板表面溫度進行測量，還有就是冷卻時間的長短，夏天環(huán)境溫度高，所需的冷卻時間就長，冬天環(huán)境溫度低，冷卻時間就短;最后還有操作因素的影響，管材夾緊時是否同軸，直接影響接口錯邊的大小，而從加熱結束到熔融對接的切換時間的長短也影響熱熔連接效果。為確保熱熔連接效果，應盡量縮短切換時間，切換時間過長，熔化的端面在相互接觸之前將因冷卻而形成一層“冷皮”，不利于分子鏈的擴散。

4 結語

聚乙烯管材不僅韌性、撓性好，而且焊接性能極佳，熱熔連接方式不需要使用管件，節(jié)省了工程材料成本，降低了工程造價。可靠先進的連接技術為聚乙烯管道的廣泛應用提供了保障。所以很有必要了解和掌握PE管道連接的各種技術，以保證PE管道系統(tǒng)的安全性，充分發(fā)揮PE管道系統(tǒng)的優(yōu)越性。

[1]劉靜云.埋地PE管施工技術的探討[J].山西建筑，2009，35(3):172-173.