聚乙烯燃?xì)夤艿肋B接方式的探討

廣州燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司 周杰

0 前言

近年來(lái)，聚乙烯燃?xì)夤艿涝诓馁|(zhì)上的柔韌輕便、耐腐蝕以及連接簡(jiǎn)單快捷等特性使其在我國(guó)燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)中得以廣泛使用。聚乙烯燃?xì)夤艿滥壳暗倪B接方式有熱熔連接、電熔連接、法蘭連接、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接共4種連接方式。為規(guī)范聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接質(zhì)量，《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)對(duì)聚乙烯管道系統(tǒng)連接明確規(guī)定：聚乙烯管材、管件的連接應(yīng)采用熱熔對(duì)接連接或電熔連接(電熔承連接、電熔鞍型連接)；聚乙烯管道與金屬管道或金屬附件連接，應(yīng)采用法蘭連接或鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接。因此，聚乙烯管道的主要連接方式為熱熔連接和電熔連接兩種，本文主要對(duì)上述兩種方式進(jìn)行分析探討。

1 熔接連接工藝原理介紹

聚乙烯管材的熔點(diǎn)一般介于190～240 ℃之間，此時(shí)若將管材(管件)的熔化端充分接觸，并保持一定的壓力，待冷卻后便可牢固融為一體。由于是聚乙烯材料之間的本體熔接，因此接頭處的強(qiáng)度與管材本身強(qiáng)度相同或略高。

1.1 熱熔連接

熱熔連接的基本原理是指通過(guò)加熱熱熔板，當(dāng)溫度達(dá)到聚乙烯管材的熔點(diǎn)后，將需連接的管材一端接觸熱熔板后熔化，隨即將需連接管材的熔化處緊密接觸，使管材緊密連接，見圖1。

圖1 熱熔連接管道示意

1.2 電熔連接

電熔連接的基本原理是將需連接的管材一端套在電熔件里，通過(guò)加熱電熔件，使溫度達(dá)到聚乙烯管材的熔點(diǎn)后使管材熔化，由于聚乙烯受熱后自身產(chǎn)生熱膨脹，使管材緊密連接，見圖2。

圖2 電熔連接管道示意

2 兩種連接方式的對(duì)比

無(wú)論是熱熔連接和電熔連接，其原理都是通過(guò)加熱的方式使聚乙烯管材連接部分的材質(zhì)熔化后緊密融合在一起，但兩者在操作規(guī)定和質(zhì)量控制上不盡相同。

2.1 連接方式的操作規(guī)定

熱熔連接和電熔連接在操作規(guī)定的共同要求包括：

(1)管道熱熔或電熔連接的環(huán)境溫度宜在-5～45 ℃范圍內(nèi)，在溫度低于-5 ℃或風(fēng)力大于5級(jí)的條件下進(jìn)行熱熔和電熔連接操作時(shí)，應(yīng)采取保溫、防風(fēng)措施，并應(yīng)調(diào)整連接工藝；在炎熱夏天進(jìn)行熱熔和電熔連接操作時(shí)，應(yīng)采取遮陽(yáng)措施。

(2)管材、管件存放處與施工現(xiàn)場(chǎng)溫差較大時(shí)，連接應(yīng)將管材、管件在施工現(xiàn)場(chǎng)放置一定時(shí)間，使其溫度接近施工現(xiàn)場(chǎng)溫度。

(3)管道連接時(shí)，聚乙烯管材切割，應(yīng)采用專用割刀或切管工具，切割端面應(yīng)平整、光滑、無(wú)毛刺，端面應(yīng)垂直于管軸線；鋼骨架聚乙烯復(fù)合管切割應(yīng)采用專用切管工具，切割后，端面應(yīng)平整、垂直于管軸線，并應(yīng)采用聚乙烯材料封焊端面，嚴(yán)禁使用端面未封焊的管材。

(4)管道連接時(shí)，每次收工，管口應(yīng)采取臨時(shí)封堵措施。

熱熔連接的操作規(guī)定包括：

(1)根據(jù)管材或管件的規(guī)格，選用相應(yīng)的夾具，將連接件的連接端應(yīng)伸出夾具，自由長(zhǎng)度不應(yīng)小于公稱直徑的 10%，移動(dòng)夾具使待連接件端面接觸，并校直對(duì)應(yīng)的待連接件，使其在同一軸線上。錯(cuò)邊不應(yīng)大于壁厚的10%。

(2)應(yīng)將聚乙烯管材或管件的連接部位擦拭干凈，并銑削待連接件端面，使其與軸線垂直。切屑平均厚度不宜超過(guò)0.2 mm，切削后的熔接面應(yīng)防止污染。

(3)連接件的端面應(yīng)使用熱熔對(duì)接連接設(shè)備加熱。

(4)吸熱時(shí)間達(dá)到工藝要求后，應(yīng)迅速撤出加熱板，檢查待連接件的加熱面熔化的均勻性，不得有損傷。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用均勻外力使連接面完全接觸，并翻邊形成均勻一致的雙凸緣。

(5)在保壓冷卻期間不得移動(dòng)連接件或在連接件上施加任何外力。

電熔連接的操作規(guī)定包括：

(1)管材、管件連接部位擦拭干凈。

(2)測(cè)量管件承口長(zhǎng)度，并在管材入端或口管件入端標(biāo)出入長(zhǎng)度和刮除入長(zhǎng)度加 10 mm的入段表皮，刮削氧化皮厚度宜為0.1～0.2 mm。

(3)鋼骨架聚乙烯復(fù)合管道和公稱外徑小于90 mm的聚乙烯管道，以及管材不圓度影響安裝時(shí)，應(yīng)采用整圓工具對(duì)入端進(jìn)行整圓。

(4)將管材或管件入端入電熔承管件承口內(nèi)，至入長(zhǎng)度標(biāo)記位置，并檢查配合尺寸。

(5)通電前，應(yīng)校直兩對(duì)應(yīng)的待連接件，使其在同一軸線上，并用專用夾具固定管材、管件。

2.2 連接方式的質(zhì)量控制

熱熔連接和電熔連接在質(zhì)量控制的共同要求包括：

(1)管道連接結(jié)束后，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接頭質(zhì)量檢查。不合格者必須返工，返工后重新進(jìn)行接頭質(zhì)量檢查。

(2)準(zhǔn)確輸入焊接參數(shù)，當(dāng)焊機(jī)沒有溫度自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)要合理調(diào)整加熱時(shí)間。

(3)焊接設(shè)備要經(jīng)常檢查維護(hù)，保證正常的工作狀態(tài)。

(4)用于連接的管材、管件的溫度應(yīng)接近。

(5)管道的切割應(yīng)采用專用割刀或切管工具，切割端面應(yīng)平整、光滑、無(wú)毛刺，端面應(yīng)垂直于管道軸面。

(6)管材、管件的位置要固定，焊接過(guò)程中不能出現(xiàn)位移，冷卻過(guò)程中不得移動(dòng)連接件或在連接件上施加任何外力。

(7)焊接時(shí)要保持電壓穩(wěn)定，電源和焊機(jī)不能太遠(yuǎn)，電纜線不能過(guò)細(xì)。

熱熔連接的質(zhì)量控制規(guī)定包括：

(1)連接完成后，應(yīng)對(duì)接頭進(jìn)行100%的翻邊對(duì)稱性、接頭對(duì)正性檢驗(yàn)和不少于10%翻邊切除檢驗(yàn)。

(2)翻邊對(duì)稱性檢驗(yàn)，接頭應(yīng)具有沿管材整個(gè)圓周平滑對(duì)稱的翻邊，翻邊最低處的深度不應(yīng)低于管材表面。

(3)接頭對(duì)正性檢驗(yàn)，焊縫兩側(cè)緊鄰翻邊的外圓周的任何一處錯(cuò)邊量不應(yīng)超過(guò)管材壁厚的10%。

(4)翻邊切除檢驗(yàn)，使用專用工具，在不損傷管材和接頭的情況下，切除外部的焊接翻邊。

(5)當(dāng)抽樣檢驗(yàn)的焊縫全部合格時(shí)，則此次抽樣所代表的該批焊縫應(yīng)認(rèn)為全部合格；若出現(xiàn)與上述條款要求不符合的情況，則判定本焊口不合格，并加倍抽樣檢驗(yàn)。

電熔連接的質(zhì)量控制規(guī)定包括：

(1)電熔管件端口處的管材或插口管件周邊均應(yīng)有明顯刮皮痕跡和明顯的入長(zhǎng)度標(biāo)記。

(2)聚乙烯管道系統(tǒng)，接縫處不應(yīng)有熔融料溢出；鋼骨架聚乙烯復(fù)合管系統(tǒng)，采用鋼骨架電熔管件連接時(shí)，接縫處可允許局部有少量溢料。

(3)電熔管件內(nèi)電阻絲不應(yīng)擠出(特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電熔管件除外)。

(4)電熔管件上觀察孔中應(yīng)能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌狀。

(5)凡出現(xiàn)與上述要求條款不符合的情況，應(yīng)判為不合格。

2.3 連接方式對(duì)管道流通能力的影響

熱熔連接由于在管道連接端的內(nèi)外側(cè)受熱后均有翻邊，翻邊后的管道流通口徑有所減小，因此對(duì)管道的流通能力有一定的影響。如果以接口端翻邊造成的流通口徑縮小后的實(shí)際流通截面積與全通徑流通截面積之比(以下簡(jiǎn)稱流通比)來(lái)計(jì)算熱熔連接對(duì)管道流通能力的影響，則幾種常用規(guī)格的聚乙烯管道熱熔連接的流通比見表1：

表1 幾種常用規(guī)格聚乙烯管材熱熔連接的流通比

由表1可知，對(duì)SDR11系列的管材，采用熱熔連接產(chǎn)生的翻邊對(duì)流通能力的影響較大，管徑越小，影響越大。相對(duì)于熱熔連接，電熔連接由于是管道外壁受熱產(chǎn)生熔化，管道內(nèi)徑?jīng)]有變化，因此對(duì)管道流通能力基本上沒有影響。

2.4 國(guó)家規(guī)范對(duì)于連接方式的規(guī)定

針對(duì)熱熔連接和電熔連接的特點(diǎn)，《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)中第5.1.3條明確規(guī)定：

(1)聚乙烯管材、管件的連接應(yīng)采用熱熔對(duì)接連接或電熔連接。

(2)不同級(jí)別、熔體質(zhì)量流動(dòng)速率差值不小于0.5 g/10min(190 ℃，5 kg)的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附件，以及焊接端部標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)不同的聚乙烯燃?xì)夤艿肋B接時(shí)，必須采用電熔連接。

(3)公稱直徑小于90 mm的聚乙烯管道宜采用電熔連接。

除第(2)、(3)條中有明確規(guī)定外，其他情況下的聚乙烯管材、管件可以采用熱熔連接。

3 兩種連接方式在實(shí)際施工中的使用

根據(jù)兩種連接方式的工藝原理、操作規(guī)定和質(zhì)量控制手段，在實(shí)際施工中，一般可以針對(duì)以下情況采用相應(yīng)的連接方式。

3.1 相同材質(zhì)的管材、管件連接

一般情況下，對(duì)于相同材質(zhì)、相同 SDR值的聚乙烯管材、管件，《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(CJJ 33—2005)中第7.2.1條明確規(guī)定：直徑在90 mm以上(含90 mm)的聚乙烯管材、管件連接可采用熱熔對(duì)接連接或電熔連接；直徑小于90 mm的管材及管件宜使用電熔連接。

3.2 不同材質(zhì)的管材、管件的連接

對(duì)于材質(zhì)有差別的聚乙烯管材、管件，《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(CJJ 33—2005)第7.2.2條明確約定：對(duì)不同級(jí)別，不同熔體流動(dòng)速率的聚乙烯原料制造的管材或管件，不同標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR值)的聚乙烯燃?xì)夤艿肋B接時(shí)，必須采用電熔連接。但是，當(dāng)兩者材質(zhì)相差較大時(shí)，因?yàn)槿垠w流動(dòng)速率差別明顯，即使采用電熔連接，也可能發(fā)生一種材質(zhì)過(guò)度熔化成流體狀而另一種材質(zhì)尚未完全熔化，導(dǎo)致連接失敗。因此，對(duì)于這種情況，在采用電熔連接時(shí)必須進(jìn)行試驗(yàn)，判定試驗(yàn)連接質(zhì)量合格后方可正式實(shí)施。

規(guī)范同時(shí)規(guī)定：對(duì)于聚乙烯材質(zhì)的管材、管件與其他材質(zhì)的管道、閥門、管路附件等連接，應(yīng)采用法蘭或鋼塑過(guò)渡接頭連接。

3.3 SDR值不同的管材、管件的連接

按照《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(CJJ 33—2005)第7.2.2條的規(guī)定，對(duì)于SDR值不同的管材和管件的連接應(yīng)采用電熔連接，但在實(shí)際施工中，由于使用 SDR值不同的管材或管件連接時(shí)導(dǎo)致不同軸的情況較為普通，因此一般在遇到這類情況時(shí)，可使用兩端 SDR不同的管材或管件與各自SDR值對(duì)應(yīng)相同的連接段對(duì)接，此時(shí)可采用熱熔連接，以消除無(wú)法同軸的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接質(zhì)量主要取決于實(shí)際中的連接方式的選擇和連接過(guò)程中的操作步驟以及質(zhì)量控制，而全自動(dòng)焊機(jī)的使用有效減少了人為因素對(duì)管道連接質(zhì)量的影響。

為充分保證城市燃?xì)夤艿拦こ痰氖┕べ|(zhì)量，必須充分掌握聚乙烯管道連接的理論知識(shí)和技術(shù)要求，按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，靈活采用適合的管道連接方式，嚴(yán)格執(zhí)行操作步驟，加強(qiáng)質(zhì)量控制和檢驗(yàn)，確保聚乙烯管道的連接質(zhì)量。