PE管熱熔對接接頭的主要缺陷形式和質(zhì)量檢測

上海煤氣第二管線工程有限公司 汪建國

PE管熱熔對接接頭的主要缺陷形式和質(zhì)量檢測

上海煤氣第二管線工程有限公司 汪建國

介紹了PE管熱熔對接接頭的主要缺陷形式，歸納和總結(jié)了目前對PE管熱熔對接接頭質(zhì)量檢測的主要方法。

PE管 對接接頭缺陷 質(zhì)量檢測 超聲波檢測

PE管憑借其性能優(yōu)異，施工簡單，運(yùn)行可靠，維修方便，使用壽命長，投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，在市政管網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)80年代初上海便開始了PE管在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用，在得益于PE管諸多優(yōu)勢的同時，也出現(xiàn)了管道接頭泄漏、檢測手段缺乏等隱患和事故。如何加強(qiáng)對PE管熱熔對接接頭質(zhì)量的檢測，確保施工質(zhì)量和PE管網(wǎng)運(yùn)行安全值得關(guān)注和總結(jié)。

1 PE管熱熔對接接頭的主要缺陷形式

PE管熱熔對接接頭可能存在的缺陷大致可分為四種：

(1)焊件熔接前準(zhǔn)備和配合的缺陷：管端加工不良，連接表面不清潔，軸向偏差過大等；

(2)焊口形狀的缺陷：主要是指接口卷邊的尺寸和結(jié)構(gòu)上存在的偏差；

(3)微觀缺陷：氣孔(塑料的熱氧化破壞)，未焊透(熔接溫度和壓力不夠)，縮孔(接口的人工強(qiáng)制冷卻和寒冷環(huán)境下焊接)，裂紋，外來雜質(zhì)等；

(4)顯微結(jié)構(gòu)缺陷：主要是塑料受到強(qiáng)烈的熱氧化破壞，造成管材材質(zhì)變劣。

各種缺陷之間有關(guān)聯(lián)的，造成缺陷的主要因素有：焊接操作者的技能、責(zé)任心，焊接設(shè)備的質(zhì)量和工況，相互熔接管材之間的互熔性、材料的保存、原料質(zhì)量，焊接工藝，焊接環(huán)境和氣候等。

PE管對接焊縫的缺陷類型主要有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透和裂紋5種類型。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：PE管焊縫的主要缺陷為未熔合與未焊透，即通常所說的假焊，這兩種類型缺陷占缺陷總數(shù)類型的82.8%，且主要發(fā)生在壁厚大的管材中；裂紋缺陷主要發(fā)生在壁厚較薄的PE管對接焊縫中，所占比例為8.9%。

2 PE管熱熔對接接頭的質(zhì)量檢測

PE管熱熔對接接頭的質(zhì)量可通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)的控制來保證外，還應(yīng)加強(qiáng)對接頭質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)的控制，確保施工質(zhì)量和運(yùn)行安全。對接接頭的質(zhì)量檢測可包含焊接數(shù)據(jù)審查、外觀檢查、翻邊切除檢查、拉伸性能測定、靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)、無損檢測等。

2.1 焊接數(shù)據(jù)審查

目前，上海市燃?xì)庑袠I(yè)內(nèi)已全面使用全自動焊機(jī)，全自動焊機(jī)可自動監(jiān)控焊接步驟并記錄相關(guān)參數(shù)，為熱熔對接接頭質(zhì)量判斷提供依據(jù)。在焊接過程中和管道試壓前應(yīng)核對全自動熱熔焊接數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息可分為兩大類，一類主要是工程管理信息，主要有工程編號、焊口編號、項(xiàng)目經(jīng)理編號、管材生產(chǎn)廠家等，這些參數(shù)主要是實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的可追溯性，便于落實(shí)責(zé)任，進(jìn)行施工質(zhì)量跟蹤。另一類為工藝參數(shù)信息，主要為SDR值、PE材質(zhì)、管徑等，這些數(shù)據(jù)與全自動焊機(jī)的焊接數(shù)據(jù)設(shè)置密切相關(guān)，錯誤輸入將直接影響焊接質(zhì)量。焊接數(shù)據(jù)審查主要包括三方面：一是焊口數(shù)是否與實(shí)際相符；二是顯示焊接失敗的焊口是否重新進(jìn)行焊接；三是工藝參數(shù)信息是否正確輸入。

2.2 外觀檢查

連接完成后，應(yīng)對接頭進(jìn)行100%的翻邊對稱性、接頭對正性檢驗(yàn)。接頭應(yīng)具有沿管材整個圓周平滑對稱的翻邊，尺寸均勻、飽滿、圓潤。翻邊不得有切口或者缺口狀缺陷，不得有明顯的海綿狀浮渣出現(xiàn)，無明顯的氣孔。翻邊最低處的深度不應(yīng)低于管材表面。焊縫兩側(cè)緊鄰翻邊的外圓周的任何一處錯邊量不應(yīng)超過管材壁厚的 10%。接口寬度B與管材料類型、熱板溫度及所用的焊接工藝程序等有關(guān)，通常情況下按B=(0.35~0.45)S(其中：S=0.8~1.3e，e是PE管壁厚)進(jìn)行控制。

外觀檢查時，如發(fā)現(xiàn)空心翻邊或翻邊根部太窄，可能是熔接壓力過大或加熱時間不足造成的；翻邊下側(cè)有雜質(zhì)、小孔，翻邊彎曲有細(xì)小裂紋，可能是銑削后管端或加熱板被污染造成的；翻邊中心低于管材表面，可能是活動夾具行程不到位造成的。沿整個圓周均勻?qū)ΨQ的翻邊接頭是外觀檢驗(yàn)合格的重要條件之一，不沿整個圓周均勻?qū)ΨQ的翻邊造成的情況較多，如對接錯位量或間隙過大，加熱板溫度不均勻或加熱板被污染，活動夾具行程有問題等。

2.3 翻邊切除檢查

一般以不少于10%的比例進(jìn)行翻邊切除檢驗(yàn)。應(yīng)使用專用工具，在不損傷管材和接頭情況下，切除外部的焊接翻邊。翻邊切除檢驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：

(1)翻邊應(yīng)是實(shí)心圓滑的，根部較寬；

(2)翻邊下側(cè)不應(yīng)有雜質(zhì)、小孔、扭曲和損壞；

(3)每隔幾厘米進(jìn)行180°的背彎試驗(yàn)，不應(yīng)有開裂、裂縫，接縫處不得露出熔合線。

2.4 拉伸性能測定、靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)

拉伸性能測定、靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)屬于破壞性檢查，一般用于焊接工藝評定或?qū)附淤|(zhì)量存在爭議的焊口。根據(jù)《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)熱熔對接焊接工藝評定檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求見表1。

表1 熱熔對接焊接工藝評定檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求

2.5 無損檢測

PE管焊接質(zhì)量的無損檢測已引起眾多研究機(jī)構(gòu)和廠商的重視。常規(guī)的無損檢測方法主要有超聲波、磁粉、渦流、X射線和滲透五種方法。PE材料為非鐵磁性材料，顯然不能采用磁粉、渦流探傷方法；焊縫缺陷有表面缺陷也有內(nèi)部缺陷，因而也不能采用滲透探傷方法；雖然X射線探傷方法可以檢測內(nèi)部缺陷，但受限于其危險性和操作的復(fù)雜性。采用超聲波進(jìn)行無損檢測便成為了最佳選擇。目前PE管焊接質(zhì)量的超聲波無損檢測技術(shù)仍處于初級階段，主要是根據(jù)超聲波的反射波形來判斷接口的熔接是否存在缺陷。然而，采用傳統(tǒng)的超聲波無損探傷，由于其受聚乙烯界面多次反射、回波的干擾，探測靈敏度低、缺陷空間分辨低，造成缺陷檢出率低、無法準(zhǔn)確進(jìn)行缺陷空間定位、不能有效進(jìn)行缺陷的定量分析。2012年下半年開始，上海海驕與上海市特檢院、復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系等單位合作，已開展“燃?xì)庥镁垡蚁┕艿篮附咏宇^相控陣超聲波檢測技術(shù)研究”的課題研究。相控陣超聲波檢測技術(shù)具有探測靈敏度高、空間分辨力強(qiáng)，提高了缺陷的檢出率。它還可以用圖像的方式直觀的顯示內(nèi)部缺陷，并且可以利用現(xiàn)代信號分析處理技術(shù)，對缺陷進(jìn)行定量分析。

3 結(jié)語

近年來PE管在燃?xì)庑袠I(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，如何保障PE管網(wǎng)的可靠性和安全性，是我們面臨的現(xiàn)實(shí)和重要課題。有效提高PE管施工質(zhì)量，加強(qiáng)對接頭質(zhì)量的有效檢測是保證燃?xì)夤芫W(wǎng)安全的一個重要環(huán)節(jié)。我們應(yīng)加快PE管無損檢測技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，完善接頭質(zhì)量的檢測體系，促進(jìn)PE管道施工質(zhì)量的整體提高。

Main Deficiency Forms and Quality Inspection of Butt-Fusion Welded Joints of PE Pipes

Shanghai No.2 Gas Pipeline Engineering Co., Ltd. Wang Jianguo

The paper introduces the main deficiency forms of butt-fusion welded joints of PE pipes, summarizing the main methods of quality inspection.

PE pipe, welded joint deficiency, quality inspection, Ultrasonic detection