PE80焊制管件的承壓性能試驗(yàn)檢驗(yàn)分析

【摘 要】根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)外企業(yè)和行業(yè)協(xié)會(huì)的相關(guān)資料，對(duì)焊制管件的焊制原理進(jìn)行了介紹；同時(shí)對(duì)熱熔焊制管件的承壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析和說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】聚乙烯 焊制管件

近年來(lái)國(guó)家大力推廣化學(xué)建材，聚乙烯作為一種工程樹(shù)脂得到了最廣泛的應(yīng)用，特別是聚乙烯壓力管材隨著化學(xué)樹(shù)脂合成技術(shù)更深入的研究和提高，日益表現(xiàn)出優(yōu)良的物理力學(xué)性能和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，被廣泛用于市政給排水、燃?xì)夤艿?、農(nóng)業(yè)灌溉等領(lǐng)域。熱熔焊制管件作為聚乙烯壓力給水管道一種主要連接形式的管件被大量采用，在應(yīng)用過(guò)程中，人們不斷地對(duì)其工藝控制和應(yīng)用方法進(jìn)行探索和研究，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。在這里我們通過(guò)相關(guān)資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)焊制管件承壓性能進(jìn)行某種探討。

一、熱熔連接原理

聚乙烯是一種具有半結(jié)晶的熱塑性高分子聚合物，具非極性的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)，分子之間相互纏繞和貫穿，具有非常典型的玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三個(gè)物態(tài)區(qū)間。熱熔焊制連接充分運(yùn)用擴(kuò)散原理，在晶體的融熔溫度附近，聚乙烯分子吸收足夠的能量，導(dǎo)致其劇烈運(yùn)動(dòng)，在外力的作用下，熔融界面的分子相互滲透和纏繞，進(jìn)行分子鏈的物理重組和再結(jié)晶。因此，對(duì)于熱熔焊制連接過(guò)程而言，加熱溫度、焊制壓力、冷卻和加熱時(shí)間決定了焊縫品質(zhì)的高低。

二、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

整個(gè)管道系統(tǒng)中，在工作壓力下，其安全性是由系統(tǒng)內(nèi)壓力等級(jí)最低的部件決定的。焊制是PE管件制造的主要方法，PE焊制管件如三通、彎頭等，存在多處的轉(zhuǎn)折處，承受的應(yīng)力較高，可能成為管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，所以必須對(duì)焊接管件進(jìn)行靜液壓強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)，以確定在同等壓力等級(jí)下，同級(jí)別管材和焊制管件能否同時(shí)使用，或在使用中考慮是否對(duì)管件進(jìn)行壓力折減。試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證PE焊制管件的耐壓等級(jí)有所下降，通過(guò)數(shù)據(jù)說(shuō)明下降了多少。

三、試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用PE80的焊制管件和管材；外徑：φ110；壓力等級(jí)：PN1.0MPa和PN0.8MPa；品種：管材、90°彎頭和等徑三通；數(shù)量：每個(gè)品種每個(gè)壓力等級(jí)各取3個(gè)試樣。

四、試驗(yàn)方法

嚴(yán)格按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T6111-2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內(nèi)壓試驗(yàn)方法》進(jìn)行靜液壓試驗(yàn)；根據(jù)PE80的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度性能曲線，確定1小時(shí)的聚乙烯管材專用料的環(huán)向應(yīng)力值取13MPa；壓力等級(jí)為PN1.0MPa的管材和管件1小時(shí)試驗(yàn)壓力暫定為：2.00MPa；壓力等級(jí)為PN0.8MPa的管材和管件1小時(shí)試驗(yàn)壓力暫定為：1.60MPa；若在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生破裂滲漏現(xiàn)象，應(yīng)重新取樣；試驗(yàn)壓力下降一個(gè)等級(jí)（原值除1.25倍）再次進(jìn)行靜液壓試驗(yàn)，以此類推，直到試驗(yàn)合格通過(guò)。

五、試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，PE80焊制管件的壓力等級(jí)較同級(jí)別的管材要低，對(duì)于焊制等徑三通而言更是如此。試驗(yàn)結(jié)果表明，PE80焊制90°彎頭的短期耐壓能力與同級(jí)別管材相比并無(wú)明顯區(qū)別；而PE80焊制三通較同級(jí)別管材相比，其短期耐壓能力則有較大下降。

試驗(yàn)分析：同級(jí)別的90°彎頭與管材的短期承壓能力大體上是一致的，從試驗(yàn)表面現(xiàn)象上看：管材的短期耐壓能力略高于同級(jí)別的90°彎頭。從90°彎頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上分析彎頭的整體應(yīng)力載荷不是均勻的，這說(shuō)明對(duì)于90°彎頭承壓能力分析應(yīng)從在進(jìn)行較為全面的受力分析以后才能進(jìn)行判定。焊制三通的受力情況更復(fù)雜一些。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)破壞處均發(fā)生在焊制接縫處。焊制三通的接縫較多，而且存在兩處焊縫較叉的情況，破壞正是在交叉處發(fā)生的。這說(shuō)明PE80焊制三通的耐壓能力與焊縫較叉處的焊接品質(zhì)有較大關(guān)系?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，SDR17的焊制三通（dn110）在1小時(shí)靜液壓壓力為1.28MPa的情況下，三個(gè)試樣中有一個(gè)發(fā)生滲漏，兩個(gè)沒(méi)有被破壞，但是沒(méi)有被破壞的管件發(fā)生了較大的變形，其外形嚴(yán)重鼓脹。

而試驗(yàn)結(jié)果表明，SDR17、dn110的管材僅能通過(guò)試驗(yàn)壓力1.60MPa的1小時(shí)靜液壓試驗(yàn)，三通則需要將靜液壓強(qiáng)度降至1.0MPa才通過(guò)試驗(yàn)。焊縫交叉處的工藝過(guò)程是熔融結(jié)晶（三次結(jié)晶）的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程對(duì)焊制管件的品質(zhì)產(chǎn)生多大的影響，長(zhǎng)期量化的數(shù)據(jù)還需進(jìn)一步研究。

通過(guò)對(duì)PE80焊制管件生產(chǎn)過(guò)程的工藝分析可以得知，在焊制生產(chǎn)過(guò)程中，加熱溫度、加熱時(shí)間、熔接壓力、冷卻時(shí)間的控制以及操作工人的技術(shù)水平是影響管件質(zhì)量的重要因素，任何一個(gè)因素發(fā)生變化都會(huì)影響熔接界面的晶區(qū)結(jié)構(gòu)的形成，從而影響焊接接頭的質(zhì)量。另外生產(chǎn)環(huán)境也有一定的影響，如室內(nèi)溫度、是否有風(fēng)等等。以上均說(shuō)明，PE80焊制管件生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)有較大影響。

另外我們?cè)谧鯬E80的管材和管件液壓破壞試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：一部分破壞點(diǎn)出現(xiàn)在藍(lán)色標(biāo)線處（脆性破壞），另一部分出現(xiàn)在管材的其他位置（韌性破壞），不難看出藍(lán)色標(biāo)線處是管材的耐壓能力相對(duì)薄弱處。

六、結(jié)論

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，美國(guó)Northern Specialty公司生產(chǎn)的焊制三通和異徑三通的壓力等級(jí)降低25%，而45°、60°、67.5°、90°彎頭的使用壓力需下降10%.澳大利亞塑料工業(yè)管道協(xié)會(huì)對(duì)于PE焊制管件的壓力折減的要求最低達(dá)到40%，即只能按照60%取耐壓等級(jí)。

1、經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析比較，認(rèn)為在實(shí)際工程應(yīng)用中90°彎頭的耐壓等級(jí)應(yīng)較同級(jí)別的管材低一個(gè)耐壓等級(jí)使用，而等徑三通則應(yīng)降兩個(gè)耐壓等級(jí)使用。

2、應(yīng)對(duì)PE焊制管件的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制；制定合理的工藝參數(shù)，操作人員需嚴(yán)格進(jìn)行培訓(xùn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3、推動(dòng)焊制管件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，設(shè)定可靠的管件使用安全系數(shù)。

4、在具體工程應(yīng)用時(shí)，應(yīng)采取有效措施對(duì)焊縫處進(jìn)行包縛增強(qiáng)或澆筑混凝土加強(qiáng)。

附錄：聚乙烯熱熔焊制管件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

1、管件產(chǎn)品及品質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)：ISO/DIS 8085-2.3-2001、PrEN 12201-1998、PrEN 1555-1998.

2、關(guān)于聚乙烯管材熱熔連接的密閉性、可熔焊性及焊口拉伸強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ISO 3458-1976、ISO 3503-1976、ISO 11414-1996、ISO/TR 11647-1996、ISO 1393-2001.

關(guān)于聚乙烯壓力管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和配套設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)：ISO/TS 10839-2000、ISO 12176-1-1998.