聚乙烯管道的連接技術(shù)

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　　1、概述

　　聚乙烯管在輸送燃?xì)狻⒔o水時(shí)要求承受一定的壓力，且要求至少50年的壽命，并且保證絕對(duì)的安全性，PE管道系統(tǒng)連接技術(shù)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到管網(wǎng)的運(yùn)行效果和使用壽命。因此對(duì)連接技術(shù)的要求就非常嚴(yán)格。

　　1.1.聚乙烯管道連接技術(shù)的發(fā)展情況：

　　聚乙烯燃?xì)夤艿涝谌劢蛹夹g(shù)方面的主要進(jìn)展有：

　　1.1.1九十年代電熔連接技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在：

　　1）管件的材質(zhì)緊跟管材材質(zhì)的發(fā)展，國(guó)際上已有多家電熔管件制造商開(kāi)發(fā)生產(chǎn)PE100材料的管件。

　　2）電熔管件的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，改進(jìn)，走向成熟。具有寬的熔接區(qū)，較長(zhǎng)的插入深度和冷卻區(qū)。GeorgFisher公司1997年推出了它的模塊化設(shè)計(jì)的電熔鞍形管件和過(guò)渡管件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了由一些基本元件在車間和施工現(xiàn)場(chǎng)組合成所需管件，減少庫(kù)存，方便應(yīng)用。

　　3）電熔連接設(shè)備已進(jìn)入第三代（多功能），可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行熔接質(zhì)量控制，并且確保設(shè)備和安裝的可追溯性。

　　4）電熔管件的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可使電能按照一定方式自動(dòng)輸與電熔管件，在九十年代后期，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。有三種類型：數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，機(jī)電識(shí)別系統(tǒng)和自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前大多數(shù)電熔管件采用的是數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，熔接參數(shù)以及其它信息以代碼的形式記錄在條形碼、磁卡等數(shù)據(jù)載體上，熔接控制器從上述載體中讀出參數(shù)后自動(dòng)控制熔接。

　　5）近年電熔管件成型技術(shù)最主要的進(jìn)展是成型的自動(dòng)化。

　　1.1.2熱熔連接的發(fā)展：

　　熱熔對(duì)接設(shè)備的發(fā)展方向是全自動(dòng)化，不僅可消除人為因素，并且可實(shí)現(xiàn)可追溯性。英國(guó)燃?xì)夤臼紫冗M(jìn)行研制，主要是針對(duì)大口徑管子，因?yàn)閭鹘y(tǒng)機(jī)器用于直徑大于D315mm的管子時(shí)已出現(xiàn)問(wèn)題。英國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、法國(guó)、美國(guó)等均已開(kāi)發(fā)半自動(dòng)、全自動(dòng)設(shè)備。

　　對(duì)聚乙烯管道熱熔對(duì)接工藝的研究一直在進(jìn)行。目前一些主要國(guó)家（如英國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、芬蘭等）聚乙烯管道熱熔對(duì)接的工藝參數(shù)不盡相同，而且由于材料的不斷發(fā)展，對(duì)工藝變化的要求也是必然的。采用比較廣泛的熔接工藝是德國(guó)焊接協(xié)會(huì)（DVS）發(fā)布的。比利時(shí)根特大學(xué)對(duì)DVS的熔接工藝改變了兩個(gè)參數(shù)：溫度由215℃提高到225℃；加熱壓力降低了50%.并認(rèn)為壓力有進(jìn)一步降低的可行性。 瑞典排污塑料管質(zhì)量委員會(huì)（KP-Council）根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的研究認(rèn)為，冷卻時(shí)間應(yīng)進(jìn)一步延長(zhǎng)，特別是對(duì)厚壁管材。1993年，英國(guó)水研究中心（WRC）提出一種“雙壓”連接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的連接。該方法與通常的焊接程序的主要差別在熔接階段的冷卻壓力降低。美國(guó)天然氣研究所（GRI）開(kāi)發(fā)了用于連接和修理聚乙烯天然氣輸配管線的新方法。該方法使用了一個(gè)稱為“SmartHeat”的自調(diào)、恒溫加熱的新技術(shù)。該技術(shù)具有能較好地控制溫度，連接件和裝配費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

　　1.2聚乙烯連接方式：

　　PE管不能采用溶解性粘合劑與管件連接，它的最佳連接方式是熔焊連接，焊接技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一定的過(guò)程，早期聚乙烯焊接方式有熱熔對(duì)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(diǎn)，通過(guò)對(duì)連接技術(shù)的不斷研究，近來(lái)發(fā)展了一種新的連接方式—電熱熔連接。相應(yīng)地，采用的施工機(jī)具是電熱熔焊機(jī)和熱熔對(duì)接焊機(jī)，焊接設(shè)備應(yīng)符合ISO12176-1或 ISO12176-2的要求。其次就是與金屬管道連接時(shí)采用鋼塑過(guò)渡接頭連接。

　　1.3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℃之間的范圍內(nèi)被熔化（不同原料牌號(hào)的熔化溫度一般也不相同），此時(shí)若將管材（或管件）兩熔化的部分充分接觸，并施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ娙酆附拥膲毫?lái)源于焊接過(guò)程中聚乙烯自身的熱膨脹），冷卻后便可牢固地融為一體。由于是聚乙烯材料之間的本體熔接，因此接頭處的強(qiáng)度與管材的本身的強(qiáng)度相同。

　　2、連接注意事項(xiàng)

　　PE管道連接時(shí)應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

　　1.操作人員上崗前，應(yīng)經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，經(jīng)考試和技術(shù)評(píng)定合格后，方可上崗操作。

　　2.管道連接前應(yīng)對(duì)管材、管件進(jìn)行外觀檢查，符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求方可使用。

　　3.在寒冷氣候（-5℃以下）和大風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行連接操作時(shí)，應(yīng)采取保護(hù)措施或調(diào)整施工工藝。

　　4.每次連接完成后，應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)，不符合要求的必須切開(kāi)返工，返工后重新進(jìn)行接頭外觀質(zhì)量檢查。

　　3、PE管道連接技術(shù)

　　熱熔連接和電熔連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

名 稱　　　要 求　電熔連接　　　1. 需要有專用的電熔焊機(jī)。
　　2. 適用于所有規(guī)格尺寸的管材。
　　3. 可用于不同牌號(hào)、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接。
　　4. 不易受環(huán)境、人為因素影響。
　　5. 設(shè)備投資低，維修費(fèi)用低。
　　6. 連接操作簡(jiǎn)單易掌握?！?/td>熱熔連接　　　1. 需要有專用的熱熔焊機(jī)。
　　2. 一般適用于公稱直徑大于63mm的管材。
　　3. 適用于同牌號(hào)、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接。性能相似，不同牌號(hào)、材質(zhì)的管材與管材、管材與管件連接，需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　4. 易受環(huán)境、人為因素影響。
　　5. 設(shè)備投資高。
　　6. 連接費(fèi)用低。
　　7. 操作人員需進(jìn)行專門培訓(xùn)，具有一定的經(jīng)驗(yàn)?！?/td>

　　3.1對(duì)接焊

　　對(duì)接焊常用于較大直徑管的連接，一般大于D63mm，將一定溫度的加熱板放在對(duì)好的兩管或管件之間加熱一定的時(shí)間，抽掉熱板，將要焊的兩端在一定壓力下迅速對(duì)接在一起并保壓一定時(shí)間冷卻，即可形成一個(gè)強(qiáng)度高于管材本體強(qiáng)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(dāng)對(duì)接焊機(jī)帶有液壓源時(shí)，力通常被表示為施加的油缸壓力。對(duì)于這樣的機(jī)器，要提供一個(gè)專門的對(duì)照表，以給出實(shí)際的接觸面處壓力與壓力計(jì)指示壓力的關(guān)系。

　　3.1.1對(duì)接焊周期及參數(shù)：

　　對(duì)接焊周期和各階段的參數(shù)說(shuō)明如下。

　　a.總則

　　T 加熱板溫度，以測(cè)量與管材或管件端面接觸的加熱板表面區(qū)域的溫度為準(zhǔn)。

　　b. 階段1：預(yù)熱

　　p1——預(yù)熱階段端面壓力/（N/mm2）（Mpa）

　　B1——初始翻邊/mm

　　t1——形成要求翻邊寬度時(shí)的時(shí)間/s

　　c.階段2：吸熱

　　p2——吸熱階段界面壓力/（N/mm2）（Mpa）

　　t2——吸熱時(shí)間/s

　　d.階段3：撤回加熱板

　　t3——從移開(kāi)加熱板到兩熔接面接觸的時(shí)間/s

　　e.階段4：加壓

　　t4——從介面接觸到升到規(guī)定壓力所要時(shí)間/s

　　f.階段5：對(duì)接

　　p5——對(duì)接階段接觸面的壓力/（N/mm2）（Mpa）

　　t5——恒定壓力下的時(shí)間

　　g.階段6：冷卻

　　t6——冷卻時(shí)間，此時(shí)不能施加額外的力，可取出冷卻/s.

　　B2——最終翻邊寬度/mm.表中沒(méi)有對(duì)其說(shuō)明是由于B2受PE材料類型、生產(chǎn)過(guò)程（擠出或注塑成型）、使用的加熱板類型、溫度和焊接周期的影響，因此很難確定一組翻邊寬度值。不過(guò)，只要按連接程序操作，就是一個(gè)良好的象征。一種確定可接受的翻邊寬度值B2的方法是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在規(guī)定條件下使用管材和對(duì)接焊機(jī)。從在連接程序規(guī)定的條件下制作的幾個(gè)接頭確定一個(gè)平均值B2。

　　表中參數(shù)為通用指導(dǎo)參數(shù)，僅供參考。不同制造商的熔接參數(shù)不盡相同，用戶必須嚴(yán)格執(zhí)行。

　　3.1.2管道對(duì)接焊程序：

　　下面概述了在規(guī)定的對(duì)接焊周期和溫度下，制作對(duì)接焊接頭所必須的操作過(guò)程：

　?。M可能減少拖動(dòng)阻力，例如使用管材滾動(dòng)

　　－在對(duì)接焊機(jī)上夾緊管材或管件的插口端

　?。鍧嵅蹇诙?/p>

　　－檢查對(duì)接焊機(jī)是否與管材直徑和規(guī)定的對(duì)接周期匹配

　?。苿?dòng)可動(dòng)夾具，將管材端部靠在銑刀上刨平?？拷鼔毫?yīng)滿足以使銑刀兩側(cè)能產(chǎn)生穩(wěn)定的薄片。當(dāng)管材端面或管件端面平整并互相平行時(shí)，刨平工作就算完成了

　?。档蛪毫?，保持銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)以避免管材和管件起毛刺。向后移動(dòng)夾具并移走銑刀

　?。箤?duì)接焊機(jī)上的管材或管件互相接觸并檢查對(duì)其情況。管材或管件的插口端應(yīng)盡可能對(duì)齊，不超過(guò)連接程序中規(guī)定的最大偏移量即管材壁厚的10%，不足1mm的按1mm計(jì)。

　?。倨胶蠊懿暮凸芗嗣嬷g的間隙應(yīng)盡可能小，不應(yīng)超過(guò)連接程序中規(guī)定的最大間隙，具體為：

　　1）dn＜2250.3mm

　　2）225≤dn＜400 0.5mm

　　3）400≤dn1mm

　?。瓬y(cè)量由于對(duì)接焊機(jī)的摩擦損失和向前移動(dòng)可動(dòng)夾具的拖動(dòng)阻力所產(chǎn)生的額外阻力，并將這個(gè)壓力加到要求的對(duì)接焊壓力上

　?。绻斜匾鍧嵑附颖砻婧图訜峁ぞ?。加熱工具上的聚乙烯殘留物應(yīng)用木質(zhì)刮刀刮掉；

　　－檢查加熱工具焊接表面涂層是否完整并沒(méi)有劃傷；

　?。瓩z查加熱工具溫度是否正確；

　?。瓕⒓訜峁ぞ叻旁诠懿亩嗣嬷g，使對(duì)接焊機(jī)上的管材靠近加熱工具并施加一定的壓力（包括測(cè)量的額外壓力），直到熔化翻邊達(dá)到規(guī)定的寬度；

　　－降低壓力，使管材端面和加熱工具之間剛好保持接觸；

　?。_(dá)到吸熱時(shí)間后，向后移動(dòng)對(duì)接焊機(jī)可動(dòng)夾具并移走加熱工具?？焖贆z查加熱后的管材端部，確定在移動(dòng)加熱工具過(guò)程中是否損傷熔融的端面，然后再次移動(dòng)對(duì)接焊機(jī)可動(dòng)夾具，使管材端面接觸。這個(gè)松開(kāi)和靠近的時(shí)間應(yīng)在連接程序規(guī)定的最長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)

　?。挥脮r(shí)，要把加熱工具儲(chǔ)存保護(hù)好。

　　－在整個(gè)對(duì)接過(guò)程和隨后的冷卻過(guò)程中，對(duì)接焊機(jī)應(yīng)保持一定壓力（應(yīng)重視關(guān)注冷卻過(guò)程，冷卻好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量）。

　?。_(dá)到對(duì)接焊和冷卻時(shí)間后，卸去對(duì)接焊機(jī)的壓力，使壓力為零。

　?。苿?dòng)管材時(shí)，避免碰撞熔接處。

　　熱熔焊時(shí)應(yīng)特別注意卷邊、壓力和焊接時(shí)間的控制，嚴(yán)格按照規(guī)定的參數(shù)操作。合格的焊口應(yīng)有兩翻邊，焊道翻邊卷到管外圓周上，兩翻邊的形狀、大小均勻一致，無(wú)氣孔、鼓泡和裂紋，兩翻邊之間的縫隙的根部不低于所焊管子的表面。

　　3.2電熔熔接：

　　電熔焊接的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)先進(jìn)的電熔管件，其基本原理包括加熱、利用焦耳效應(yīng)、集成在管件內(nèi)表面（焊接表面）的電阻線圈、引起線圈附近的材料熔化，從而使管材與管件熔接在一起。電熔管件一般包括套筒、鞍形、變徑、等徑三通、異徑三通和彎頭等?？捎糜谂c用不同類型聚乙烯材料和不同熔體流動(dòng)速率材料制造的干線、支線管材或插口管件連接。

　　3.2.1溫度：

　　對(duì)于環(huán)境溫度的變化，只要這些變化在連續(xù)程序規(guī)定的范圍內(nèi)，不需采取特殊的預(yù)防措施就可以進(jìn)行焊接操作。如果有必要對(duì)輸出到管件的電能進(jìn)行一些調(diào)整，以適合極限環(huán)境溫度的要求，應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)碾娙墼O(shè)備。

　　3.2.2電熔焊接設(shè)備：

　　電熔焊機(jī)是利用電源（發(fā)電機(jī)或公共用電），為管件提供正確的焊接參數(shù)的，如果有必要，還要考慮環(huán)境溫度。焊接參數(shù)是施加電壓和/或電流及焊接時(shí)間。如果用發(fā)電機(jī)作為電源，它應(yīng)能輸出管件所需要的能量并考慮焊機(jī)和發(fā)電機(jī)的電的特性。發(fā)電機(jī)應(yīng)具備適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和安全裝置，以符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在有些情況下，焊機(jī)和發(fā)電機(jī)可能要組合成一個(gè)整體。電熔焊接設(shè)備應(yīng)符合ISO 12176-2.焊接設(shè)備工況不好時(shí)，不可能有高質(zhì)量的焊接接頭。焊接設(shè)備的維護(hù)非常重要，應(yīng)定期進(jìn)行。

　　3.2.3電熔焊接程序：

　　下面概述了電熔焊接的操作過(guò)程。

　　-電熔管件應(yīng)包裝保護(hù)好，直到準(zhǔn)備連接到管材或插口管件止為止。在開(kāi)始焊接前，焊接面應(yīng)干燥

　　-確保電熔管件與環(huán)境溫度、管材或插口管件系列或SDR值是匹配的。

　　-對(duì)于所有類型的電熔管件，都要使用復(fù)原和對(duì)正夾具，以減少管材不圓度、偏移和在連接與冷卻階段的移動(dòng)。

　　-刮掉管材或插口管件外層焊接表面，以切除氧化的材料。用適當(dāng)?shù)墓ぞ?，如手?dòng)或機(jī)械刮刀進(jìn)行這一操作。推薦使用機(jī)械刮刀。應(yīng)沿管材或插口管件端部的整個(gè)外圓周進(jìn)行刮皮。當(dāng)使用鞍形或鞍形三通時(shí)，至少要在焊接區(qū)域刮皮。刮皮深度大約0.2mm。

　　-承插電熔管件連接時(shí)，用塑料管材切刀或帶切削導(dǎo)向裝置的細(xì)齒鋸切斷管材，并使其端面垂直于管材軸線。用小刀切除內(nèi)部邊緣的毛刺。

　　-確保可以檢查插入深度（例如標(biāo)記插入深度）。將承口管件滑入插口端并正確定位。

　　-如果采用通套連接，將電熔套筒件完全推入到其中一個(gè)管材端部上，在兩個(gè)管材端部被夾緊后，再將電熔套筒件往回推，這樣兩個(gè)管材端部都被管件套住。檢查兩個(gè)管材端部的插入深度。

　　-固定對(duì)正夾具或定位夾具，檢查管材端部是否對(duì)正。

　　-打開(kāi)管件護(hù)帽，接好焊機(jī)導(dǎo)線，按給定參數(shù)焊接。

　　-焊接完畢后，檢查觀察孔內(nèi)物料是否頂出，焊縫處是否有物料擠出。合格的焊口應(yīng)是在電熔焊過(guò)程中，無(wú)冒煙（著火）、過(guò)早停機(jī)現(xiàn)象，觀察孔有物料頂出，焊縫處無(wú)物料擠出。

　　3.3鋼塑連接：

　　PE管道在和鋼管及閥門連接時(shí)采用鋼塑過(guò)渡接頭連接和鋼塑法蘭連接。對(duì)于小口徑的PE燃?xì)夤埽╠n≤63），一般采用一體式鋼塑過(guò)渡接頭；對(duì)于大口徑的PE燃?xì)夤埽╠n＞63），一般采用鋼塑法蘭連接。目前大口徑如dn315的一體式鋼塑過(guò)渡接頭我們公司已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。

　　3.3.1鋼塑過(guò)渡接頭

　?、黉撍苓^(guò)渡接頭PE管端與PE管道連接按熱熔和電熔連接方法處理。

　?、阡撍苓^(guò)渡接頭鋼管端與金屬管道連接應(yīng)符合相應(yīng)的鋼管焊接、法蘭連接以及機(jī)械連接的規(guī)定。

　　③鋼塑過(guò)渡接頭鋼管端與鋼管焊接時(shí)，應(yīng)采取降溫措施。

　　3.3.2鋼塑法蘭連接

　?、貾E管端與相應(yīng)的塑料法蘭連接、熱熔和電熔連接方式處理。

　?、阡摴芏伺c金屬法蘭連接，應(yīng)符合相應(yīng)的鋼管焊接、法蘭連接以及機(jī)械連接的規(guī)定。

　?、蹖⒔饘俜ㄌm和塑料法蘭活套形式連接。活套法蘭片應(yīng)防腐處理以提高使用壽命。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　連接技術(shù)的優(yōu)劣是影響管道質(zhì)量和使用壽命的重要因素之一，可靠先進(jìn)的連接技術(shù)為聚乙烯管道的廣泛應(yīng)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(shù)，以保證PE管道系統(tǒng)的安全性。充分發(fā)揮PE管道系統(tǒng)優(yōu)越性。