| 标题 | 聚乙烯给水管道热熔对接施工质量控制要点和检验方法 |
| 范文 | 陈炳瑞+刘晓燕+王凤龙 【摘要】结合目前国内聚乙烯领域理论水平，对聚乙烯给水管道热熔连接施工中的三个参数温度、时间和压力控制要点进行了总结;提出了对焊接质量进行检验的主要方法。 【关键词】聚乙烯管道;热熔对接;参数确定;质量控制;检验 Butt construction of polyethylene water supply pipe Quality control points and test methods Chen Bing-rui1，Liu Xiao-yan2，Wang Feng-long1 （1.The Changzhou lead into the territory conveyance Ltd.CangzhouHebei061000; 2.Cangzhou City Water AuthorityCangzhouHebei061000） 【Abstract】At present， the field theoretical level of polyethylene， polyethylene water supply pipe to connect the construction of the three hot-melt parameters temperature， time and pressure control points were summed up; made to test the quality of welding the main method. 【Key words】Polyethylene pipe;Butt;Parameter identification;Quality control;Inspection 聚乙烯属聚烯烃类，是三大通用塑料之一。聚乙烯材料因其优良的耐低温冲击性、柔韧性、耐腐蚀性和易加工性的特点，在国民经济众多领域得到广泛应用。在给水工程中，聚乙烯管道输送流体阻力小、输水耗能低、水质稳定、不产生二次污染，对工程地质适应能力强，管道施工方便、连接可靠，是一种安全、卫生、实用、具有很好发展潜力的工程管道。 目前聚乙烯管材、管件及管道附件的连接采用热熔连接或电熔连接及机械连接。其中热熔连接分为热熔对接、热熔承插连接、热熔鞍形连接。管材与管材之间的连接一般为热熔对接连接。 1. 聚乙烯给水管道热熔对接施工质量控制要点 聚乙烯管道热熔连接的三个重要参数是：温度、压力、时间。聚乙烯管材的焊接一般分三个阶段，加热段、切换段、对接段，根据管材的不同规格和截面积制定其焊接参数。 1.1温度的确定。 聚乙烯管材热熔对接的最佳焊接温度为200～230℃，一般生产厂家确定为210±10℃。通常HDPE选择220℃，MDPE选择210℃。该温度是聚乙烯材料的加工温度，在材料粘流态转化温度之上，只有在这种条件下，聚乙烯产生熔融流动，聚合物的大分子才能进行相互扩散形成缠绕，得到最大的强度和高质量的焊接结果;实践证明，温度低于180℃，即使加热时间长，也不能达到质量好的焊接结果。如果温度过高，将有可能激活分子链中的C键与氧发生反应，使材料降解，聚乙烯材料将受到氧化破坏。 1.2时间的确定。 时间的确定包括管端加热时间、切换时间、冷却时间三个参数。 1.2.1加热时间的确定。 焊接端面平整后，加热时间一般取10×壁厚（mm）秒。 加热时间的长短，决定焊接的质量，是否能将温度均匀传递到焊接面及一定的深度，在转换的阶段保持最佳的焊接温度。管端面熔化的最佳时间，是随着需要加热的面积增大而增大的，更重要的是对流和辐射传播的能量，会随着管壁厚度的增加而减小。管端面的不平度，造成热量的传递不均匀，窝藏空气，产生气孔，最终影响焊接质量，所以需要和压力密切的配合，在加热的同时施加一定的压力，平整焊接面，促进塑化，形成理想的焊接面进行热传递，然后降压吸热。 1.2.2切换时间的确定。 在切换时间内，熔融的物料暴露在空气中，不但会迅速降温，还会产生一定程度的热降解，因此该段时间的控制非常重要，应尽可能地缩短，宜控制在10秒以内。 1.2.3冷却时间的确定。 聚合物材料的导热性差，只有金属的几十分之一，冷却速度相应的缓慢，在冷却的时间内需要进行结晶，收缩，所以需要有充分的时间降到结晶温度，进行充分的晶粒生长，消除内应力，在一定的压力下冷却，避免焊接端面有缩孔。一般控制在1.15～1.33×壁厚（mm） 分钟。 环境温度超过25℃时，每升高1℃，应将冷却时间延长1分钟;环境温度低于5℃时，每下降1℃，可将冷却时间减少1分钟。 1.3压力的确定。 熔融对接压力，是垂直作用于两个对接面上的压力，主要与熔融对接部分的面积、焊机油缸面积、焊制管件的材料有关。一般按下式计算： P=KS1/S2 式中 P——焊接压力，单位为MPa; K——与材料有关的压力系数; S1——管截面积=π（dn-en）en， 单位为cm2; dn——管材外径，单位为cm; en——管材壁厚，单位为cm; S2——油缸活塞总有效面积，在焊机的使用说明书上可查到。 吸热压力，约为熔融对接压力的1/10，它的作用主要是防止管材回弹，使管材紧贴在加热板上，提高加热效果，减少加热时间。 计算出来的压力在实际操作过程中要进行适实调整，并要将机器自身移动所需的压力或塑料管材较长时牵引所需压力考虑进去。 需要说明的是，目前国际上对热熔焊接压力参数的设定还没有统一的结论，德国推荐的是0.15～0.18MPa，美国推荐的是0.41～0.62MPa。实际施工中，可根据焊机使用说明书，由管材生产厂家技术人员经现场试验确定。 2. 聚乙烯给水管道热熔对接施工质量检验方法 聚乙烯给水管道热熔对接施工质量检验，主要指对热熔对接焊缝焊接质量的检验。为更好的发挥聚乙烯管道在给水工程中的重要作用，根据《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ 101-2004）》规定，结合目前管道生产技术要点和施工中取得的经验和教训，提出如下方法对聚乙烯给水管道热熔对接施工质量进行系统性检验： 2.1非破坏性检测。 非破坏性检测，是指不改变成型管道的内外部结构，保持管道连接质量不受破坏，对管道热熔对接焊口进行的质量评定方法。主要包括外观质量检测和超声波检测。 2.1.1外观质量检测。 对于热熔对接连接的管道，其外观质量检测只要包括：检查卷边是否正常均匀，卷边表面饱和圆满，使用卷边测量器测量其宽度应在指定的大小范围内;割除卷边后，检查卷边底部、管道的焊接界面不应有污染物;检查卷边底部的焊接界面不应出现熔和不足而造成的裂缝;将卷边向背后屈曲，不应出现熔和不足而造成的裂缝;检查两端管道在接口上应对准成一直线，如有错边发生，应不超过壁厚的10%。 2.1.2超声波检测和X射线检测。 焊缝超声波检测主要包括声回波脉冲检测和阴影法检测等方法。目前在聚乙烯管道焊缝无损检测领域，通过测量聚乙烯管的纵横波声速和热熔焊缝声衰减系数，研究聚乙烯材料的声学性能。焊接缺陷、裂缝、孔洞等检测中表现出异常，PPI在上个世纪80年代对回波脉冲法做了新的发展，开发了Ultra-Mc系统，将聚乙烯管道热熔对接焊接质量分成了五个等级。一些技术人员尝试采用小波域去噪理论去除噪声，提高了检测回波的信噪比;或者自制纵波斜探头，利用一发一收的方法，寻找更适用于聚乙烯管热熔焊缝缺陷的超声检测方法。 超声波检测法的优点是穿透能力较大，探伤灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小;设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。缺点是要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。对于有些粗晶粒的焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。此外，超声波检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。 X-ray检测是利用聚乙烯材料对射线的吸收特性来工作的。 2.2破坏性检测。 破坏性检测一般在试验室内进行，当施工现场检测中，对聚乙烯管道热熔焊缝存在批量质疑时，如热熔对接连接的参数控制存在问题，接头质量难以判定时，可以取样进行破坏性试验，用以确定该批量焊接的质量。破坏性检测包括拉伸试验、弯曲试验、长期试验等方法。根据《给水用聚乙烯管材（GB/T 13663-2000）》的规定，可对管材的静液压强度、断裂伸长率、纵向回缩率（110℃）、氧化诱导时间（200℃）、耐候性等物理指标进行试验，按相应国标要求进行检测。 拉伸试验可以得到焊口的短期焊缝系数，用来初步评价焊接质量的优劣。 三点弯曲试验可以得到焊口弯曲角和破坏类型，较好的评价焊口的焊接质量，特别是变形能力。 拉伸蠕变测试可以得到焊口的长期焊缝系数，对评价焊接接头的寿命很有价值。 2.3水压试验。 选取适宜的管段长度，经12小时以上充水浸泡，试验时的静水压力应不小于管道工作压力的1.5倍，且不应低于0.8MPa。聚乙烯管道水压试验分预试验阶段和主试验阶段，应按规程逐步进行。 由于聚乙烯管材是一种热塑性材料，管材本身具有受压发生蠕变和应力松弛的特性。《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ 101-2004）》指出，应充分理解管道在压力试验期间的压力下降现象，充分考虑到压力下降不一定意味着管道有泄漏。水压试验进行中，卸掉一定压力后，存在管材收缩管内水压上升的现象。 可以看出，上述检测方法都有其自身的优点和缺陷，工程施工中应根据施工现场技术人员对检测手段的控制和熟知程度，选择合理高效的检测方法判定聚乙烯管道焊缝热熔质量。条件允许时，选择两种以上检测方法互为补充，以增强检测结论的准确度和全面性。 参考文献 [1]埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ 101-2004）， 2004. [2]给水用聚乙烯管材（GB/T 13663-2000），2000. [3]给水排水管道工程施工及验收规范，1997. [4]佟志国，林永江.聚乙烯供水管道热熔焊接的质量控制.市政技术，2006（6）. [5]殷振华.PE管道在煤气工程中的应用.山西建筑，2008（31）. [6]张晋英.浅谈燃气管道的腐蚀与防护[J].山西建筑， 2007（21）. [7]邱灿荣.浅谈聚乙烯（PE）管的应用与施工安装技术.铁道劳动安全卫生与环保，2008（5）. [8]王占杰.我国塑料管道行业的五大趋势.广东建设信息，2007（1）. [9]白耀武. 聚乙烯（PE）管及在天然气工程中的应用.安装，1998（4）. [10]朱正光. 聚乙烯（PE）燃气管道工程焊接质量管理之探索.中国科技博览，2010（24）. |
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