摘　要：由于聚乙烯燃?xì)夤懿拇娣怒h(huán)境因素的影響，在實(shí)施對(duì)接焊時(shí)，在對(duì)接焊焊口處可能會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)影響運(yùn)行管線的安全。本文簡要介紹了對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)形成的原因，開展了不同材料聚乙烯燃?xì)夤懿膶?duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)，研究了不同材料管材的吸水性能以及水分含量對(duì)不同材料管材對(duì)接焊焊口質(zhì)量的影響程度，并進(jìn)行了采用熱烘法減少聚乙烯對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)的試驗(yàn)研究，找出了簡單有效的減少焊口麻點(diǎn)的方法。

關(guān)鍵詞：聚乙烯燃?xì)夤懿摹崛蹖?duì)接焊　焊口　麻點(diǎn)　熱烘法

Polyethylene Gas Pipe Butt Welding Weld Pitting Research

Abstract：Since polyethylene gas pipe storage environmental factors in the implementation of butt welding，butt welding weld in place pitting phenomenon may oeenr，seriously affect the operation of pipeline safery．This paper introduces the butt weld pitting reasons for the formation，carried out different materials polyethylene gas pipe butt welding weld pitting test tubes of different materials，water absorption and moisture content of materials of different quality weld pipe butt welding degree of influence，and carried out by thermal&ying method to reduce polyethylene butt weld pitting pilot study to find a simple and effective in redueing weld pitting application method．

Keywords：Polyethylene gas pipe Butt weld Weld Pitting Heat drying  method

1　前言

熱熔對(duì)接焊在20世紀(jì)60年代就成功應(yīng)用于聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接，是聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕ぶ兄饕倪B接方法之一。隨著聚乙烯燃?xì)夤艿涝趪鴥?nèi)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中應(yīng)用得越來越普遍，存放環(huán)境太潮或存放時(shí)間過久的聚乙烯燃?xì)夤懿倪M(jìn)行熱熔焊接，在焊口處產(chǎn)生麻點(diǎn)的現(xiàn)象在施工中經(jīng)常出現(xiàn)，過大過密的氣孔會(huì)導(dǎo)致焊接接頭安全性能不足甚至失效，如何減少麻點(diǎn)提高焊接接頭的安全性成為各施工單位亟待解決的突出問題。

2　對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)形成原因

聚乙烯燃?xì)夤懿氖鞘褂萌細(xì)鈱Ｓ镁垡蚁┗炫淞蠑D出加工成型制造而來。所謂燃?xì)鈱Ｓ镁垡蚁┗炫淞鲜侵冈诰垡蚁┲屑尤氡匾?、均勻分散的助劑后得到的專用混配料。這些加入到聚乙烯中均勻分散的助劑主要是一些光穩(wěn)定劑、著色劑和抗氧化劑等，可以提高聚乙烯的抗紫外線輻射能力、增強(qiáng)其耐候性和熱穩(wěn)定性，保證聚乙烯燃?xì)夤懿?span lang="EN-US">50年的使用壽命。目前國內(nèi)外燃?xì)鈱Ｓ昧仙a(chǎn)中所使用的光穩(wěn)定劑絕大部分都是炭黑，這種專用料顏色呈黑色。也有出于多方面考慮，如易于識(shí)別燃?xì)夤艿缹傩院凸艿拦芾淼男枰?，易于通過肉眼檢查和檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)現(xiàn)制品缺陷，避免受到再生料、回用料以及摻雜混假制品的困擾等囚素，國際七采用非炭黑助劑的黃色或橙色燃?xì)庥镁垡蚁┕艿缹Ｓ昧先〈谏珜Ｓ昧系那闆r也越來越普遍。

雖然聚乙烯樹脂本身無極性，吸水性差，但因其在生產(chǎn)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸中，受聚乙烯粒料中炭黑助劑強(qiáng)吸水性的影響，或溫度和環(huán)境變化時(shí)的水分凝結(jié)，不管是專用料還是管材，其中都將含有一定的水分，特別是長期暴露存放在潮濕環(huán)境中。對(duì)于專用聚乙烯混配料而言，水分含量會(huì)嚴(yán)重影響其加T性能，水分含量高不僅會(huì)造成擠出管材表面有凹凸不平或氣泡等外觀缺陷，或因水解作用而剝蝕，而且管壁內(nèi)也將產(chǎn)生氣泡，這些缺陷將導(dǎo)致管材提前發(fā)生脆性破壞。為保證原材料具有良好的加工性能，應(yīng)對(duì)聚乙烯混配料進(jìn)行烘干處理，烘干后的水分含量一般應(yīng)控制在200mg／kg以下，才能有效保證生產(chǎn)出的聚乙烯管材無麻點(diǎn)或氣泡。對(duì)于聚乙烯燃?xì)夤懿亩裕娣旁诔睗癍h(huán)境中時(shí)間過長或燃?xì)夤艿缆裼诘叵?，水分子?huì)附著在管材內(nèi)外表面及端門處，并逐漸向管材內(nèi)部滲透，從而導(dǎo)致管材水分含量過高。在進(jìn)行對(duì)接焊接時(shí)，如不經(jīng)過特殊處理，由于加熱溫度較高，管端吸收的水分汽化、揮發(fā)、氣泡破裂，將根據(jù)管材所附著水分的程度在焊口處產(chǎn)生程度不一的麻點(diǎn)或氣泡。

一般而言，因管材吸水造成的對(duì)接焊翻邊上產(chǎn)生的細(xì)小麻點(diǎn)，對(duì)接頭焊接質(zhì)量影響不大。但如果麻點(diǎn)過多過密或在焊口接縫處出現(xiàn)大量氣泡將對(duì)焊口質(zhì)量造成不利的影響，甚至影響整個(gè)運(yùn)行管線的安全。

3　不同材料管材對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)

3．1　試驗(yàn)管材

為了驗(yàn)證不同等級(jí)及有無炭黑聚乙烯燃?xì)夤懿牡奈潭?、?duì)接焊麻點(diǎn)出現(xiàn)程度及其影響大小，該試驗(yàn)分別選取了中密度聚乙烯原材料ME3440(含炭黑)、高密度聚乙烯原材料HE3490LS(含炭黑)及橙色高密度聚乙烯原材料XSl0 Orange YCF(不含炭黑)生產(chǎn)出的管材(詳見表1)；為保證水份充分滲透，將管材浸泡在常溫水中，浸泡時(shí)間為2年。

3．2　水分含量測(cè)試

試驗(yàn)儀器選用C30梅特勒卡式水分測(cè)定儀，用庫侖法進(jìn)行測(cè)試。水分含量測(cè)試結(jié)果見表2。

測(cè)試結(jié)果表明：3種材料聚乙烯燃?xì)夤懿木哂形?，并且水分含量相差不大，均大?span lang="EN-US">300mg／kg。

3．3　熱熔對(duì)接焊試驗(yàn)

選用PBF2508熱熔對(duì)接焊機(jī)，將3種管材擦拭干凈后按照焊接技術(shù)規(guī)程進(jìn)行熱熔對(duì)接焊焊接，焊口照片見圖1、圖2、圖3。

圖1為含炭黑的中密度聚乙烯混配料管材焊口，翻邊上氣孔大、分布密集，呈蜂窩狀；圖2為含炭黑的高密度聚乙烯混配料管材焊口，翻邊上氣孔較小、且主要分布在翻邊外側(cè)，焊縫處無氣孔；圖3為不含炭黑的高密度聚乙烯混配料管材焊口，翻邊上外側(cè)有少量細(xì)小麻點(diǎn)，焊縫處無氣孔，整體上比較平滑均勻。

由于內(nèi)部分子支鏈及結(jié)構(gòu)性差異，雖然水分含量較相近，但同樣的水分含量對(duì)中密度聚乙烯燃?xì)夤懿牡挠绊懸雀呙芏染垡蚁┕懿囊蠛芏唷?span lang="EN-US">

由上面試驗(yàn)可以明顯看出：不含炭黑的高密度橙色管材基本不受高水分含量影響，其焊口翻邊不產(chǎn)生麻點(diǎn)或稍微產(chǎn)生少量麻點(diǎn)，不影響焊口質(zhì)量；含炭黑的高密度黑色管材受高水分含量的影響也不大，焊口翻邊上的氣孔深度都很小，且不存在焊縫接口處，對(duì)焊口質(zhì)量影響不大；含碳黑的巾密度黑色管材受高水分含量影響較大，氣孔多而密集、深度大，分布與整個(gè)焊口翻邊和焊縫處，如果不采取一定措施而直接焊接使用可能會(huì)導(dǎo)致焊口失效或接頭強(qiáng)度達(dá)不到使用要求，產(chǎn)生安全隱患。

下文就如何利用熱烘法來減少ME3440 PE80，SDR11 DN110巾密度聚乙烯燃?xì)夤懿?span lang="EN-US">(含炭黑)對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

4　熱烘法減少對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)

麻點(diǎn)的形成原因是在熱熔對(duì)接連接時(shí)，加熱溫度較高，管端吸收的的水分汽化、揮發(fā)、氣泡破裂形成。要減少或消除氣孔，就必須采取一定的措施降低焊接管材端面的水分含量。該措施即要實(shí)用于施工現(xiàn)場(chǎng)，又要簡便易行，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的辦法就是將待焊管材的2個(gè)端面銑屑好后置于加熱板兩邊先進(jìn)行烘烤，利用熱板的溫度將管材端面所含的水分揮發(fā)后再實(shí)施焊接。這樣方法又有兩個(gè)因素需要確定：一是管材端面離熱板的距離，因?yàn)椴煌木嚯x烘烤溫度不一樣；二是烘烤的時(shí)間，因?yàn)榫垡蚁┕懿挠幸粋€(gè)耐氧化時(shí)間的問題，長時(shí)間在空氣中處于高溫狀態(tài)，聚乙烯材料會(huì)被氧化，焊口也會(huì)失效。

烘烤溫度要求能烘出管材端面所含水分但不能過高導(dǎo)致管材端面熔融無法焊接。水的沸騰汽化溫度是100％，聚乙烯管材的熔融溫度是190℃，ME3440，PE80，中密度聚乙烯管材的焊接溫度(加熱板的溫度)為200％～220％，管材斷面到熱板吸熱面對(duì)距離為2cm～3cm的烘烤溫度適宜。烘烤時(shí)間不能超過聚乙烯管材的氧化時(shí)間，ME3440，PE80，巾密度聚乙烯燃?xì)夤懿牡?span lang="EN-US">210℃氧化誘導(dǎo)時(shí)間為40min左右，取烘烤時(shí)間為20min、30min來進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，焊接中加熱板溫度為最低焊接溫度210℃，焊接效果見圖4、圖5。

從圖4可以看出，間距2cm熱烘20min端面后，翻邊上氣孔多而密集、孔深大，相較于不經(jīng)處理直接焊接的圖1，焊口質(zhì)量無明顯改善；從圖5可以看出，間距3cm熱烘20min端面后，相較于直接焊接，翻邊上氣孔已明顯減少，孔徑和孔深都變小，有一定的改善效果，但接縫處仍然存在氣泡或麻點(diǎn)，還是存在一定的安全隱患。

從圖6可以看出，間距2cm熱烘30min端面后，翻邊上有一些稀疏小氣孔，焊口接縫處基本無氣泡或麻點(diǎn)，焊接質(zhì)量得到很大改善；從圖7可以看出，間距3cm熱烘30min端面，翻邊上僅見零星氣孔，光亮圓滑，焊口接縫處無麻點(diǎn)或氣泡，改善效果最好。

對(duì)圖6、圖7兩種熱烘法處理后的對(duì)接焊試件進(jìn)行熱熔對(duì)接焊口拉伸和80℃，165h靜液壓試驗(yàn)均通過，焊口質(zhì)量合格。

5　結(jié)論

聚乙烯燃?xì)夤懿脑诖鎯?chǔ)及使用過程中，由于環(huán)境的影響，管材吸水，在實(shí)施對(duì)接焊操作時(shí)，可能會(huì)在對(duì)接焊口處出現(xiàn)麻點(diǎn)或氣泡，對(duì)焊接質(zhì)量造成不利影響。經(jīng)試驗(yàn)表明：水分含量對(duì)PE80級(jí)中密度聚乙烯(含炭黑)影響較大，對(duì)PE100級(jí)高密度聚乙烯影響較小。本文開展了利用熱烘法減小對(duì)接焊麻點(diǎn)的試驗(yàn)，在對(duì)接之前采用210℃熱板距管材端口2cm～3cm處熱烘30min的方式來減輕或消除麻點(diǎn)或氣泡。此方法不需要另外的助劑或設(shè)備，適用于施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)減少焊口麻點(diǎn)，保證焊口質(zhì)量的具有很好的效果。

參考文獻(xiàn)

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本文作者：豆利軍　劉松林

作者單位：四川亞大塑料制品有限公司