摘 要

摘　要：介紹埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿离娙圻B接的概念、應(yīng)用范圍、注意事項、接頭質(zhì)量判斷。分析解決電熔連接施工中觀察孔溢料的問題。用實驗方法對未能保持電熔連接焊接面的潔凈導(dǎo)

摘　要：介紹埋地燃?xì)饩垡蚁┕艿离娙圻B接的概念、應(yīng)用范圍、注意事項、接頭質(zhì)量判斷。分析解決電熔連接施工中觀察孔溢料的問題。用實驗方法對未能保持電熔連接焊接面的潔凈導(dǎo)致電熔連接出現(xiàn)虛假焊進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：聚乙烯電熔管件；  電熔連接；  虛假焊；  溢料

Analysis on Two Typical Problems in Electrofusion Welding of Gas PE Pipes

Abstract：The concept，scope of application，matters needing attention and joint quality judgement in electrofusion welding of buried gas PE pipes are introduced．The problem of material overflow at the obserration hole in electrofusion welding operation is analyzed and solved．The false electrotusion welding caused by unclean welding surface is discussed experimentally．

Keywords：polyethylene electrofusion fitting；electrofusion welding；false welding；material overflow

 

1　概述

近年來，隨著對環(huán)境保護(hù)的重視，天然氣作為一種清潔能源的需求越來越廣泛，聚乙烯燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)得到大力發(fā)展。電熔連接是聚乙烯燃?xì)夤艿赖闹饕B接方式，電熔連接接頭的質(zhì)量取決于聚乙烯電熔管件、聚乙烯管材、電熔焊機(jī)的質(zhì)量和工程施工方的施工技能及監(jiān)理部門的管控水平^[1]。全國聚乙烯電熔管件、聚乙烯管材生產(chǎn)企業(yè)有上百家，水平高低不同，電熔焊機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)也有幾十家，各企業(yè)的電熔焊機(jī)質(zhì)量各異，燃?xì)馐┕て髽I(yè)工程施工技能方法也有差異，水平高低不同。當(dāng)電熔連接的接頭出現(xiàn)問題時，各相關(guān)方相互推卸責(zé)任。有鑒于此，本文對電熔連接方式進(jìn)行分析，并就目前行業(yè)中兩個典型問題進(jìn)行剖析。

2　電熔連接的概念

電熔連接：采用內(nèi)埋電阻絲的專用電熔管件，通過專用設(shè)備，控制內(nèi)埋于管件中電阻絲的電壓、電流及通電時間，使其達(dá)到熔接目的的連接方法。

電熔連接的原理：預(yù)埋在電熔管件內(nèi)表面的電阻絲通電后發(fā)熱，使電熔管件內(nèi)表面和管材外表面的材料達(dá)到熔化溫度，升溫后材料膨脹產(chǎn)生焊接壓力，經(jīng)過分子的轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散、結(jié)晶、纏繞、冷卻后融為一體，達(dá)到電熔連接的目的。其充分利用了聚乙烯材料加熱可熔融、冷卻又凝固的可逆性質(zhì)，在電熔管件與管材的加熱熔區(qū)內(nèi)的聚乙烯材料經(jīng)過了玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)，分子相互滲透，電熔管件內(nèi)表面和管材外表面聚合在一起。電熔連接又稱電熔焊，是埋地聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕さ淖钪匾姆椒?。電熔連接主要包括電熔承插連接和電熔鞍形連接。電熔承插連接適用于各種規(guī)格的管道。電熔鞍形連接適用于干管上開支口和修補(bǔ)干管。

3　電熔連接應(yīng)用范圍

一般能采用熱熔對接焊連接的管道都可以采用電熔連接(熱熔對接的管件與管材的長度達(dá)到相應(yīng)的要求)。根據(jù)CJJ 63--2008《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》，在聚乙烯燃?xì)夤艿乐袃啥喂艿雷詈笈鲱^時必須采用電熔連接；管道公稱直徑小于90mm時宜采用電熔連接；材料相差較大，熔體指數(shù)MFR(以每10min計，按GB／T 3682--2000《熱塑性塑料熔體流動速率試驗方法》試驗)差值大于等于0.5g時，必須采用電熔連接；SDR值不同的聚乙烯管件、管材連接必須采用電熔連接。

4　電熔連接注意事項

①與電熔連接的管材或插口管件的端面要齊，保證插入的管材或插口管件與電熔管件的焊接面接觸充分。

②管材和管件應(yīng)擦拭干凈，以確保焊接過程中管材外表面與電熔管件內(nèi)表面的接觸面無雜質(zhì)。

③測量管件的承口長度，并在管材插入端或插口管件插入端標(biāo)記位置，刮去該長度加15mm的插入長度的表皮，該表皮(也叫氧化皮)厚度為0.1～0.2mm，刮去表皮后的管材或插口管件必須保持潔凈，現(xiàn)刮現(xiàn)焊。

④通電前應(yīng)校直兩個連接件，確認(rèn)裝配到位，使其在同一軸線上，可以配合使用相應(yīng)的夾具。

⑤在電熔連接接頭冷卻期間，不得移動電熔連接件或在電熔連接件上施加外力。

⑥電熔焊機(jī)電源為220V交流電，必須有接地保護(hù)。嚴(yán)禁接380V三相電源。當(dāng)電源距離焊機(jī)超過100m時，可能產(chǎn)生欠壓報警現(xiàn)象，應(yīng)加粗電源線或采用發(fā)電機(jī)供電。

⑦應(yīng)嚴(yán)格按照焊機(jī)說明書的具體步驟進(jìn)行電熔焊機(jī)操作。在焊接過程中要避免周圍磁場對焊機(jī)的干擾。若受到干擾，電壓參數(shù)與時間會發(fā)生變化，則不能進(jìn)行電熔連接。

⑧電熔管件在搬運(yùn)過程中要輕拿輕放。若在搬運(yùn)的過程中亂扔亂摔，可能摔壞接線端子與電阻絲的連接，造成斷路；可能摔壞觀察孔，造成堵住觀察孔；可能摔斷接線柱，造成電熔管件報廢。一些企業(yè)的電熔管件產(chǎn)品對接線端子、觀察孔和接線柱進(jìn)行了合理的保護(hù)，有相應(yīng)的保護(hù)凸臺結(jié)構(gòu)，可以防摔抗摔。我公司的這項技術(shù)獲得了國家專利^[2]。

5　電熔連接接頭質(zhì)量的判斷

目前，電熔連接的質(zhì)量判斷是破壞性的，不能像鋼管一樣對連接質(zhì)量進(jìn)行無損檢測。

遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15558．2—2005《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?/span>(PE)管道系統(tǒng)第2部分：管件》，對電熔連接的接頭質(zhì)量進(jìn)行判斷：

①熔接強(qiáng)度：剝離脆性破壞百分比≤33.3％(即韌性破壞百分比>66.7％)；

②靜液壓強(qiáng)度試驗：接頭通過靜液壓強(qiáng)度試驗。

根據(jù)CJJ 63--2008《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》，對電熔連接接頭進(jìn)行質(zhì)量判斷：

①電熔管件端口處的管材或插口管件周邊應(yīng)有明顯的刮皮痕跡，有明顯的畫線標(biāo)記；

②聚乙烯管道接縫處不應(yīng)有熔融料溢出；

③電熔管件內(nèi)電阻絲不應(yīng)擠出(特別結(jié)構(gòu)設(shè)計除外)；

④電熔管件上觀察孔中應(yīng)能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌狀。

6　典型問題分析

6.1　電熔連接觀察孔溢料呈流淌狀

觀察孔是電熔管件的一部分。觀察孔有一個孔形的，也有一個孔和一個柱子一起構(gòu)成的。從電熔管件本身結(jié)構(gòu)來判斷，觀察孔冒出的快慢與多少和其放置的位置有關(guān)，觀察孔位置距離電熔管件熔區(qū)的距離越近，越容易冒出，越遠(yuǎn)越難冒出。觀察孔的作用是指示電熔管件是否已完成電熔連接，方便工程監(jiān)理及施工方對接頭是否已完成電熔連接進(jìn)行判斷。

①現(xiàn)象

電熔連接完成后，電熔連接管件的觀察孔溢料呈流淌狀。目前行業(yè)中一部分人認(rèn)為是電熔焊機(jī)輸出焊接電壓過高、焊接時間過長、能量過高造成的，即電熔連接過焊。一部分人認(rèn)為是電熔連接施工環(huán)境溫度的變化、電熔焊機(jī)焊接時間補(bǔ)償?shù)淖兓?、電熔焊機(jī)的電壓波動等原因造成的。還有一部分人認(rèn)為，觀察孔溢料呈流淌狀的現(xiàn)象是正常的。有鑒于此，本文從電熔管件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行剖析，從根本上解決該問題。

②依據(jù)

CJJ 631006《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》規(guī)定，電熔連接接頭電熔管件上觀察孔中應(yīng)能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌狀。

③分析

電熔管件觀察孔的功能是顯示電熔管件是否已完成電熔連接。當(dāng)觀察孔處溢料呈流淌狀時，過多的聚乙烯材料流出在電熔管件的外表面，熔區(qū)冷卻收縮后電熔管件與管材焊接面處會存在大的孔洞。焊接融接面變小，影響電熔連接的接頭質(zhì)量。

④對策

主要從電熔連接的本體——電熔管件產(chǎn)品本身考慮問題，合理設(shè)計觀察孔結(jié)構(gòu)，徹底解決電熔連接過程中觀察孔呈流淌狀的問題，從而保證電熔連接接頭更安全可靠。

a．開放式結(jié)構(gòu)觀察孔

目前行業(yè)比較流行的觀察孔為開放式結(jié)構(gòu)，見圖1。

 

圖1中綠色部分為電熔管件，綠色區(qū)域中的柱子和白色間隙為觀察孔；黃色部分為管材；藍(lán)色部分是電熔管件和管材焊接面形成的熔區(qū)，藍(lán)色區(qū)域中的白色圓為電阻絲。該結(jié)構(gòu)的觀察孔是一種開放的結(jié)構(gòu)。焊接過程中觀察孔會隨能量增加而頂出，若是時間、電壓、能量、溫度等參數(shù)控制不好，會造成觀察孔溢料容易呈流淌狀。

b．帶凸臺結(jié)構(gòu)觀察孔

對觀察孔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計后為帶凸臺的結(jié)構(gòu)，見圖2。

 

圖2中綠色部分為電熔管件，綠色區(qū)域中的柱子和白色間隙及小凸臺為觀察孔；黃色部分為管材；藍(lán)色是電熔管件和管材焊接面形成的熔區(qū)，藍(lán)色區(qū)域中的白色圓為電阻絲。該結(jié)構(gòu)觀察孔有一個倒錐形孔與錐柱配合，當(dāng)加熱聚乙烯，形成膨脹壓力使觀察孔頂?shù)侥骋晃恢脮r，受到倒錐形孔界面的阻力，使觀察孔不再頂出，即使繼續(xù)加熱，觀察孔也不再伸長，也不會使觀察孔呈流淌狀。該優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)充分利用了聚乙烯材料受熱時的柔性和韌性。小凸臺有方便脫模的作用，通過強(qiáng)制脫模能成型該結(jié)構(gòu)。

c．優(yōu)化設(shè)計尺寸關(guān)系

優(yōu)化設(shè)計尺寸關(guān)系見圖3。

 

圖3中d<d1，當(dāng)觀察孔冒出錐形長度后，該直徑關(guān)系保證堵住溢料；d2-d1，一般為3～6mm；d2一般小于12mm，不宜太大，太大時，在電熔連接過程中會使該處形成孔洞，若注塑成型時排氣不良，該處也容易形成孔洞；h一般取5mm左右，設(shè)計該高度凸臺，方便倒扣結(jié)構(gòu)脫模；a、d、d1的尺寸關(guān)系決定觀察孔的冒出量；h1一般取1～4mm為宜，該尺寸影響觀察孔冒出時間的遲早，取得離電阻絲越近，觀察孔越容易冒出，取得離電阻絲越遠(yuǎn)，越不容易冒出，目前行業(yè)對觀察孔的調(diào)節(jié)，一般就是對該參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，取值大小不一。

d．焊接前后對比

優(yōu)化設(shè)計后帶凸臺結(jié)構(gòu)觀察孑L焊接前后對比簡易示意見圖4。

 

該觀察孔的限位結(jié)構(gòu)的設(shè)計充分利用了聚乙烯材料受熱時的柔性，使倒錐能注塑成型。當(dāng)電熔連接時倒錐的限位結(jié)構(gòu)能夠?qū)ε蛎浀娜廴诓牧袭a(chǎn)生反作用力，使電熔管件與管材更好地融合連接。

6.2　虛假焊

施工細(xì)節(jié)被忽略：未能保持電熔連接焊接面的潔凈而形成的電熔連接的虛假焊。

聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕み^程中可能出現(xiàn)如下狀況：管材刮皮后，管材刮皮的焊接面部分被泥土等臟物弄臟，然后電熔連接的工人對其進(jìn)行擦拭等處理，再進(jìn)行電熔連接的情況。

模擬上述狀況，對電熔管件與管段的電熔連接進(jìn)行實驗。

①實驗步驟

a．取電熔變徑管63／50mm管件，測量尺寸、電阻，確認(rèn)電熔管件正常；

b．管材刮皮，刮去氧化皮厚度為0.1～0.2mm，其刮皮情況見圖5；

 

c．用濕泥土弄臟刮皮后的管材刮皮處，其情況見圖6：

 

d．用水沖洗管材，用眼睛看不到泥土為止，其情況見圖7；

 

e．用毛巾或布擦干，或用酒精擦拭，其情況見圖8；

 

f．確認(rèn)電熔焊機(jī)正常，掃條碼，電熔連接管件與管段，8 h后擠壓剝離，其結(jié)果見圖9。

 

電熔管件與管材擠壓剝離脆性裂開，電熔連接形成了虛假焊。上述實驗，選取不同企業(yè)不同類型的電熔管件、管段，采用不同企業(yè)的電熔焊機(jī)進(jìn)行交叉實驗，其現(xiàn)象與結(jié)果可以復(fù)現(xiàn)。

③分析與措施

細(xì)小的泥土顆粒分布在管段刮皮后凹凸不平的紋路中，用肉眼判斷管材焊接面擦拭干凈，其實是不干凈的。在電熔連接的過程中，電熔管件焊接面的聚乙烯在經(jīng)過玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)的過程中與管材焊接面中聚乙烯分子相互滲透聚合受阻，從而使電熔管件與管段的焊接面產(chǎn)生脆性開裂。若上述情況在施工中發(fā)生，按國內(nèi)燃?xì)夤臼┕し椒?，大部分焊工會造成電熔連接的虛假焊。若發(fā)生上述現(xiàn)象，建議切除管材，重新刮皮，再進(jìn)行電熔連接。

該種施工狀況的闡述以及實驗?zāi)M中，最根本的一點(diǎn)就是要使電熔連接的各相關(guān)方對保持電熔管件與管材焊接面的潔凈有深刻的理解并高度重視。CJJ 63--2008規(guī)定，應(yīng)將管材與管件連接部位擦拭干凈，然后再刮皮，其目的就是要保持焊接面的潔凈。有些電熔管件生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)工序需觸摸到電熔管件焊接面的，該工序工人需要戴上專配的手套。有些企業(yè)在電熔管件的使用說明中明確規(guī)定，電熔管件要求現(xiàn)拆現(xiàn)用。G5+的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求中，電熔管件需單個密封包裝，且要求包裝袋厚度不小于0.15mm(G5+即北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)、香港中華煤氣有限公司、成都城市燃?xì)庥邢薰尽V州燃?xì)饧瘓F(tuán)、深圳燃?xì)饧瘓F(tuán)組成的燃?xì)馄髽I(yè)聚乙烯管道質(zhì)量控制合作小組)。這些規(guī)定最主要的目的就是要保證在電熔連接時焊接面的潔凈。因施工細(xì)節(jié)被忽略，未能保持電熔連接焊接面的潔凈而造成電熔連接這種虛假焊，對地下聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接是最危險的。這種情況的電熔連接的接頭脆性開裂，在燃?xì)夤艿赖脑噳哼^程中是不能發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生震動時，電熔接頭(特別是在穿越公路處的電熔連接的接頭)容易發(fā)生漏氣。這種缺陷也影響電熔連接接頭的使用壽命。

7　結(jié)語

盡管電熔連接從零配件到施工都有完備的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電熔連接的發(fā)展也高度成熟，同時電熔連接也較為簡捷，但是目前國內(nèi)行業(yè)對電熔連接的理解和重視不夠，需加強(qiáng)對施工各個環(huán)節(jié)的管理，保證電熔焊機(jī)及聚乙烯電熔管件、管材的質(zhì)量。本文將一個與電熔連接經(jīng)常接觸的一線工程師的經(jīng)驗與大家分享，希望在地下聚乙烯燃?xì)夤艿来蟀l(fā)展的背景下，讓電熔連接的相關(guān)方高度重視電熔連接接頭的質(zhì)量，使電熔連接的燃?xì)夤艿栏踩煽俊?span lang="EN-US">

 

參考文獻(xiàn)：

[1]徐松強(qiáng)．PE燃?xì)夤艿肋B接方式探討[J]．煤氣與熱力，2010，30(3)：B06-B08．

[2]孫德剛，盧培豐，孫祥瑞，等．電熔管件：中國，ZL2013 20303814．3[P]．2013-11-27．

 

 

本文作者：孫祥瑞

作者單位：上海喬治費(fèi)歇爾亞大塑料管件制品有限公司