1、概述

  聚乙烯管在輸送燃?xì)、給水時(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(mén)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。 
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(mén)培訓(xùn),具有一定的經(jīng)驗(yàn)。 

 

  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(mén)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。

 

參數(shù)
 
數(shù)值
 
單位
 
加熱板溫度,T63≤dn≤250250<dn
 
210±10225±10
 
 
1
 
壓力,p11
 
0.18±0.02
 
N/mm2(Mpa)
 
時(shí)間,t1翻邊寬度,B1
 
達(dá)到B所要時(shí)間dn≤180:1<B1≤2180<dn≤315:2<B1≤3315<dn:3<B1≤4
 
Smm
 
2
 
壓力,p21
 
0.03±0.02
 
N/mm2(Mpa)
 
時(shí)間,t2
 
(30+0.5dn)±10
 
s
 
3
 
時(shí)間,t3
 
最大:3+0.01dn≤8
 
s
 
4
 
時(shí)間,t4
 
最大:3+0.01dn≤6
 
s
 
5
 
壓力,p51
 
0.18±0.02
 
N/mm2(Mpa)
 
時(shí)間,t5
 
最。10
 
min
 
6
 
時(shí)間,t6
 
最小:1.5en最大20
 
min
 
1)此壓力為接縫壓力
 

 

  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)

 。趯(duì)接焊機(jī)上夾緊管材或管件的插口端

  -清潔插口端

 。瓩z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Γ3帚姷掇D(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

  -測(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

  -如果有必要,清潔焊接表面和加熱工具。加熱工具上的聚乙烯殘留物應(yīng)用木質(zhì)刮刀刮掉;

 。瓩z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;

 。档蛪毫,使管材端面和加熱工具之間剛好保持接觸;

  -達(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)

  -不用時(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)。

  -達(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?梢詸z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(mén)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。

  ②鋼塑過(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。

 、垆撍苓^(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;钐追ㄌm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。