聚乙烯燃?xì)夤艿离娙酆附訃娏蠁栴}及對策

陳學(xué)林（廣西霈普市政工程建設(shè)有限公司，廣西 寧市 530022）

聚乙烯管道電熔焊接的原理即利用電熔焊機(jī)給鑲嵌在電熔管件內(nèi)壁的電阻絲通電加熱，產(chǎn)生的能量使管材和管件的連接界面熔融，熔融物在高溫和壓力作用下，分子鏈段相互擴(kuò)散，當(dāng)界面上互相擴(kuò)散的深度達(dá)到了分子鏈纏結(jié)所必須的尺寸，自然冷卻后界面就可以達(dá)到必要的焊接強(qiáng)度，把管道可靠地連接[1]。

我國在使用聚乙烯管材的早期，一些管材管件生產(chǎn)商專門設(shè)計了符合自身產(chǎn)品特點的電熔焊機(jī)，以便形成獨特的銷售鏈，保持其產(chǎn)品市場占有率。但隨著聚乙烯管道產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)涌現(xiàn)了許多管材、管件、焊接設(shè)備生產(chǎn)商，建設(shè)方和施工方未必選擇同一廠家的管材、管件和焊機(jī)，不同的管材、管件和焊機(jī)在焊接時是否兼容，是否出現(xiàn)焊接問題，一直為業(yè)界關(guān)注。

實際情況表明，安裝時使用的管件、管材、電熔焊機(jī)不是同一廠家產(chǎn)品時，電熔焊接易出現(xiàn)焊接噴料現(xiàn)象，故有必要對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并設(shè)法解決。

根據(jù)國外實踐經(jīng)驗證實，管道能否形成可靠焊接，主要由電熔管件的設(shè)計、電阻絲的溫度-電阻特性、電熔焊機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定性、管件和管材的材料性質(zhì)、連接界面的處理情況、連接界面縫隙的寬度和均勻性、管件和管材的對中、和夾持穩(wěn)定狀況、焊接工藝參數(shù)（電壓、電流、時間）、焊接時環(huán)境溫度、操作人員的水平等因素決定。[1]本文通過分析實際施工中的遇到的問題，用排除法確定最有可能造成噴料的原因，從而采取相應(yīng)對策。

1 焊接噴料問題描述

某施工單位采購的一批Φ63 燃?xì)怆娙厶淄玻c另一廠家的Φ63 燃?xì)夤懿暮附优涮资褂茫詣与娙酆笝C(jī)為管材生產(chǎn)商自己研發(fā)的早期配套焊機(jī)，結(jié)果在不同的工地發(fā)生了約20 起電熔焊接噴料的情況。發(fā)生噴料的管件焊接面上的電阻絲嚴(yán)重移位，管材嚴(yán)重變形，顯示其焊接時功率異常偏高。當(dāng)時焊接的各種影響因素見表1。

表1 焊接影響因素分析

從表中可以看出，直接導(dǎo)致管件在焊接過程噴料的影響因素是：焊接電源、電阻絲質(zhì)量、焊機(jī)完好狀況。為此，本文逐一對這三個因素進(jìn)行分析。

2 噴料原因分析

2.1 焊接電源類型的影響—電源錯誤造成的能量輸入偏差

國內(nèi)專業(yè)電熔焊機(jī)生產(chǎn)商長期試驗后的驗證結(jié)果表明，在相同額定輸出電壓下，直流電熔焊機(jī)的實際功率明顯大于交流焊機(jī)，故直流電熔焊機(jī)焊接時發(fā)熱比較迅猛。由于PE 材料是熱的不良導(dǎo)體，吸熱和散熱均較為緩慢，因此用直流電熔焊機(jī)焊接容易導(dǎo)致焊接噴料現(xiàn)象。正是由于這個原因，目前國內(nèi)外普遍采用交流電熔焊機(jī)焊接，避免產(chǎn)生焊接噴料，包括早期采用直流焊機(jī)的PE管生產(chǎn)商也都逐漸向交流焊機(jī)轉(zhuǎn)換，采用直流焊機(jī)的焊接案例越來越小。咨詢國內(nèi)其他焊機(jī)生產(chǎn)廠后得知，在PE 電熔連接領(lǐng)域，D315 及以下規(guī)格電熔焊機(jī)焊接通常設(shè)置成39.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，同時按照相關(guān)施工規(guī)范規(guī)定，其輸出電壓的波動范圍控制在39.5±0.5V 之間，國內(nèi)電熔管件的生產(chǎn)商也把電熔管件按交流電壓焊接進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。

而施工單位出現(xiàn)焊接噴料的實際情況是：施工人員未仔細(xì)閱讀管件說明書的要求，誤以為焊接電源無須區(qū)分交流或直流，只要輸出電壓達(dá)到39.5±0.5V 即可；本次噴料的管件使用了直流焊機(jī)，而管件說明書卻是要求用交流電焊接，結(jié)果在焊接時間尚未完成前的2～3 秒，電熔管件的發(fā)熱值已超出設(shè)計值，從而焊接面過熔，乃至噴料，說明焊機(jī)的電源與電熔管件要求的不一致時，有可能產(chǎn)生焊接噴料。施工單位后用管件生產(chǎn)商提供的普通交流焊機(jī)焊接，在正常的焊接條件和參數(shù)下，不再出現(xiàn)噴料現(xiàn)象。

然而，為什么這一批電熔管件用直流焊機(jī)焊接只有20個出現(xiàn)噴料，其他未出現(xiàn)這種情況呢？原來，電熔管件生產(chǎn)商在設(shè)計焊接時間時，已確保正常焊接時間距離易出現(xiàn)噴料的時間還有足夠的空間，故一般情況下，采用正常的交流電焊接，可確保不會出現(xiàn)噴料現(xiàn)象。使用直流焊機(jī)焊接交流電壓的管件，在焊接過程中，部分產(chǎn)品未出現(xiàn)噴料，除了設(shè)計焊接時間時預(yù)留了空間，還有一個主要原因是管件的電阻值有一定程度的波動，加上焊機(jī)輸出功率、電壓的波動，管材與管件的配合間隙、管材的橢圓度、環(huán)境溫度等眾多因素，決定了焊接過程中可能不噴料。盡管部分管件未出現(xiàn)噴料現(xiàn)象，但可以判定，采用直流焊機(jī)焊接交流電壓的電熔管件有可能存在不同程度過熔，只不過部分管件處于噴料臨界點下方，未出現(xiàn)噴料而已。

2.2 電阻絲電阻值的影響—管件自身電阻偏差造成的能量輸入偏差

既然電阻值的波動直接影響焊接質(zhì)量，那么發(fā)生噴料的管件，其電熱絲電阻是否存在問題呢？將這些有問題的20個管件和10個焊接正常的管件同時剖開檢查，用萬用表分別檢測了管件內(nèi)電熱絲的電阻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴料的20個管件中，有8個管件的電熱絲電阻值均比質(zhì)量合格管件的小。根據(jù)功率計算式P=U2/R 得知，相同電壓情況下，電阻越小，功率越大，所以不難理解在相同的焊接時間下，電熱絲電阻偏小時，發(fā)熱量是增高的，故電熱絲質(zhì)量（阻值）不穩(wěn)定可以視為噴料的另一個主要原因。

2.3 焊機(jī)完好狀況的影響—電源波動造成的能量輸入偏差

對于給定的一個電熔管件，其內(nèi)部預(yù)埋的電阻絲的阻值是一定的，此時，電阻發(fā)熱消耗的功率只與焊機(jī)提供的電壓或電流有關(guān)[2]。

焊機(jī)提供的電壓（電流）值必須有一個上限，超出這個上限，電熱絲表面的熱負(fù)荷擴(kuò)大，會使其周圍的樹脂過熱分解。當(dāng)然，電壓也必須有一個下限，低于這個下限，電熱絲將無法充分發(fā)熱熔接界面的樹脂無法充分的繞結(jié)。

從這種意義上講，一個電熔焊機(jī)相當(dāng)于一個穩(wěn)壓（穩(wěn)流）源，它必須具備在電源電壓波動很大的情況下，保持電熔管件提供的電壓（電流）不超過允許的波動范圍。這一指標(biāo)是焊機(jī)的最主要指標(biāo)之一。所以焊機(jī)的完好狀態(tài)對控制焊接質(zhì)量影響很大。

最后檢查焊機(jī)的完好狀況時發(fā)現(xiàn)這批用于焊接的焊機(jī)多為早期的直流焊機(jī)，出廠日期為2005～2006年。由于使用頻繁，設(shè)備已維修多次；臨時維修時，設(shè)備維修員曾用代用的電子元件更換過一些原廠件；部分焊機(jī)輸出接頭損壞，施工時，工人采用導(dǎo)線直接插到電熔管件的銅電極上焊接，隨時出現(xiàn)接觸不良的問題；用萬用表檢查兩臺焊機(jī)，實際輸出電壓差異較大，有些達(dá)到40.3V，有的只有38.7V，由于電熔管件的發(fā)熱功率與輸出電壓成平方關(guān)系，因此，這些焊機(jī)的輸出功率相差可達(dá)8.4%，對于需要精確控制焊接熱量的電熔管件來說，對焊接質(zhì)量的影響已經(jīng)比較明顯。

3 避免焊接噴料的幾點措施

1）采購時，必須向管件供應(yīng)商了解管件的焊接工藝，了解管件適用于哪一種焊接電源；結(jié)合公司現(xiàn)有焊接設(shè)備，提供相應(yīng)的工況參數(shù)給管件生產(chǎn)商，以便定制適合現(xiàn)有焊接設(shè)備的管件。

2）加強(qiáng)對供應(yīng)商的供貨質(zhì)量評審，及時反饋產(chǎn)品質(zhì)量問題，督促其保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

3）現(xiàn)場焊接應(yīng)嚴(yán)格按照材料使用說明書進(jìn)行，不宜使用與說明書不一致的焊接電源(電熔焊機(jī))，應(yīng)選擇合適的與管件焊接參數(shù)相匹配的焊機(jī)。

4）加強(qiáng)焊接設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，尤其對焊機(jī)上的指示儀表加強(qiáng)定期檢驗和校驗，減少示值誤差；不帶病工作，必要時更新?lián)Q代。

5）焊接前應(yīng)認(rèn)真測試焊接輸出電壓是否與管件使用說明書一致才決定是否進(jìn)入下一步的焊接。

6）堅持規(guī)范的焊接操作，杜絕各種貪圖省事和不負(fù)責(zé)任的不良行為。

4 結(jié)語

及時分析焊接過程出現(xiàn)的問題采取措施解決，堅持一絲不茍地按焊接規(guī)程操作，電熔焊接出現(xiàn)的這類問題可以減少甚至避免，PE 燃?xì)夤艿赖暮附淤|(zhì)量就可以得到較好地控制。

[1]李萍，劉國忠.電熔焊機(jī)電源設(shè)計[J].《焊接技術(shù)》.2010，（4）.50-52

[2]PE 生產(chǎn)廠家.詳解PE 管電熔焊機(jī)使用中的常見問 題［EB/OL］http://www.xingyaguanye.com/shownews.asp?id=282