塑料壓力管道焊接技術的發展現狀

胡正求(中國化學工程第三建設有限公司 安徽省淮南市 232038)

現今隨著社會的發展，在我國的很多領域都需要應用塑料壓力管道技術，比如在燃氣輸送、給水、排污、農業灌溉以及礦山細顆粒固體輸送等領域，都是需要塑料管道，尤其是對于燃氣輸送方面應用非常普遍。在塑料管道應用逐漸普遍時，也產生了一些新的問題，管道的連接便成了一個問題，一直值得我們去深究。在塑料管道系統的制造與鋪設過程中，塑料管道之間的連接直接影響著其結構的強度以及結構的持久性。在塑料管道中輸送的液體中必然會含有部分的有害或是危險介質，比如天然氣與煤氣等，若是管道的結構被破壞，那么將會產生很大的后果，所以，現今對于塑料管道的焊接問題已經成為了主要的研究問題，對于塑料管道的連接技術已經成為了關鍵的研究技術。當前聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯都是利用焊接技術進行連接，焊接技術是一種高質量、高效率的塑料管道連接技術。

一、電熔焊技術的發展

電熔焊技術原理，主要是利用電流所產生的熱效應來使塑料融化，并且利用聚合物分子的擴散，在冷卻后能夠使其連接到一起，以此來達到了焊接的目的。對于電熔焊技術的發展，主要有三個方面：①在美國的相關公司開發了可以利用導電填料與聚乙烯樹脂結合制成的電熔焊管件。在樹脂中帶有導電的顆粒，可以使電流通過，并且最終主要是利用熱效應的來達到焊接的效果，在二十世紀八十年代初，這種電熔焊管件成功的到了應用，但是隨著社會的發展、新技術的產生，使其逐漸的被淘汰出了市場；②主要是將金屬絲嵌入到管件中，這種設計思想是在二十世紀七十年代末到二十世紀八十年代初提出的一種設計理念。主要的原理就是在接頭的部位連續施加一些變化的磁場，使其能夠在金屬絲中產生電流，并且使電流能夠發生熱效應，從而來對管件進行加熱。在美國的相關的公司很好的采用了這一技術，并且取得了很好的效果；③第三種技術是最為普遍，同時也最為傳統的技術，主要原理是將金屬絲植入到塑料管件中作為發熱源，當通電時，電流通過金屬絲，由于焦耳效應最終會使接頭的界面的塑料融化，并且通過分子擴散，在最后進行凝固，從而形成了焊接的效果。這種技術在最初是由比利時的相關公司開發的，并且逐漸的得到了應用，在很多特殊的領域都應用比較廣泛。在隨后，法國的相關公司將電熔焊技術作為法國唯一的管道連接技術，并且在這一領域進行大力的研究，在很大的程度上，推動了電熔焊技術的發展。在二十世紀八十年代時，歐洲已經全面的使用電熔管件進行了燃氣管道的連接。隨后，電熔焊技術得到了飛速的發展，在歐美等很多國家都得到了廣泛的應用。

圖一，電熔焊管件示意圖

現今隨著塑料壓力管道的廣泛應用，尤其是高密度的聚乙烯管道在燃氣等領域中的應用不斷的深入，最終使電熔焊技術就會得到廣泛的應用。主要是體現在：①電熔管件的材質是隨著管道材質的發展而發展，在現今的國際上已經有很多公司的電熔管件制造成進行了PE100材料生產的電熔管件；②電熔管件的結構在不斷的改進完善，在瑞士的相關的公司，研究出了模塊化設計的電容鞍形管件設計以及過渡管件系統，這種系統主要是利用相關的基本元件在車間以及施工的現場進行組合，形成所需要的管件，這樣在很大程度上方便了使用，并且也減少了庫存；③電熔焊設備具有多功能化，可以在施工的現場，對焊接的質量進行有效的控制，并且可以確保設備的安裝的完整性；④電熔管件的自動識別系統實現了標準化，這種事別系統的類型主要是數字識別系統、機電識別系統以及自調節系統。

現今的大多數的電熔管件都是采用了數字識別系統，對于焊接的參數以及一些其他的參數都是利用代碼的形式進行相應的記錄，記錄條形碼以及磁卡等數據在載體上。而焊接控制器則是對上述載體的數據進行讀取，以此來進行自動控制連接。利用條形碼的形式對焊接的數據進行記錄，這樣可以為管件的制造商提供以及焊接控制器的制造商提供很大的方便。管件的制造商在條形碼上記錄出正確的參數，而焊接控制器的制造商自由的設計出自身所需要的軟件與機器，并且可以根據自身的需要來決定哪些數據需要顯示，并且可以決定出數據執行以及數據記憶的方式等。而磁卡不僅也具有以上的優勢，同時磁卡的存儲空間更大，因此磁卡更加有利于聚乙烯燃氣管道的安裝以及質量的控制。

而機電識別系統的主要特點則是，將設置在電熔管件之上的識別電阻的測試值轉化為相應的焊接時間，同時，還具備管件識別功能。這種系統要求在電熔管件的兩端，必須要有特殊的結構設置。

自調節系統主要是利用熔接時，管材與管件的接面處的電阻絲周圍的聚乙烯材料，由固態轉化為液態，并且通過體積膨脹導致了焊接區域壓力增高，從而來切斷電源。

二、管道焊接新方法的開發

熱熔對接焊以及電熔焊在管道的焊接中應用非常廣泛，但是這種方式也存在一些問題，就是焊接的時候有些過于長。針對這一點，相關的學者提出了紅外線輻射的方式來進行管道焊接，焊接過程與前兩種的焊接過程基本一致，只不過區別在于，其加熱工具主要是由鎢絲以及鎳鎘絲制成，這樣可以利用鎢絲與鎳鎘絲在加熱時會出現紅外線，利用紅外線來對管道進行輻射加熱。這種方式的主要優點是：減少了焊接的時間，并且在進行加熱時，加熱板不需要與管道的斷面進行接觸，有效的避免了熱源污染等現象。但是這種紅外線焊接方式本身也存在一些問題，有待完善，因此還在研究階段，沒有在實際中進行應用。

三、我國塑料焊接管道的發展

在我國，對于塑料管道焊接技術的研究起步比較的晚，因此在技術方面與發達國家依然一定的差距，而我國大多數的管道設備都是國外進口產品，我國的焊接設備比較的落后，主要是工人憑借自身的經驗進行手動焊接，但是這樣在很大程度上增加了勞動的強度，十分的耗費人力物力。并且工人在進行焊接時，無法保證焊接標準型，因此其質量無法保證。所以我國的相關學者也加強了對塑料管道焊接技術的研究，并且也逐漸的取得了不錯的成績。國內的各大高校的教授都對塑料管道進行了研究，比如相關高校教授，開發了新型的電熔管件，利用價格比較低的碳氈，作為了電流載體與聚乙烯采用層壓復合法制備用于聚乙烯管道電熔焊接的復合材料，利用這種材料具有很大的優點，這種材料的價格很低、比較容易控制并且成本低，是一個十分理想的發熱體，并且這種材料不會發生短路，具有很強的穩定性。因此這種材料具有很大的發展空間。

對于塑料壓力管道的發展方向是，向著大直徑、厚管壁的方向發展，并且壓力也要向著高壓的方向發展。隨著社會的發展，塑料壓力管的大力應用將會在更加有利的促進我國對于塑料壓力管道理論的研究，并且進行大量的實驗，來不斷的改進并且完善其制造技術，從而開發出更為簡便的設備。對于塑料壓力管道的研究工作，我國必須要針對本國的國情，進行相應的研究，主要要注意以下幾個方面：①開展國產塑料壓力管道的焊接工藝對焊接接頭力學的影響的研究，必須要經過長期的實驗，進行全面的分析，從而取保整個線路的順利運行；②熱熔對接焊的焊接質量十分穩定，因此要加強對熱熔對接焊的研究，電熔焊在大直徑的塑料壓力管道時質量不夠穩定，因此，必須要加強對電熔焊的理論方面的研究，不斷改進并完善其技術；③加強對熱熔對接焊的自動化方面的研究，改善焊接質量。

結語

現今我國，對于塑料管道的大規模鋪設已經成為了我國國家建設的重要內容，但是我國的塑料管道技術剛剛起步，與發達國家相比有著一些差距，這樣會在一定程度上制約著我國的塑料管道的推廣以及發展。因此國家必須要加強對塑料管道焊接技術的開發，從而促進我國塑料壓力管道在我國的推廣以及應用，來促進人們生活的穩定。

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