聚乙烯給水管道熱熔對接施工質(zhì)量控制要點(diǎn)和檢驗(yàn)方法

陳炳瑞+劉曉燕+王鳳龍

【摘要】結(jié)合目前國內(nèi)聚乙烯領(lǐng)域理論水平，對聚乙烯給水管道熱熔連接施工中的三個(gè)參數(shù)溫度、時(shí)間和壓力控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié);提出了對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)的主要方法。

【關(guān)鍵詞】聚乙烯管道;熱熔對接;參數(shù)確定;質(zhì)量控制;檢驗(yàn)

Butt construction of polyethylene water supply pipe

Quality control points and test methods

Chen Bing-rui1，Liu Xiao-yan2，Wang Feng-long1

（1.The Changzhou lead into the territory conveyance Ltd.CangzhouHebei061000;

2.Cangzhou City Water AuthorityCangzhouHebei061000）

【Abstract】At present， the field theoretical level of polyethylene， polyethylene water supply pipe to connect the construction of the three hot-melt parameters temperature， time and pressure control points were summed up; made to test the quality of welding the main method.

【Key words】Polyethylene pipe;Butt;Parameter identification;Quality control;Inspection

聚乙烯屬聚烯烴類，是三大通用塑料之一。聚乙烯材料因其優(yōu)良的耐低溫沖擊性、柔韌性、耐腐蝕性和易加工性的特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在給水工程中，聚乙烯管道輸送流體阻力小、輸水耗能低、水質(zhì)穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染，對工程地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，管道施工方便、連接可靠，是一種安全、衛(wèi)生、實(shí)用、具有很好發(fā)展?jié)摿Φ墓こ坦艿馈?/p>

目前聚乙烯管材、管件及管道附件的連接采用熱熔連接或電熔連接及機(jī)械連接。其中熱熔連接分為熱熔對接、熱熔承插連接、熱熔鞍形連接。管材與管材之間的連接一般為熱熔對接連接。

1. 聚乙烯給水管道熱熔對接施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

聚乙烯管道熱熔連接的三個(gè)重要參數(shù)是：溫度、壓力、時(shí)間。聚乙烯管材的焊接一般分三個(gè)階段，加熱段、切換段、對接段，根據(jù)管材的不同規(guī)格和截面積制定其焊接參數(shù)。

1.1溫度的確定。

聚乙烯管材熱熔對接的最佳焊接溫度為200～230℃，一般生產(chǎn)廠家確定為210±10℃。通常HDPE選擇220℃，MDPE選擇210℃。該溫度是聚乙烯材料的加工溫度，在材料粘流態(tài)轉(zhuǎn)化溫度之上，只有在這種條件下，聚乙烯產(chǎn)生熔融流動(dòng)，聚合物的大分子才能進(jìn)行相互擴(kuò)散形成纏繞，得到最大的強(qiáng)度和高質(zhì)量的焊接結(jié)果;實(shí)踐證明，溫度低于180℃，即使加熱時(shí)間長，也不能達(dá)到質(zhì)量好的焊接結(jié)果。如果溫度過高，將有可能激活分子鏈中的C鍵與氧發(fā)生反應(yīng)，使材料降解，聚乙烯材料將受到氧化破壞。

1.2時(shí)間的確定。

時(shí)間的確定包括管端加熱時(shí)間、切換時(shí)間、冷卻時(shí)間三個(gè)參數(shù)。

1.2.1加熱時(shí)間的確定。

焊接端面平整后，加熱時(shí)間一般取10×壁厚（mm）秒。

加熱時(shí)間的長短，決定焊接的質(zhì)量，是否能將溫度均勻傳遞到焊接面及一定的深度，在轉(zhuǎn)換的階段保持最佳的焊接溫度。管端面熔化的最佳時(shí)間，是隨著需要加熱的面積增大而增大的，更重要的是對流和輻射傳播的能量，會隨著管壁厚度的增加而減小。管端面的不平度，造成熱量的傳遞不均勻，窩藏空氣，產(chǎn)生氣孔，最終影響焊接質(zhì)量，所以需要和壓力密切的配合，在加熱的同時(shí)施加一定的壓力，平整焊接面，促進(jìn)塑化，形成理想的焊接面進(jìn)行熱傳遞，然后降壓吸熱。

1.2.2切換時(shí)間的確定。

在切換時(shí)間內(nèi)，熔融的物料暴露在空氣中，不但會迅速降溫，還會產(chǎn)生一定程度的熱降解，因此該段時(shí)間的控制非常重要，應(yīng)盡可能地縮短，宜控制在10秒以內(nèi)。

1.2.3冷卻時(shí)間的確定。

聚合物材料的導(dǎo)熱性差，只有金屬的幾十分之一，冷卻速度相應(yīng)的緩慢，在冷卻的時(shí)間內(nèi)需要進(jìn)行結(jié)晶，收縮，所以需要有充分的時(shí)間降到結(jié)晶溫度，進(jìn)行充分的晶粒生長，消除內(nèi)應(yīng)力，在一定的壓力下冷卻，避免焊接端面有縮孔。一般控制在1.15～1.33×壁厚（mm） 分鐘。

環(huán)境溫度超過25℃時(shí)，每升高1℃，應(yīng)將冷卻時(shí)間延長1分鐘;環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，每下降1℃，可將冷卻時(shí)間減少1分鐘。

1.3壓力的確定。

熔融對接壓力，是垂直作用于兩個(gè)對接面上的壓力，主要與熔融對接部分的面積、焊機(jī)油缸面積、焊制管件的材料有關(guān)。一般按下式計(jì)算：

P=KS1/S2

式中 P——焊接壓力，單位為MPa;

K——與材料有關(guān)的壓力系數(shù);

S1——管截面積=π（dn-en）en， 單位為cm2;

dn——管材外徑，單位為cm;

en——管材壁厚，單位為cm;

S2——油缸活塞總有效面積，在焊機(jī)的使用說明書上可查到。

吸熱壓力，約為熔融對接壓力的1/10，它的作用主要是防止管材回彈，使管材緊貼在加熱板上，提高加熱效果，減少加熱時(shí)間。

計(jì)算出來的壓力在實(shí)際操作過程中要進(jìn)行適實(shí)調(diào)整，并要將機(jī)器自身移動(dòng)所需的壓力或塑料管材較長時(shí)牽引所需壓力考慮進(jìn)去。endprint

需要說明的是，目前國際上對熱熔焊接壓力參數(shù)的設(shè)定還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，德國推薦的是0.15～0.18MPa，美國推薦的是0.41～0.62MPa。實(shí)際施工中，可根據(jù)焊機(jī)使用說明書，由管材生產(chǎn)廠家技術(shù)人員經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

2. 聚乙烯給水管道熱熔對接施工質(zhì)量檢驗(yàn)方法

聚乙烯給水管道熱熔對接施工質(zhì)量檢驗(yàn)，主要指對熱熔對接焊縫焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)。為更好的發(fā)揮聚乙烯管道在給水工程中的重要作用，根據(jù)《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ 101-2004）》規(guī)定，結(jié)合目前管道生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)和施工中取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提出如下方法對聚乙烯給水管道熱熔對接施工質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)性檢驗(yàn)：

2.1非破壞性檢測。

非破壞性檢測，是指不改變成型管道的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，保持管道連接質(zhì)量不受破壞，對管道熱熔對接焊口進(jìn)行的質(zhì)量評定方法。主要包括外觀質(zhì)量檢測和超聲波檢測。

2.1.1外觀質(zhì)量檢測。

對于熱熔對接連接的管道，其外觀質(zhì)量檢測只要包括：檢查卷邊是否正常均勻，卷邊表面飽和圓滿，使用卷邊測量器測量其寬度應(yīng)在指定的大小范圍內(nèi);割除卷邊后，檢查卷邊底部、管道的焊接界面不應(yīng)有污染物;檢查卷邊底部的焊接界面不應(yīng)出現(xiàn)熔和不足而造成的裂縫;將卷邊向背后屈曲，不應(yīng)出現(xiàn)熔和不足而造成的裂縫;檢查兩端管道在接口上應(yīng)對準(zhǔn)成一直線，如有錯(cuò)邊發(fā)生，應(yīng)不超過壁厚的10%。

2.1.2超聲波檢測和X射線檢測。

焊縫超聲波檢測主要包括聲回波脈沖檢測和陰影法檢測等方法。目前在聚乙烯管道焊縫無損檢測領(lǐng)域，通過測量聚乙烯管的縱橫波聲速和熱熔焊縫聲衰減系數(shù)，研究聚乙烯材料的聲學(xué)性能。焊接缺陷、裂縫、孔洞等檢測中表現(xiàn)出異常，PPI在上個(gè)世紀(jì)80年代對回波脈沖法做了新的發(fā)展，開發(fā)了Ultra-Mc系統(tǒng)，將聚乙烯管道熱熔對接焊接質(zhì)量分成了五個(gè)等級。一些技術(shù)人員嘗試采用小波域去噪理論去除噪聲，提高了檢測回波的信噪比;或者自制縱波斜探頭，利用一發(fā)一收的方法，尋找更適用于聚乙烯管熱熔焊縫缺陷的超聲檢測方法。

超聲波檢測法的優(yōu)點(diǎn)是穿透能力較大，探傷靈敏度較高，并可測定缺陷的深度和相對大小;設(shè)備輕便，操作安全，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。缺點(diǎn)是要求被檢查表面有一定的光潔度，并需有耦合劑充填滿探頭和被檢查表面之間的空隙，以保證充分的聲耦合。對于有些粗晶粒的焊縫，因易產(chǎn)生雜亂反射波而較難應(yīng)用。此外，超聲波檢測還要求有一定經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員來進(jìn)行操作和判斷檢測結(jié)果。

X-ray檢測是利用聚乙烯材料對射線的吸收特性來工作的。

2.2破壞性檢測。

破壞性檢測一般在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)施工現(xiàn)場檢測中，對聚乙烯管道熱熔焊縫存在批量質(zhì)疑時(shí)，如熱熔對接連接的參數(shù)控制存在問題，接頭質(zhì)量難以判定時(shí)，可以取樣進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，用以確定該批量焊接的質(zhì)量。破壞性檢測包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、長期試驗(yàn)等方法。根據(jù)《給水用聚乙烯管材（GB/T 13663-2000）》的規(guī)定，可對管材的靜液壓強(qiáng)度、斷裂伸長率、縱向回縮率（110℃）、氧化誘導(dǎo)時(shí)間（200℃）、耐候性等物理指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，按相應(yīng)國標(biāo)要求進(jìn)行檢測。

拉伸試驗(yàn)可以得到焊口的短期焊縫系數(shù)，用來初步評價(jià)焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。

三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)可以得到焊口彎曲角和破壞類型，較好的評價(jià)焊口的焊接質(zhì)量，特別是變形能力。

拉伸蠕變測試可以得到焊口的長期焊縫系數(shù)，對評價(jià)焊接接頭的壽命很有價(jià)值。

2.3水壓試驗(yàn)。

選取適宜的管段長度，經(jīng)12小時(shí)以上充水浸泡，試驗(yàn)時(shí)的靜水壓力應(yīng)不小于管道工作壓力的1.5倍，且不應(yīng)低于0.8MPa。聚乙烯管道水壓試驗(yàn)分預(yù)試驗(yàn)階段和主試驗(yàn)階段，應(yīng)按規(guī)程逐步進(jìn)行。

由于聚乙烯管材是一種熱塑性材料，管材本身具有受壓發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛的特性。《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ 101-2004）》指出，應(yīng)充分理解管道在壓力試驗(yàn)期間的壓力下降現(xiàn)象，充分考慮到壓力下降不一定意味著管道有泄漏。水壓試驗(yàn)進(jìn)行中，卸掉一定壓力后，存在管材收縮管內(nèi)水壓上升的現(xiàn)象。

可以看出，上述檢測方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，工程施工中應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場技術(shù)人員對檢測手段的控制和熟知程度，選擇合理高效的檢測方法判定聚乙烯管道焊縫熱熔質(zhì)量。條件允許時(shí)，選擇兩種以上檢測方法互為補(bǔ)充，以增強(qiáng)檢測結(jié)論的準(zhǔn)確度和全面性。

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