聚乙烯給水管道熱熔對接施工質量控制要點和檢驗方法

陳炳瑞　劉曉燕　王鳳龍

【摘要】結合目前國內聚乙烯領域理論水平，對聚乙烯給水管道熱熔連接施工中的三個參數溫度、時間和壓力控制要點進行了總結；提出了對焊接質量進行檢驗的主要方法。

【關鍵詞】聚乙烯管道；熱熔對接；參數確定；質量控制；檢驗

【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。聚乙烯材料因其優良的耐低溫沖擊性、柔韌性、耐腐蝕性和易加工性的特點，在國民經濟眾多領域得到廣泛應用。在給水工程中，聚乙烯管道輸送流體阻力小、輸水耗能低、水質穩定、不產生二次污染，對工程地質適應能力強，管道施工方便、連接可靠，是一種安全、衛生、實用、具有很好發展潛力的工程管道。

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量控制要點

聚乙烯管道熱熔連接的三個重要參數是：溫度、壓力、時間。聚乙烯管材的焊接一般分三個階段，加熱段、切換段、對接段，根據管材的不同規格和截面積制定其焊接參數。

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，在材料粘流態轉化溫度之上，只有在這種條件下，聚乙烯產生熔融流動，聚合物的大分子才能進行相互擴散形成纏繞，得到最大的強度和高質量的焊接結果；實踐證明，溫度低于180℃，即使加熱時間長，也不能達到質量好的焊接結果。如果溫度過高，將有可能激活分子鏈中的C鍵與氧發生反應，使材料降解，聚乙烯材料將受到氧化破壞。

1.2時間的確定。

時間的確定包括管端加熱時間、切換時間、冷卻時間三個參數。

1.2.1加熱時間的確定。

焊接端面平整后，加熱時間一般取10×壁厚（mm）秒。

加熱時間的長短，決定焊接的質量，是否能將溫度均勻傳遞到焊接面及一定的深度，在轉換的階段保持最佳的焊接溫度。管端面熔化的最佳時間，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，產生氣孔，最終影響焊接質量，所以需要和壓力密切的配合，在加熱的同時施加一定的壓力，平整焊接面，促進塑化，形成理想的焊接面進行熱傳遞，然后降壓吸熱。

1.2.2切換時間的確定。

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

1.2.3冷卻時間的確定。

聚合物材料的導熱性差，只有金屬的幾十分之一，冷卻速度相應的緩慢，在冷卻的時間內需要進行結晶，收縮，所以需要有充分的時間降到結晶溫度，進行充分的晶粒生長，消除內應力，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。

環境溫度超過25℃時，每升高1℃，應將冷卻時間延長1分鐘；環境溫度低于5℃時，每下降1℃，可將冷卻時間減少1分鐘。

1.3壓力的確定。

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

P=KS1/S2

式中 P——焊接壓力，單位為MPa；

K——與材料有關的壓力系數；

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，減少加熱時間。

計算出來的壓力在實際操作過程中要進行適實調整，并要將機器自身移動所需的壓力或塑料管材較長時牽引所需壓力考慮進去。

需要說明的是，目前國際上對熱熔焊接壓力參數的設定還沒有統一的結論，德國推薦的是0.15～0.18MPa，美國推薦的是0.41～0.62MPa。實際施工中，可根據焊機使用說明書，由管材生產廠家技術人員經現場試驗確定。

2. 聚乙烯給水管道熱熔對接施工質量檢驗方法

聚乙烯給水管道熱熔對接施工質量檢驗，主要指對熱熔對接焊縫焊接質量的檢驗。為更好的發揮聚乙烯管道在給水工程中的重要作用，根據《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程（CJJ 101-2004）》規定，結合目前管道生產技術要點和施工中取得的經驗和教訓，提出如下方法對聚乙烯給水管道熱熔對接施工質量進行系統性檢驗：

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外部結構，保持管道連接質量不受破壞，對管道熱熔對接焊口進行的質量評定方法。主要包括外觀質量檢測和超聲波檢測。

2.1.1外觀質量檢測。

對于熱熔對接連接的管道，其外觀質量檢測只要包括：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在指定的大小范圍內；割除卷邊后，檢查卷邊底部、管道的焊接界面不應有污染物；檢查卷邊底部的焊接界面不應出現熔和不足而造成的裂縫；將卷邊向背后屈曲，不應出現熔和不足而造成的裂縫；檢查兩端管道在接口上應對準成一直線，如有錯邊發生，應不超過壁厚的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，研究聚乙烯材料的聲學性能。焊接缺陷、裂縫、孔洞等檢測中表現出異常，PPI在上個世紀80年代對回波脈沖法做了新的發展，開發了Ultra-Mc系統，將聚乙烯管道熱熔對接焊接質量分成了五個等級。一些技術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。

超聲波檢測法的優點是穿透能力較大，探傷靈敏度較高，并可測定缺陷的深度和相對大??；設備輕便，操作安全，易于實現自動化檢驗。缺點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，因易產生雜亂反射波而較難應用。此外，超聲波檢測還要求有一定經驗的檢驗人員來進行操作和判斷檢測結果。

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室內進行，當施工現場檢測中，對聚乙烯管道熱熔焊縫存在批量質疑時，如熱熔對接連接的參數控制存在問題，接頭質量難以判定時，可以取樣進行破壞性試驗，用以確定該批量焊接的質量。破壞性檢測包括拉伸試驗、彎曲試驗、長期試驗等方法。根據《給水用聚乙烯管材（GB/T 13663-2000）》的規定，可對管材的靜液壓強度、斷裂伸長率、縱向回縮率（110℃）、氧化誘導時間（200℃）、耐候性等物理指標進行試驗，按相應國標要求進行檢測。

拉伸試驗可以得到焊口的短期焊縫系數，用來初步評價焊接質量的優劣。

三點彎曲試驗可以得到焊口彎曲角和破壞類型，較好的評價焊口的焊接質量，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，對評價焊接接頭的壽命很有價值。

2.3水壓試驗。

選取適宜的管段長度，經12小時以上充水浸泡，試驗時的靜水壓力應不小于管道工作壓力的1.5倍，且不應低于0.8MPa。聚乙烯管道水壓試驗分預試驗階段和主試驗階段，應按規程逐步進行。

由于聚乙烯管材是一種熱塑性材料，管材本身具有受壓發生蠕變和應力松弛的特性?！堵竦鼐垡蚁┙o水管道工程技術規程（CJJ 101-2004）》指出，應充分理解管道在壓力試驗期間的壓力下降現象，充分考慮到壓力下降不一定意味著管道有泄漏。水壓試驗進行中，卸掉一定壓力后，存在管材收縮管內水壓上升的現象。

可以看出，上述檢測方法都有其自身的優點和缺陷，工程施工中應根據施工現場技術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量。條件允許時，選擇兩種以上檢測方法互為補充，以增強檢測結論的準確度和全面性。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2015）01-18-669

[作者簡介] 陳炳瑞（1978.10-），男，漢族，籍貫：河北泊頭人，學歷：工學學士，職稱：工程師，工作單位：滄州引大入港輸水有限公司，水利工程專業，主要從事水利工程施工與給水工程運行管理工作。

劉曉燕（1978.7-），職稱：高級工程師，工作單位：滄州市水務局，水利工程專業。

王鳳龍（1984.2-），職稱：助理工程師，工作單位：滄州引大入港輸水有限公司，網絡工程與管理專業。