聚乙烯管材熱熔對接焊拉伸性能的分析

廖建宗

摘要：隨著科學技術的快速發展，越來越多新技術、新工藝和新材料涌現，聚乙烯管材憑借自身優質的焊接性能和力學性能，使用壽命長，更好的適用于城鎮飲用水和燃氣輸送。在具體應用中，對于聚乙烯管材的相關參數做出了明確的規定，生產高質量的聚乙烯管材，在鋪設期間滿足施工要求，所以需要對管材焊接處理。影響聚乙烯管材焊接處拉伸性能的因素，主要包括焊接的溫度、壓力和時間等因素，本文就聚乙烯管材熱熔對焊接處拉伸性能的影響，立足于實際情況，提出合理的措施予以實踐。

關鍵詞：聚乙烯管材；熱熔對接焊；拉伸性能

前言

聚乙烯管材自身具有較強的機械性能、耐腐蝕性能和焊接性能，在實際應用中可以改善傳統管材的缺陷和不足，延長使用壽命，在燃氣輸送和飲用水輸送方面具有較為可觀的經濟效益。在具體應用中，聚乙烯管材的相關參數有明確規定，但是在具體鋪裝中長度不滿足施工要求，需要對管材焊接處理，而聚乙烯管材熱熔對接焊技術得到了廣泛應用。熱熔對接焊技術自上個世紀60年代產生以來，廣泛應用在塑料管材連接中，熱熔焊接技術并不需要其他附加條件，可以實現焊接接頭的正常拉伸和擠壓處理，為管道系統強度提供保障，加強對其研究，可以為后續相關工作開展提供支持，具有重要促進作用。

1 聚乙烯管材概述

聚乙烯管材是一種高分子聚合物，熱塑性較強，分子之間相互纏繞，表現為高彈態、玻璃態以及粘流態。熱熔對接焊技術則是在晶體熔融溫度附近，促使聚乙烯分子可以充分吸收熱量，在劇烈運動期間，通過外力作用影響相互滲透，實現分子鏈的重組和接近。聚乙烯管材表面通過加熱板加熱處理，達到熔融狀態后，通過一定外加作用力使其緊密貼合，在特定壓力下冷卻與焊接，即為熱熔對接焊技術原理[1]。在熱熔焊接期間，溫度、壓力和時間等因素將直接影響到焊接質量高低，其重要性不言而喻。基于此，通過對外徑110mm給水用聚乙烯管材熱熔焊接實驗，可以實現不同材料等級和壁厚的有效焊接，分析管材與管件焊接性能，從而為后續的聚乙烯管材熱熔對接焊處理提供指導。

2 實驗部分

2.1試驗材料

給水用聚乙烯管材：①材料等級PE63，公稱壓0.6MPa，公稱壁厚6.3mm；工程壓0.8MPa，公稱壁厚8.1mm；公稱壓1.0MPa，公稱壁厚10.0mm。②材料等級PE80，公稱壓0.8MPa，公稱壁厚6.6mm；公稱壓1.0MPa，公稱壁厚8.1mm；公稱壓1.25MPa，公稱壁厚10.0mm。③材料等級PE100，公稱壓1.0MPa，公稱壁厚6.6mm；公稱壓1.25MPa，公稱壁厚8.1mm；公稱壓1.6MPa，公稱壁厚10.0mm。

給水用聚乙烯管件：①材料等級PE63，公稱壓1.0MPa，公稱壁厚10.0mm。②材料等級PE80，公稱壓1.25MPa，公稱壁厚10.0mm。③材料等級PE100，公稱壓1.6MPa，公稱壁厚10.0mm[2]。

2.2設備和儀器

采用PE管焊接機63-200；微機控制電子萬能試驗機CMT4204。

2.3試樣制備

聚乙烯對接焊樣品制備和拉伸試樣，均遵循GB/T19809-2005制備。

3 結果與討論

3.1熱熔對接焊拉伸性能的加熱時間因素

不同加熱時間，對于聚乙烯管材的拉伸性鞥影響不同，通過測試48s、64s、80s、96s以及112s不同加熱時間，遵循相應的標準確定工藝參數，針對性組織焊接試驗。并對樣品拉伸強度進行測試，獲得不同時間下的拉伸強度變化曲線圖，如圖1。

從中可以了解到，加熱時間和焊接接頭拉伸強度之間關系較為密切，伴隨著加熱時間的增加而拉伸強度隨之增大，達到峰值后隨之降低，在96s時聚乙烯管材焊接樣品拉伸強度最大[3]。主要是由于加熱時間的增加，管材焊接端吸熱量隨之增加，分子鏈的熱運動增強，有助于提升聚乙烯管材接頭強度。如果加熱時間不足，分子鏈交聯不充分，可能導致管材強度隨之降低，存在工藝缺陷，影響到焊接質量。加熱時間過長，材料會出現熱氧化降解問題，焊接熔環增加，焊接接頭的搜集空氣風險系數隨之增加，可能導致管材焊接頭強度有所下降。

3.2熱熔對接焊拉伸性能的溫度因素

選擇不同焊接溫度，從185℃～225℃，間隔5℃進行測量，根據相應標準要求，確定焊接工藝參數，對公稱外徑110mm不同材料等級給水用聚乙烯管材對接焊，測試拉伸強度[4]。對接焊拉伸強度和加熱溫度之間關系較為密切，在180℃～230℃范圍內，拉伸強度伴隨著熱板溫度變化明顯，先上升、后下降，210℃時為峰值。如果溫度過高，PE管材熱氧化被破壞，離析出小分子揮發物，原有的分子鏈斷裂，極大的影響到焊接強度。但是，加熱溫度過低，可能導致管端無法充分加熱，降低管端粘結強度和焊接強度。

3.3熱熔對接焊拉伸性能的壓力因素

選擇不同的焊接壓力，包括0.05MPa、0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa，根據相關技術標準確定焊接工藝參數，公稱外徑110mm給水用聚乙烯管材焊接試驗，對樣品測試拉伸強度。伴隨著焊接壓力上升拉伸強度變化顯著，先上升、后下降，0.20MPa時達到峰值。在特定溫度下焊接處理，伴隨著溶解壓力增加，管材焊接平面結合更為緊密，有助于分子鏈快速交聯，促使PE管材強度隨之增加。但是，焊接壓力過大，可能導致融化物大量擠出逐漸形成焊環，焊接融化層深度減小的同時，分子鏈交聯深度隨之下降，影響到PE管材拉伸強度[5]。

3.4熱熔對接焊拉伸性能的壁厚因素

在具體聚乙烯管材熱熔對接焊作業過程中，對于熱熔對接中存在的問題，選擇不同壁厚的焊接樣品測試拉伸強度變化情況，同一材料等級不同壁厚的變化，拉伸強度隨之變化，但是變化并不明顯。從中可以了解到，對于同一材料等級，不同壁厚聚乙烯管材對接焊樣品，使用同等原料，壁厚對于焊接樣品拉伸強度的影響較小。除此之外，樣品拉伸過程中，管件一端拉開后，在管件一側斷裂。從中可以了解到，材料等級和規格相同情況下，拉伸性能高低主要是由管件拉伸性能決定。究其根本，給水用聚乙烯管材和管件工藝不同，而分子鏈同樣存在明顯差異，聚乙烯管材擠出工藝的應用，可以有效提升聚乙烯管材分子鏈有序性，在增強管材分子鏈有序性的同時，管材內部應力集中，管材拉伸負荷要遠遠高于關鍵拉伸負荷，致使二者之間的拉伸強度存在明顯差異。

結論：

綜上所述，聚乙烯管材熱熔對接焊在實際應用中，相較于傳統技術而言，可以有效改善其中的缺陷和不足，提升管道焊接拉伸性能，以便于在城鎮飲用水和燃氣運輸管道中廣泛應用，推動城市基礎設施建設和完善。

參考文獻：

[1]王曉芹.聚乙烯管材熱熔對接焊拉伸性能的研究[J].甘肅科技，2017，33（11）：52-54.

[2]鄭津洋，秦永泉，施建峰，李翔，徐平，郭偉燦，王非.聚乙烯管道熱熔接頭卷邊對拉伸性能的影響[J].中國塑料，2018，21，23（07）：77-80.

[3]李玉娥，魏若奇，者東梅.聚乙烯管材熱熔對接焊沖擊性能的研究[J].中國塑料，2017，16（06）：56-59.

[4]李玉娥，魏若奇，者東梅.聚乙烯管材熱熔對接焊性能評價方法進展[J].化學建材，2015，20（06）：16-19.

[5]陽代軍，霍立興，張玉鳳.聚乙烯管道熱熔對接焊接頭性能的分析[J].中國塑料，2016，11（02）：75-79.