聚乙烯（PE）燃氣管焊接及焊工培訓考核探討

丁光柱，李報，李世會，邢增為

聚乙烯（PE）燃氣管焊接及焊工培訓考核探討

丁光柱，李報，李世會，邢增為

（中國電建集團河南工程有限公司，河南 鄭州 450001）

簡述了聚乙烯管道在燃氣管道工程中相對傳統金屬管道的優勢，重點分析了聚乙烯管的熱熔焊接和電熔焊接之間的異同及應用情況。分析表明：在燃氣管道工程中采用熱熔和電熔焊接兩種方法相結合的方式比較合理。文章最后對聚乙烯管的焊接培訓考核提出了相關建議。

聚乙烯； 燃氣管道； 熱熔焊接； 電熔焊接

隨著近年來一次能源結構優化調整，天然氣作為清潔能源其消耗量占比重逐年提高，“十三五”規劃目標到2020年末我國天然氣消費占一次能源消費比重力爭達到10%，同時為進一步提升天然氣供應能力，天然氣管網建設有望提速[1]。以往天然氣輸送管材主要為無縫鋼管或者鑄鐵管，然而金屬管道不僅施工成本較高，而且運行時間越長金屬管道腐蝕也越嚴重，因此一般設計使用年限較短，約為20年。隨著技術的發展，聚乙烯（簡稱PE）燃氣管道以其輕質、工程造價低和優良耐蝕性能得到了全球范圍內的推廣和應用，并在國內形成了共識，具有廣闊的發展前景[2]。

1 PE燃氣管特點

自20世紀60年代英國首次采用PE燃氣管以來，PE燃氣管在歐美已經達到90%的鋪設率，尤其是第三代PE100級燃氣管的出現更是加速推動了PE燃氣管的使用，目前PE燃氣管已經成為《城鎮燃氣設計規范》（GB50028—2006）的首選材料。從國內外較長時間的使用情況可以看出，PE燃氣管相對傳統金屬管材具有獨特的優勢[3]：

（1）投入資金少。PE管較鋼管便宜，施工過程中所需人員少，能降低工程造價， PE管道安裝費用低于鋼管管道費用30%~50 %。

（2）耐蝕性能強，使用年限長。PE燃氣管具有優異的耐蝕性，鋪設管道時無須進行防腐，埋地管道在-20~40 ℃范圍內可以良好運行50年，實踐中其壽命為鋼管的2~3倍，產生更高經濟效益。

（3）適應能力強，流通能力大。PE燃氣管具有較強的柔韌性，可以在包含較多障礙管道的工況下進行彎曲，降低了施工難度。

（4）具有良好的焊接性。PE燃氣管道具有可熔性，便于電熔、熱熔焊接，且實現了接頭和管材的一體化，具有較好的氣密性。

2 PE燃氣管的焊接

PE燃氣管接頭連接的可靠性直接影響工程質量，根據相關規定，PE燃氣管不得采用螺紋連接和粘接，目前常用的接頭連接方式如圖1所示[4]：

圖1 PE燃氣管道工程中常用連接方式

從圖1可以可出，PE燃氣管道接頭的連接主要包含熱熔焊接、電熔焊接和鋼塑連接三種方式。因施工現場主要以PE-PE之間的連接為主，我國國家標準《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》（CJJ63—2008)中對聚乙烯燃氣管道的連接方式做了明確的規定：聚乙烯（PE）管道的連接應采用電熔連接或者熱熔連接。本文主要研究熱熔和電熔兩種焊接方式。兩種焊接方法都是利用了外加熱的方式，使待焊端面達到黏流、熔化狀態，通過界面之間的分子相互滲透、擴散作用焊合，凝固后形成連續、致密的接頭，下面詳細介紹熱熔和電熔焊接。

2.1 熱熔焊接

熱熔焊接因其操作簡單、經濟可靠成為PE燃氣管工程中使用最為廣泛的一種連接方式。熱熔焊接過程中需要控制三個參數：待焊端面熔融溫度、對接壓力和各階段時間。熱熔焊接主要有四個工藝過程：

（1）PE管待焊端面的切削。PE管對接待焊端面用專用銑刀或切管工具切削，切削厚度以出現連續切屑為宜，切割端面應平整、無毛刺，端面應垂直于管軸線，并保持不被污染。同時，可將加熱板用蘸酒精的棉布清洗，并預熱至（225±10）℃。

（2）加熱。將管口對中，錯邊量不能大于壁厚的10%，在一定壓力下，將待焊端面用電加熱板將PE管加熱至端面呈現黏流態、有均勻翻邊，并記錄吸熱時間，時間約為管材每毫米厚度8~10 s。

（3）切換。PE管加熱完成之后，迅速撤離電加熱板，在設定的熔融壓力下，機架活動端向固定端移動，將PE管對接進行分子流動、擴散，并形成高度符合要求、均勻一致的翻邊。需要注意的是撤離加熱板的時間應盡量短，且要避免碰撞端面。

（4）保壓硬化。將已完成加熱的PE管對接之后，要在保持設定的壓力狀態下進行保壓冷卻，使PE管的對接部位由熔融狀態冷卻硬化到常態，并記錄冷卻時間，時間約為管材每毫米厚度1.4 min。

2.2 電熔焊接

除熱熔焊接外，電熔焊接因其自動化程度較高、操作簡單，在PE燃氣管焊接施工中也得到廣泛應用。PE燃氣管電熔焊接采用配套的管件，通過管件內的發熱金屬絲通入電流發熱，管材和管件接觸部分的PE被加熱至熔化，相互流動擴散，利用PE發熱膨脹和冷卻收縮產生壓力，凝固后形成牢固接頭。電熔焊接主要包含圖2中的四個過程：

（1）準備過程。首先保證電源電壓符合要求，電源輸出接頭潔凈；采用刮刀將PE燃氣管待焊端表面的氧化膜及污垢均勻刮掉一圈，長度約為管件長度的一半加10 mm，厚度以0.1~0.2 mm為宜。

（2）定位階段。將清理好的管材插進管件，深度為接觸管件內卡環，調整管材在同軸線上。

（3）焊接階段。打開管件護帽，連接電源和管件的兩個插頭，將管件要求的電壓、時間等參數輸入焊機（或者識別管件上的條碼自動導入）開始焊接。需要注意的是，焊過程中要保證管材和管件的穩定，特別是不能有軸向移動。

（4）保持階段。通過觀察孔指示柱冒出的長度判斷電熔焊接過程是否完畢，長度一般 5～6 mm，拔掉管材和電源的連接插頭，讓接頭靜止冷卻，焊接完畢。

圖2 PE燃氣管電熔焊接過程

兩種焊接方法都具有操作簡單，便于施工的優點，但又有各自的優缺點。熱熔焊機結構簡單，便于維修，焊接時無須采用價格昂貴的管件，相對成本較低，但因設備較大，對施焊場地有較大的要求，另外，公稱直徑小于63 mm的PE管材，因為直徑小，管壁較薄，截面較小，采用對接不易保證質量，因此熱熔焊接多用于管徑大于63 mm或壁厚大于6 mm的管材。電熔焊接設備簡單，體積小，能夠更好地適應熱熔焊接無法工作的場地，但因管件成本較高，主要用于焊接直徑小于63 mm的管材[5]。實踐證明，采用兩種焊接方法相結合的焊接方案不僅能降低施工成本、提高施工效率，同時可以保證更好的工程質量。

3 PE燃氣管焊工培訓考核

為了保證優質的PE燃氣管焊接質量，要對焊接全程進行嚴格控制，通過總結以往工程經驗發現，人員、材料、設備和工藝因素對焊接質量影響較大，材料和設備是經過嚴格審查，工藝是經過工藝評定，相對較容易控制，而管道焊工作為工藝執行者、焊接的操作者是最難控制的因素，焊工的業務素質對保證焊接質量具有決定性意義，為此，加強對焊工的培訓考核，提升焊工素質顯得尤其重要[6]。

一是要求焊工具有熟練的理論知識和實際操作技能，從事聚乙烯管道焊接的焊工必須要參加專門的崗位培訓，能熟練操作焊機，掌握焊接要領，并養成良好的操作習慣，嚴格執行焊接工藝規程。培訓采用理論結合實際操作的方法，授課內容結合《特種設備焊接操作人員考核細則》（TSG Z6002—2010）中規定的內容應不少于以下內容：聚乙烯管道的抗壓力特征；聚乙烯原材料的類型、加工型號、構成、運用特征及加熱后的性質等；聚乙烯管道的焊接方法、焊接工具、工具性能、名稱、工作機理、運用方式與維護原理等；熱熔方法與電熔方法的特征、焊接流程標準、焊接流程要求、工藝要求等；焊接缺陷分類、誘發內因、危害和防御要求；聚乙烯管道的接口特征和影響要素分布；聚乙烯焊接質量的調控方式與影響要素。

合理安排理論及實際操作授課學習，確保焊工掌握相關知識和技能，并根據《特種設備焊接操作人員考核細則》（TSG Z6002—2010）規定的焊接方法、機動化程度、試件類別、試件管材外徑等條件對焊工進行相應的考核，確保焊工考核合格后持《特種作業作業人員證》上崗。

二是要有良好的職業道德、法律法規和敬業精神，理論培訓期間應對焊工進行職業道德培訓和相應的規程制度培訓，包括但不限于以下內容：聚乙烯焊接質量的審驗方式與評測制度，非損耗性審核與損耗性審核方式的特征與評測制度；焊接質量標準制度、規章體系與工藝標準，法律法規、防護方法相關的焊接工作人員的績效考核與監管要求；焊接防護細節要求、壓力管道的法律制度、標準數據與技術要求。

4 結束語

PE燃氣管相對金屬管道具有更加廣闊的應用前景，焊接過程中采用熱熔和電熔兩種焊接方法相結合的方式是最佳焊接方案，同時為了保證焊接質量，要全面控制材料、設備、工藝和人員因素，加強焊工焊接培訓考核工作。本文對提高我國PE燃氣管施工質量，加快改善我國PE燃氣管建設現狀提供了有益借鑒。

[1] 盛雄.聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測缺陷自動識別系統研發[D].杭州: 浙江大學，2018.

[2] 焦羽佳, 吳明, 黃珊.能源轉型對聚乙烯管道的啟示[J].當代化工，2016，45（2）: 370-372.

[3] 李明陽，戚政武，姚炯，等. PE管恒側壓實驗及有限元分析[J].材料導報，2015，29（S1）: 121-124.

[4] 朱榮全，阮艷靈，秦立臣，等. PE燃氣管道力學失效模式分析[J].化學工程與裝備，2017（3）: 43-44.

[5] 馮艷艷，何穎，王眾明. 城市燃氣管道中PE管焊接[J].石家莊職業技術學院學報，2010, 22（2）: 43-45.

[6] 田悅. PE管電熔焊接和熱熔焊接在施工中的比較[J].遼寧化工，2011，40（9）: 935-937.

Discussion on Polyethylene(PE) Gas Pipes Welding and Welder Training and Examination

（China Electric Power Construction Group Henan Engineering Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450000, China)

Compared with traditional metal pipeline, the advantages of PE pipes in fuel gas pipeline engineering were described. The similarities and differences between the fusion-jointing and the electrofusion-jointing of PE pipes were analyzed as well as their application. Analysis results showed that it was reasonable to combine two methods in gas pipeline engineering. At last, some suggestions for welder training and examination were put forward.

polyethylene pipes; fuel gas pipeline; fusion-jointing; electrofusion-jointing; welder training and examination

2019-11-15

丁光柱（1984-），男，高級工程師，碩士，河南省焦作市人，主要從事先進連接技術研究及焊工培訓管理。

TQ322.3

A

1004-0935（2020）02-0211-03