聚偏氟乙稀焊接技術的應用

鄧丁華，潘文泉，王瑞家(青島百海水海水淡化有限公司，山東 青島 266043)

0 引言

在小口徑的硫酸流體輸送中，聚偏氟乙稀成為較理想的材料。青島一家海水淡化廠使用輸送硫酸的管道材質為即為此。其在應用過程中較多的使用熱熔焊接技術，因其相較于襯塑和鑄鐵在硫酸管道上的應用有較強的優勢。

聚偏氟乙稀在小口徑(小于D40)流體輸送過程中的優點如下，主要是相對于襯塑管道、鑄鐵管道而言：(1)不產生氧化膜，不易脆化、變形；(2)較細的管道以及有安裝空間限制的部分可較方便制作安裝；(3)因其透明特性，可易于觀察液體的狀態；(4)發生泄漏后易于發現、維修；(5)熔點較高，通常170°左右；屈服強度大約40 MPa，擠出加工溫度在200～240 ℃之間[1]。

1 聚偏氟乙稀缺陷

(1)撓性好，其剛度差，不能受擠壓；(2)相較于鋼性管，其損壞后破裂噴濺較嚴重；(3)焊接受安裝位置、技術影響較大。

海水淡化工藝中超濾是一個效率較高的海水預處理工藝，超濾膜清洗方式多樣，該廠采用化學清洗的方式，其工藝要求主要有浸泡pH值，余氯等，加酸使浸泡水pH值在2以下的持續10 min以上，后再加堿使超濾膜pH值在10以上相同時間。在此工藝中要求使用濃硫酸(98%)做藥劑使pH值維持在要求的范圍內，這需要加酸管道流量要求600 L/h以上，并符合間斷運行要求，每30 min投加80～120 s。為滿足該工藝要求，該廠選用聚偏氟乙稀做為材質，管徑選用D32，PN16做為濃硫酸的輸送管道，使用背壓閥(設定壓力值以上開啟，低于設定值流體不流動)作為保壓的主要措施，以保證加藥停止后整個硫酸主管線仍保持一定的壓力。

此工藝段的現場管道敷設較為復雜，現場膜安裝密度較大，管道集成化、模塊化設計較多，管道安裝位置受限，故濃硫酸管道選擇主管道在地下溝漕內敷設，僅在加藥口返上地面敷設并連接控制閥門等。這在初期建設時有優勢，但后期改造、維護就比較麻煩。現場不能有效施展工具，特別是出與防漏考慮該廠預留了較少的活節接頭。

聚偏氟乙稀管件的焊接成為安裝、維修管道的一個重中之重，因為：(1)焊接小管徑塑性管道稍有偏差就會造成管內壁結焊瘤，影響介質的流動；(2)焊接時間、位置調節不好，會導致虛焊，且補焊難度大；(3)該廠的安裝空間要求不允許較大設備施工(管道井寬度為100 cm×100 cm)。

2 聚偏氟乙稀焊接工藝

聚偏氟乙稀焊接工藝大致分為兩種，一種是紅外熔接技術，一種是電熔焊接技術，工業管道中較多使用后者。電熔焊接根據其熔接面的不同又可分為承插焊和平面對焊。

紅外熔接技術較高端，適用于精密儀器的管道安裝制作，工業應用并不常見，使用紅外對焊工藝焊接時零件與熱源不接觸，是對加熱無件對焊技術的進一步改進[2]。

承插焊即將一管件外徑與另一管件內徑接熔后插入，此焊接方式也常應用在PE、PP小口徑管道(小于D100)焊接過程中。

聚偏氟乙稀承插焊出現的問題多為焊接時位移較大，使整個管道軸向變形，冷卻后不能調整。因焊接時需要擠壓被焊部位(插入距離一般大于15 mm)，被加熱熔化的部分擠壓后會造成管件內壁結焊瘤。

聚偏氟乙稀平面對焊是一種精度較高的焊接方式，如中心度、時間控制、溫度、預緊力大小都需要調整準確。聚偏氟乙稀焊接技術要點：(1)使用的焊機設備為溫度可調(Max300℃)；(2)使用時要求兩管件尺寸不應過大(小于D40)，過大的尺寸會使管件熔化間過長，導致對接時整個接口管件因溫度過高發生軟化，失去對接強度；(3)表面處理要徹底，類似焊后夾渣等問題致焊后管道承載壓力不足、泄漏等問題時常出現；(4)施焊時，平行于管件軸向取出焊機，且要求傾斜度不得大于15°，過大的傾斜度會導致焊接變形。

平面對焊作業前準備工作有：(1)確定焊接管件的規格尺寸；(2)確定焊接地點，要求無塵、通風良好、平整、應盡量避免潮濕環境下作業；(3)人員配備，應2人以下配合作業，工序搭接時要求迅速；(4)焊接件管壁應一致；(5)針對該規格焊件做焊接試驗，檢驗其試驗強度是否符合要求。

平面對焊作業流程及技術要點(以D32聚偏氟乙稀，壁厚2.4mm為例) ：

(1)焊接件固定。PVDF管道和管件固定前，需要調節專用熱熔夾具，使夾具導軌保持水平，利用水平尺進行校驗管道、管件是否水平[3]。并試夾緊，調整其管壁在同平面上。

(2)焊接面切割。固定后的兩管件焊接面需要進行平整處理，主要工具是環型切刀，切割深度以兩管件管壁嚴密對合，目視無縫為合格。

(3)開啟加熱器。選用表面涂層不粘聯的加熱器，溫度可調溫度調到230～250 ℃之間(室溫10 ℃)。加熱器功率應大于1 500 W，較大的功率能使溫度維持變得簡單。達到設定溫度后待用，過高的溫度會使焊接表面產生流體，并與管件本體分離，過低的焊接溫度可導致焊接面不粘接，有條件時可以使用外部測溫儀對加熱器進行溫度校核。

(4)加熱器與焊接面壓緊。將加熱器置于兩管件焊接面中間，并以縱向位移的方式兩兩相碰，壓強宜為2～3 kPa，觸碰時間宜為30～60 s。觸碰時間視施工室溫而定，一般以35 s為宜(室溫10 ℃)，過低的室溫可適當延長觸碰時間，但不宜大于60 s，過長與加熱器接觸容易使管件的熱熔部分與未熱熔部分發生分離，并增加管內壁的焊瘤，影響焊接質量。

(5)加熱器與焊接面分離。在步驟4完成后，即兩管件的焊接面與加熱器壓緊時間完成后，應立即松開管件的焊接面與加熱器的接觸，并取出加熱器，使兩管件焊接面接觸，此操作應在3 s內完成。因過長的焊接面與加熱器分離時間會導致焊接時接觸溫度過低，達不到粘接的效果。另外，此工序搭接過程中，應注意焊接面是否被焊機粘住，如有粘聯的情況，應立即停止焊接，重新更換新焊機焊接。此時務兩人協作，避免時間過長，導致焊接失敗。

(6)焊接面壓緊。兩管件焊接面接觸時的壓強應與管件與加熱器壓緊時的壓強一致，即2～3 kPa，兩管件焊接面接觸時壓強自0 kPa升至2～3 kPa的時間不應大于3 s。過長的壓緊時間也會導致焊接面強度不達標。

(7)冷卻。當兩管件焊接面壓強達到2～3 kPa后，在此壓強下，應至少冷卻5 s，如作業時間充裕，應盡可能延長冷卻時間。在該廠施工時，因工期不緊，焊接質量要求高，其冷卻時間一度達到50 s。但經試驗焊接，冷卻時間5 s即可達到強度要求，如表1所示。

表1 試驗焊接

在焊接完畢后會在管壁上形成一個圓周焊縫。可以通過目測焊縫來檢查焊接質量。一個良好的焊縫，它在管壁圓周上的尺寸基本相同，而且焊縫表面光滑，不會有凹坑的出現。

該廠在維修聚偏氟乙稀管道初期使用承插熱熔焊接方式，后鑒于平面對焊在應用中的表現，已基本將其取代。

3 結語

通過對比熱熔承插焊和熱熔平面對焊，可以知道，小口徑(D40以內)聚偏氟乙稀管道使用熱熔承插焊接不如平面對焊可靠，在作業過程中只要按照基本流程，掌握焊接技巧，即可完成對小口徑管道的高質量焊接。其實際使用壓力可達到1.0 MPa，符合工藝要求，并能焊接質量，減少聚偏氟乙稀管道焊接瑕疵。