1、概述
聚乙烯管在輸送燃氣、給水時要求承受一定的壓力，且要求至少50年的壽命，并且保證絕對的安全性，PE管道系統(tǒng)連接技術的優(yōu)劣，直接關系到管網(wǎng)的運行效果和使用壽命。因此對連接技術的要求就非常嚴格。
1.1.聚乙烯管道連接技術的發(fā)展情況：
聚乙烯燃氣管道在熔接技術方面的主要進展有：
1.1.1九十年代電熔連接技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在：
1）管件的材質緊跟管材材質的發(fā)展，國際上已有多家電熔管件制造商開發(fā)生產(chǎn)PE100材料的管件。
2）電熔管件的結構經(jīng)過不斷的發(fā)展，改進，走向成熟。具有寬的熔接區(qū)，較長的插入深度和冷卻區(qū)。GeorgFisher公司1997年推出了它的模塊化設計的電熔鞍形管件和過渡管件系統(tǒng)，實現(xiàn)了由一些基本元件在車間和施工現(xiàn)場組合成所需管件，減少庫存，方便應用。
3）電熔連接設備已進入第三代（多功能），可以現(xiàn)場進行熔接質量控制，并且確保設備和安裝的可追溯性。
4）電熔管件的自動識別系統(tǒng)可使電能按照一定方式自動輸與電熔管件，在九十年代后期，實現(xiàn)了標準化。有三種類型：數(shù)字識別系統(tǒng)，機電識別系統(tǒng)和自調節(jié)系統(tǒng)。目前大多數(shù)電熔管件采用的是數(shù)字識別系統(tǒng)，熔接參數(shù)以及其它信息以代碼的形式記錄在條形碼、磁卡等數(shù)據(jù)載體上，熔接控制器從上述載體中讀出參數(shù)后自動控制熔接。
5）近年電熔管件成型技術最主要的進展是成型的自動化。
1.1.2熱熔連接的發(fā)展：
熱熔對接設備的發(fā)展方向是全自動化，不僅可消除人為因素，并且可實現(xiàn)可追溯性。英國燃氣公司首先進行研制，主要是針對大口徑管子，因為傳統(tǒng)機器用于直徑大于D315mm的管子時已出現(xiàn)問題。英國、德國、比利時、法國、美國等均已開發(fā)半自動、全自動設備。
對聚乙烯管道熱熔對接工藝的研究一直在進行。目前一些主要國家（如英國、德國、比利時、芬蘭等）聚乙烯管道熱熔對接的工藝參數(shù)不盡相同，而且由于材料的不斷發(fā)展，對工藝變化的要求也是必然的。采用比較廣泛的熔接工藝是德國焊接協(xié)會（DVS）發(fā)布的。比利時根特大學對DVS的熔接工藝改變了兩個參數(shù)：溫度由215℃提高到225℃；加熱壓力降低了50%.并認為壓力有進一步降低的可行性。 瑞典排污塑料管質量委員會（KP-Council）根據(jù)實際經(jīng)驗的研究認為，冷卻時間應進一步延長，特別是對厚壁管材。1993年，英國水研究中心（WRC）提出一種“雙壓”連接法用于壁厚大于20mm聚乙烯管的連接。該方法與通常的焊接程序的主要差別在熔接階段的冷卻壓力降低。美國天然氣研究所（GRI）開發(fā)了用于連接和修理聚乙烯天然氣輸配管線的新方法。該方法使用了一個稱為“SmartHeat”的自調、恒溫加熱的新技術。該技術具有能較好地控制溫度，連接件和裝配費用低的優(yōu)點。
1.2聚乙烯連接方式：
PE管不能采用溶解性粘合劑與管件連接，它的最佳連接方式是熔焊連接，焊接技術的發(fā)展經(jīng)歷了一定的過程，早期聚乙烯焊接方式有熱熔對接連接、熱熔承插連接和鞍形焊接。由于熱熔承插連接存在一定的缺點，通過對連接技術的不斷研究，近來發(fā)展了一種新的連接方式—電熱熔連接。相應地，采用的施工機具是電熱熔焊機和熱熔對接焊機，焊接設備應符合ISO12176-1或 ISO12176-2的要求。其次就是與金屬管道連接時采用鋼塑過渡接頭連接。
1.3聚乙烯管道熔接原理：
聚乙烯管道焊接原理是聚乙烯一般在190℃～240℃之間的范圍內(nèi)被熔化（不同原料牌號的熔化溫度一般也不相同），此時若將管材（或管件）兩熔化的部分充分接觸，并施加適當?shù)膲毫Γ娙酆附拥膲毫碓从诤附舆^程中聚乙烯自身的熱膨脹），冷卻后便可牢固地融為一體。由于是聚乙烯材料之間的本體熔接，因此接頭處的強度與管材的本身的強度相同。
2、連接注意事項
PE管道連接時應注意如下事項：
1.操作人員上崗前，應經(jīng)過專門培訓，經(jīng)考試和技術評定合格后，方可上崗操作。
2.管道連接前應對管材、管件進行外觀檢查，符合產(chǎn)品標準要求方可使用。
3.在寒冷氣候（-5℃以下）和大風環(huán)境下進行連接操作時，應采取保護措施或調整施工工藝。
4.每次連接完成后，應進行外觀質量檢驗，不符合要求的必須切開返工，返工后重新進行接頭外觀質量檢查。
3、PE管道連接技術
熱熔連接和電熔連接方式的優(yōu)缺點比較如下：
| 名 稱 | 要 求 |
| 電熔連接 | 1. 需要有專用的電熔焊機。 2. 適用于所有規(guī)格尺寸的管材。 3. 可用于不同牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接。 4. 不易受環(huán)境、人為因素影響。 5. 設備投資低，維修費用低。 6. 連接操作簡單易掌握。 |
| 熱熔連接 | 1. 需要有專用的熱熔焊機。 2. 一般適用于公稱直徑大于63mm的管材。 3. 適用于同牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接。性能相似，不同牌號、材質的管材與管材、管材與管件連接，需實驗驗證。 4. 易受環(huán)境、人為因素影響。 5. 設備投資高。 6. 連接費用低。 7. 操作人員需進行專門培訓，具有一定的經(jīng)驗�！� |
3.1對接焊
對接焊常用于較大直徑管的連接，一般大于D63mm，將一定溫度的加熱板放在對好的兩管或管件之間加熱一定的時間，抽掉熱板，將要焊的兩端在一定壓力下迅速對接在一起并保壓一定時間冷卻，即可形成一個強度高于管材本體強度的接口。選擇的壓力要使接觸面處產(chǎn)生所要求的力，不管摩擦壓力損失。當對接焊機帶有液壓源時，力通常被表示為施加的油缸壓力。對于這樣的機器，要提供一個專門的對照表，以給出實際的接觸面處壓力與壓力計指示壓力的關系。
3.1.1對接焊周期及參數(shù)：
對接焊周期和各階段的參數(shù)說明如下。
a.總則
T 加熱板溫度，以測量與管材或管件端面接觸的加熱板表面區(qū)域的溫度為準。
b. 階段1：預熱
p1——預熱階段端面壓力/（N/mm2）（Mpa）
B1——初始翻邊/mm
t1——形成要求翻邊寬度時的時間/s
c.階段2：吸熱
p2——吸熱階段界面壓力/（N/mm2）（Mpa）
t2——吸熱時間/s
d.階段3：撤回加熱板
t3——從移開加熱板到兩熔接面接觸的時間/s
e.階段4：加壓
t4——從介面接觸到升到規(guī)定壓力所要時間/s
f.階段5：對接
p5——對接階段接觸面的壓力/（N/mm2）（Mpa）
t5——恒定壓力下的時間
g.階段6：冷卻
t6——冷卻時間，此時不能施加額外的力，可取出冷卻/s.
B2——最終翻邊寬度/mm.表中沒有對其說明是由于B2受PE材料類型、生產(chǎn)過程（擠出或注塑成型）、使用的加熱板類型、溫度和焊接周期的影響，因此很難確定一組翻邊寬度值。不過，只要按連接程序操作，就是一個良好的象征。一種確定可接受的翻邊寬度值B2的方法是在實驗的基礎上進行的，在規(guī)定條件下使用管材和對接焊機。從在連接程序規(guī)定的條件下制作的幾個接頭確定一個平均值B2。
|
參數(shù)
|
數(shù)值
|
單位
|
|
|
加熱板溫度，T63≤dn≤250250＜dn
|
210±10225±10
|
℃
|
|
|
1
|
壓力，p11）
|
0.18±0.02
|
N/mm2（Mpa）
|
|
時間，t1翻邊寬度，B1
|
達到B所要時間dn≤180：1＜B1≤2180＜dn≤315：2＜B1≤3315＜dn：3＜B1≤4
|
Smm
|
|
|
2
|
壓力，p21）
|
0.03±0.02
|
N/mm2（Mpa）
|
|
時間，t2
|
（30+0.5dn）±10
|
s
|
|
|
3
|
時間，t3
|
最大：3+0.01dn≤8
|
s
|
|
4
|
時間，t4
|
最大：3+0.01dn≤6
|
s
|
|
5
|
壓力，p51）
|
0.18±0.02
|
N/mm2（Mpa）
|
|
時間，t5
|
最�。�10
|
min
|
|
|
6
|
時間，t6
|
最�。�1.5en最大20
|
min
|
|
1）此壓力為接縫壓力
|
|||
表中參數(shù)為通用指導參數(shù)，僅供參考。不同制造商的熔接參數(shù)不盡相同，用戶必須嚴格執(zhí)行。
3.1.2管道對接焊程序：
下面概述了在規(guī)定的對接焊周期和溫度下，制作對接焊接頭所必須的操作過程：
－盡可能減少拖動阻力，例如使用管材滾動
－在對接焊機上夾緊管材或管件的插口端
�。鍧嵅蹇诙�
�。瓩z查對接焊機是否與管材直徑和規(guī)定的對接周期匹配
－移動可動夾具，將管材端部靠在銑刀上刨平�？拷鼔毫獫M足以使銑刀兩側能產(chǎn)生穩(wěn)定的薄片。當管材端面或管件端面平整并互相平行時，刨平工作就算完成了
－降低壓力，保持銑刀轉動以避免管材和管件起毛刺。向后移動夾具并移走銑刀
�。箤雍笝C上的管材或管件互相接觸并檢查對其情況。管材或管件的插口端應盡可能對齊，不超過連接程序中規(guī)定的最大偏移量即管材壁厚的10%，不足1mm的按1mm計。
�。倨胶蠊懿暮凸芗嗣嬷g的間隙應盡可能小，不應超過連接程序中規(guī)定的最大間隙，具體為：
1）dn＜2250.3mm
2）225≤dn＜400 0.5mm
3）400≤dn1mm
－測量由于對接焊機的摩擦損失和向前移動可動夾具的拖動阻力所產(chǎn)生的額外阻力，并將這個壓力加到要求的對接焊壓力上
�。绻斜匾鍧嵑附颖砻婧图訜峁ぞ�。加熱工具上的聚乙烯殘留物應用木質刮刀刮掉；
－檢查加熱工具焊接表面涂層是否完整并沒有劃傷；
�。瓩z查加熱工具溫度是否正確；
－將加熱工具放在管材端面之間，使對接焊機上的管材靠近加熱工具并施加一定的壓力（包括測量的額外壓力），直到熔化翻邊達到規(guī)定的寬度；
�。档蛪毫�，使管材端面和加熱工具之間剛好保持接觸；
�。_到吸熱時間后，向后移動對接焊機可動夾具并移走加熱工具�？焖贆z查加熱后的管材端部，確定在移動加熱工具過程中是否損傷熔融的端面，然后再次移動對接焊機可動夾具，使管材端面接觸。這個松開和靠近的時間應在連接程序規(guī)定的最長時間之內(nèi)
－不用時，要把加熱工具儲存保護好。
�。谡麄�對接過程和隨后的冷卻過程中，對接焊機應保持一定壓力（應重視關注冷卻過程，冷卻好壞直接影響產(chǎn)品質量）。
�。_到對接焊和冷卻時間后，卸去對接焊機的壓力，使壓力為零。
�。苿庸懿臅r，避免碰撞熔接處。
熱熔焊時應特別注意卷邊、壓力和焊接時間的控制，嚴格按照規(guī)定的參數(shù)操作。合格的焊口應有兩翻邊，焊道翻邊卷到管外圓周上，兩翻邊的形狀、大小均勻一致，無氣孔、鼓泡和裂紋，兩翻邊之間的縫隙的根部不低于所焊管子的表面。
3.2電熔熔接：
電熔焊接的關鍵是設計先進的電熔管件，其基本原理包括加熱、利用焦耳效應、集成在管件內(nèi)表面（焊接表面）的電阻線圈、引起線圈附近的材料熔化，從而使管材與管件熔接在一起。電熔管件一般包括套筒、鞍形、變徑、等徑三通、異徑三通和彎頭等�？捎糜谂c用不同類型聚乙烯材料和不同熔體流動速率材料制造的干線、支線管材或插口管件連接。
3.2.1溫度：
對于環(huán)境溫度的變化，只要這些變化在連續(xù)程序規(guī)定的范圍內(nèi)，不需采取特殊的預防措施就可以進行焊接操作。如果有必要對輸出到管件的電能進行一些調整，以適合極限環(huán)境溫度的要求，應該使用適當?shù)碾娙墼O備。
3.2.2電熔焊接設備：
電熔焊機是利用電源（發(fā)電機或公共用電），為管件提供正確的焊接參數(shù)的，如果有必要，還要考慮環(huán)境溫度。焊接參數(shù)是施加電壓和/或電流及焊接時間。如果用發(fā)電機作為電源，它應能輸出管件所需要的能量并考慮焊機和發(fā)電機的電的特性。發(fā)電機應具備適當?shù)谋Ｗo和安全裝置，以符合有關標準的要求。在有些情況下，焊機和發(fā)電機可能要組合成一個整體。電熔焊接設備應符合ISO 12176-2.焊接設備工況不好時，不可能有高質量的焊接接頭。焊接設備的維護非常重要，應定期進行。
3.2.3電熔焊接程序：
下面概述了電熔焊接的操作過程。
-電熔管件應包裝保護好，直到準備連接到管材或插口管件止為止。在開始焊接前，焊接面應干燥
-確保電熔管件與環(huán)境溫度、管材或插口管件系列或SDR值是匹配的。
-對于所有類型的電熔管件，都要使用復原和對正夾具，以減少管材不圓度、偏移和在連接與冷卻階段的移動。
-刮掉管材或插口管件外層焊接表面，以切除氧化的材料。用適當?shù)墓ぞ�，如手動或機械刮刀進行這一操作。推薦使用機械刮刀。應沿管材或插口管件端部的整個外圓周進行刮皮。當使用鞍形或鞍形三通時，至少要在焊接區(qū)域刮皮。刮皮深度大約0.2mm。
-承插電熔管件連接時，用塑料管材切刀或帶切削導向裝置的細齒鋸切斷管材，并使其端面垂直于管材軸線。用小刀切除內(nèi)部邊緣的毛刺。
-確�？梢詸z查插入深度（例如標記插入深度）。將承口管件滑入插口端并正確定位。
-如果采用通套連接，將電熔套筒件完全推入到其中一個管材端部上，在兩個管材端部被夾緊后，再將電熔套筒件往回推，這樣兩個管材端部都被管件套住。檢查兩個管材端部的插入深度。
-固定對正夾具或定位夾具，檢查管材端部是否對正。
-打開管件護帽，接好焊機導線，按給定參數(shù)焊接。
-焊接完畢后，檢查觀察孔內(nèi)物料是否頂出，焊縫處是否有物料擠出。合格的焊口應是在電熔焊過程中，無冒煙（著火）、過早停機現(xiàn)象，觀察孔有物料頂出，焊縫處無物料擠出。
3.3鋼塑連接：
PE管道在和鋼管及閥門連接時采用鋼塑過渡接頭連接和鋼塑法蘭連接。對于小口徑的PE燃氣管（dn≤63），一般采用一體式鋼塑過渡接頭；對于大口徑的PE燃氣管（dn＞63），一般采用鋼塑法蘭連接。目前大口徑如dn315的一體式鋼塑過渡接頭我們公司已經(jīng)成功開發(fā)生產(chǎn)。
3.3.1鋼塑過渡接頭
①鋼塑過渡接頭PE管端與PE管道連接按熱熔和電熔連接方法處理。
②鋼塑過渡接頭鋼管端與金屬管道連接應符合相應的鋼管焊接、法蘭連接以及機械連接的規(guī)定。
�、垆撍苓^渡接頭鋼管端與鋼管焊接時，應采取降溫措施。
3.3.2鋼塑法蘭連接
①PE管端與相應的塑料法蘭連接、熱熔和電熔連接方式處理。
②鋼管端與金屬法蘭連接，應符合相應的鋼管焊接、法蘭連接以及機械連接的規(guī)定。
③將金屬法蘭和塑料法蘭活套形式連接�；钐追ㄌm片應防腐處理以提高使用壽命。
4、結束語
連接技術的優(yōu)劣是影響管道質量和使用壽命的重要因素之一，可靠先進的連接技術為聚乙烯管道的廣泛應用提供了保障。所以很有必要了解和掌握PE管道連接的各種技術，以保證PE管道系統(tǒng)的安全性。充分發(fā)揮PE管道系統(tǒng)優(yōu)越性。
