聚乙烯管道電熔連接過(guò)程中的易發(fā)問(wèn)題及質(zhì)量控制

近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟和和城鎮建設的快速發(fā)展，聚乙烯管道得到了很大的推廣和應用，聚乙稀管道以其衛生性能優(yōu)良、重量輕、耐腐蝕、特殊的柔韌性(可盤(pán)曲)、可熔焊等優(yōu)勢，在市政和建筑給水、燃氣輸配等領(lǐng)域得到了廣泛應用。聚乙烯管道的連接包括電熔連接和熱熔對接連接，在中小口徑管道的連接中有著(zhù)廣泛的應用，但由于電熔管件在國內使用的時(shí)間較短，管道施工單位工程質(zhì)量管理水平的參差不齊，每年都發(fā)生大量的電熔管件連接質(zhì)量問(wèn)題，管道連接作為聚乙烯管道尤其是燃氣管道質(zhì)量管理過(guò)程中的重要一環(huán)，加強施工過(guò)程中的質(zhì)量控制是保證聚乙烯管道系統安全穩定運行的關(guān)鍵，本文從電熔連接質(zhì)量問(wèn)題的現象入手，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并從施工人員人員、電熔管件、焊接機具、施工環(huán)境，以及檢測等方面，對電熔連接的質(zhì)量控制控制加以探討。

電熔連接是通過(guò)電熔管件套在管材外表面并通電加熱實(shí)現連接。電熔管件包括套筒、鞍形、 變徑、三通和彎頭等 。電熔連接是利用焦耳效應，通電后集成在管件內表面的電阻線(xiàn)圈發(fā)熱引起線(xiàn)圈附近的聚乙烯（PE）熔化，由物料膨脹產(chǎn)生的熔焊壓力使連接界面焊接在一起。電熔連接方式有承插式連接和鞍型式連接兩種方式。

電熔連接技術(shù)的關(guān)鍵是選擇符合標準的管件，管材與管件之間連接界面的間隙適當，不同規格尺寸的連接有各自最佳間隙值；管材外表面在連接前刮削氧化皮時(shí)要保證工藝要求的最佳間隔值，以確保連接界面溫度達到規定值時(shí)，由物料膨脹所建立起的熔焊壓力，在整個(gè)熔接界面是均衡的，使分子鏈充分、均勻的擴散、纏結。

一、 電熔連接接頭的缺陷主要有不良操作和焊接工藝缺陷兩種現象

1、 不良操作對焊接質(zhì)量的影響

不良操作是指在進(jìn)行電熔連接時(shí)管件組裝、定位、管材或插口管件表面氧化層的處理等操作不符合規范的要求，這些都會(huì )對接口質(zhì)量造成不良影響并導致焊接失敗，包括以下幾種情況：

a) 焊接前對管材表面氧化層的刮除工作不充分。

此項問(wèn)題在管道連接中較為常見(jiàn)，這是因為聚乙烯管材在生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻階段會(huì )在管材表面形成一層約0.1-0.2mm的氧化層，因此進(jìn)行電熔連接前必須對焊接區域的表面氧化層進(jìn)行刮削處理。否則會(huì )大大增加不良接口的比率，甚至造成百分之百的熔接失敗，對于電熔鞍型管件，焊接區域電熱絲包覆線(xiàn)表面的刮削也是非常重要的。

b) 電熔管件與待焊管材不同軸現象

電熔管件進(jìn)行焊接時(shí)，電熱絲通電后向周?chē)木垡蚁┎牧线M(jìn)行加熱，正常情況下，聚乙烯材料的加熱并膨脹是均勻的，電熱絲將周?chē)木垡蚁┎牧霞訜岬饺廴跔顟B(tài)，熔料會(huì )慢慢填滿(mǎn)空隙，不會(huì )在焊接界面存在應力現象，因此能獲得較穩定的焊接質(zhì)量，電熔管件與待焊管材組裝時(shí)存在不同軸現象，電阻絲受到組件不同軸產(chǎn)生的空隙不均勻影響造成熔料發(fā)生從小空隙部位向大空隙部位位移情況，最終引起電阻絲堆積直至短路，這種情況往往導致出現聚乙烯材料的呈液體狀態(tài)噴出焊接界面的現象。

電熔管件與待焊管材不同軸

c) 焊接時(shí)管件和管材安裝不到位

焊接時(shí)管材插入管件位置沒(méi)有達到焊接前的劃線(xiàn)位置，即插入位置不到位，這樣一部分電阻線(xiàn)將不與管材接觸而裸露在空氣中，導致焊接時(shí)裸露的電熱絲通電后受熱不均而出現冒煙甚至短路現象，引起焊接失敗。

電熔鞍型管件未夾緊導致的熔接失敗電熔鞍型管件在安裝時(shí)需對管件的螺絲進(jìn)行均勻的擰緊工作，保證鞍型管件的整個(gè)焊接端面與管材緊密貼合在一起，如果安裝時(shí)電熔鞍型管件與管材之間存在縫隙，會(huì )引起鞍型管件的空焊，導致焊接時(shí)裸露的電熱絲通電后受熱不均而出現冒煙甚至短路現象，引起焊接失敗。

電熔鞍型管件未夾緊導致的熔接失敗

d) 焊接后采用冷水強制冷卻

焊接后的電熔管件需進(jìn)行正常的自然冷卻以獲得最佳的焊接效果，冷卻階段中電熱管件和管材不能受外力左右，且不得采用冷水等方式進(jìn)行強制冷卻，因為電熔管件冷卻的過(guò)程是聚乙烯（PE）材料收縮的過(guò)程，強制冷卻將引起焊接區域局部冷卻不均勻導致焊接質(zhì)量的下降。

2、 焊接工藝缺陷

a、 未熔接或熔接程度不夠現象

此現象是指電熔管件焊接完成后，進(jìn)行剝離試驗時(shí)電熔管件與管材焊接處出現脆性開(kāi)裂現象，此現象有可能在焊接完成后管件本身有發(fā)熱現象，觀(guān)察孔有頂出現象，甚至在焊接完成后的試壓工作都有可能通過(guò)，但是在管道長(cháng)時(shí)間運行后有可能會(huì )出現災難性的事故。

出現此現象的原因有以下幾點(diǎn)：

a) 部分廠(chǎng)家電熔焊機存在以下現象：焊接開(kāi)始計時(shí)后輸出電壓需要大約4秒鐘時(shí)間才能達到設定電壓，這對于焊接時(shí)間較短的小口徑電熔管件來(lái)說(shuō)是致命的，例如dn63mm電熔套筒焊接時(shí)間僅為50秒，使用此種焊機進(jìn)行焊接等于是將電熔套筒的焊接時(shí)間縮短的10%，這種情況下焊接質(zhì)量必然無(wú)法保證。

b) 現場(chǎng)焊接時(shí)的電壓受焊機或工作環(huán)境的影響達不到電熔管件焊接要求，導致焊接熱量低，焊接區域未達到熔融狀態(tài)進(jìn)行正常的焊接；

現場(chǎng)焊接時(shí)焊接時(shí)間過(guò)短，有可能是設置時(shí)間過(guò)短或焊接過(guò)程中斷，焊接熱量低于正常焊接的熱量，導致焊接失??；

c) 熔管件與管材的間隙過(guò)大，管件焊接時(shí)聚乙烯（PE）原料達到熔融狀態(tài)后也無(wú)法充分填滿(mǎn)整個(gè)焊接界面的間隙，造成整個(gè)焊接界面未熔合或熔接強度過(guò)低；

d) 電熔管件或管材表面在焊接前存在沙土、水、油等污染，焊接時(shí)這些雜物直接夾雜在焊接界面中，導致焊接界面的熔接質(zhì)量嚴重下降，從而引起焊接面的脆性開(kāi)裂現象。

b、 電熔管件的過(guò)熔現象

電熔管件過(guò)熔現象電熔管件的過(guò)熔現象是是指焊接時(shí)電熔管件出現聚乙烯（PE）原料呈流淌狀溢出甚至噴出，管材或管件外觀(guān)顏色發(fā)生變化。

出現過(guò)熔現象的原因很多，主要有以下幾點(diǎn)：

a) 現場(chǎng)焊接時(shí)的電壓受焊機或工作環(huán)境的影響超過(guò)電熔管件焊接要求，導致焊接熱量過(guò)大，焊接區域達到熔融狀態(tài)后繼續加熱導致聚乙烯（PE）原料受熱過(guò)度造成聚乙烯（PE）原料呈流淌狀溢出甚至噴出；

b) 現場(chǎng)焊接時(shí)焊接時(shí)間過(guò)長(cháng)，有可能是設置時(shí)間過(guò)長(cháng)或焊接過(guò)程出現異常，焊接熱量超出正常焊接的熱量，出現過(guò)熔現象。

過(guò)熔現象在焊接完成后的試壓工作基本上都能通過(guò)，但過(guò)熔現象嚴重時(shí)對焊口處的聚乙烯（PE）原料會(huì )產(chǎn)生降解的影響從而影響焊口的焊接質(zhì)量。

二、 電熔連接的質(zhì)量控制

電熔連接的質(zhì)量控制包括以下幾點(diǎn)：

1、 選用具有可靠產(chǎn)品質(zhì)量控制系統的管道原件生產(chǎn)廠(chǎng)家

聚乙烯壓力管道專(zhuān)用原料的性能，能否有效轉移到管材管件上，生產(chǎn)設備和制造工藝至關(guān)重要，事實(shí)表明，設備性能差，工藝控制落后，無(wú)法生產(chǎn)出滿(mǎn)足標準要求的產(chǎn)品；在利益的驅使下，目前國內有些生產(chǎn)廠(chǎng)家使用非壓力管道專(zhuān)用料生產(chǎn)，或測試設備不齊全，根本沒(méi)有按產(chǎn)品標準的要求進(jìn)行型相關(guān)的出廠(chǎng)檢驗，在管材管件的質(zhì)量控制上一片空白，因此，施工前應選用具有可靠產(chǎn)品質(zhì)量控制系統的管道原件生產(chǎn)廠(chǎng)家，目前國內的幾大燃氣公司也成立了G5+的組織，并對燃氣管道生產(chǎn)廠(chǎng)家制定了相關(guān)的考核標準，這也推動(dòng)了燃氣管道產(chǎn)品行業(yè)的質(zhì)量控制發(fā)展。

2、焊接機具

對聚乙烯（PE）管道的施工，大量工作集中在連接上，聚乙烯管道的連接方式有：熱熔對接、熱熔承插、電熔連接，無(wú)論使用熱熔還是電熔連接，焊接機具的質(zhì)量好壞是保證焊接接口質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，國內已經(jīng)能夠生產(chǎn)自動(dòng)焊機并可以自動(dòng)進(jìn)行經(jīng)過(guò)驗證的工藝參數，并能根據環(huán)境溫度等自然環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)調整，焊接時(shí)的各種工藝參數記錄可以存儲、輸出，消除了影響焊接接口質(zhì)量的各種人為因素，有可靠的重復性，能實(shí)現可追溯性。與焊制機具配套的如整圓器、爬壁刮刀等輔助工具對管材的焊接質(zhì)量和施工效率有很大的幫助。

2、 焊接工藝

目前我國已經(jīng)全面的制定聚乙烯管道的產(chǎn)品、設計、施工等方面的標準，電熔管件的連接工藝可根據TSG D2002-2006《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接技術(shù)規則》中的相關(guān)標準進(jìn)行操作，電熔連接的工藝參數要按照管道元件的生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行焊接。

3、施工環(huán)境條件

在管道原件生產(chǎn)廠(chǎng)家，環(huán)境條件比較容易控制，尤其是在實(shí)驗室內，但是，在野外的施工現場(chǎng)，環(huán)境條件較為惡劣而且變化很大，若控制不好，必將影響到聚乙烯（PE）管道的連接質(zhì)量。2009年作者曾在江蘇泰州處理過(guò)熱熔焊接翻遍粘連現象的問(wèn)題，在夏天太陽(yáng)直曬的情況下，黑色聚乙烯管材表面溫度可以達到60℃，在這種氣溫下施工，電熔或熱熔連接的工藝參數包括溫度、時(shí)間等必須進(jìn)行調整。因此，管道安裝敷設的工作環(huán)境應注意：在雨天、大風(fēng)、低溫潮濕等天氣施工應做好防護措施；高溫或低溫天氣施工必須修正焊接工藝參數。

4、過(guò)程管理

在管道施工管理方面，由于在我國的發(fā)展時(shí)間不長(cháng)，應用技術(shù)的基礎研究工作薄弱，有的設計人員、施工人員對聚乙稀管道系統的特性缺乏了解，既不能很好地針對具體工程選用合適的材料，也缺乏正確的施工技術(shù)，造成有的工程質(zhì)量難以保證。因此，管材管件生產(chǎn)企業(yè)在大力推廣新型聚乙烯管道系統的同時(shí)，應積極同應用設計部門(mén)配合，按照有關(guān)標準中的規定制訂切實(shí)可操作的工程安裝方案，并在施工中不斷積累經(jīng)驗，不斷改進(jìn)完善，嚴格執行，確保管道的工程質(zhì)量。在施工過(guò)程中，施工人員應根據管材管件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供經(jīng)過(guò)驗證的電熔或熱熔焊接工藝參數、工藝規程嚴格操作，并作好工藝記錄和焊接接口質(zhì)量自檢記錄，以確保焊接質(zhì)量的穩定可靠和可追溯性。

這里要特別強調的是經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證焊接工藝參數和規程，必須要有效的執行，這又和焊接設備性能的穩定和操作人員的責任心緊密相關(guān)。因此，必須實(shí)行施工過(guò)程的質(zhì)量監督和檢驗責任制等相關(guān)現場(chǎng)施工管理制度。

5、 電熔連接后的質(zhì)量檢查

對聚乙烯（PE）壓力管道檢驗的重點(diǎn)在于管材管件、焊接接口的質(zhì)量。管材管件的質(zhì)量有相應的國家標準和國際標準進(jìn)行規范，用戶(hù)必須嚴格按標準的要求采購材料和檢測驗證。在焊接接口的質(zhì)量檢驗上，TSG D2002-2006《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接技術(shù)規則》有詳細描述，主要從外觀(guān)和內在性能兩方面進(jìn)行，內在性能檢驗分為外觀(guān)檢驗和破壞性試驗及微觀(guān)分析，必要時(shí)可按照上述標準進(jìn)行相關(guān)的焊接工藝評定。本文不再詳述。

6、人員

這是電熔連接，也是所有人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中所有質(zhì)量控制的最重要一個(gè)環(huán)節，任何的生產(chǎn)行為都是由人來(lái)實(shí)現的。在管材管件的生產(chǎn)環(huán)節，原材料的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝規程的貫徹實(shí)施、制造過(guò)程檢驗和出廠(chǎng)檢驗、包裝、儲存、運輸，在應用環(huán)節，材料的設計選用、焊接過(guò)程的控制、管道的安裝施工以及質(zhì)量檢測等，都是靠人來(lái)完成的。中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局 第140號令《國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局關(guān)于修改<特種設備作業(yè)人員監督管理辦法>的決定》第五條中規定：特種設備生產(chǎn)、使用單位（以下統稱(chēng)用人單位）應當聘（雇）用取得《特種設備作業(yè)人員證》的人員從事相關(guān)管理和作業(yè)工作，并對作業(yè)人員進(jìn)行嚴格管理。特種設備作業(yè)人員應當持證上崗，按章操作。

因此，對人員的理論和操作培訓、考核非常重要，通過(guò)培訓考核，提高生產(chǎn)人員、施工人員對產(chǎn)品性能的認識，提高他們的質(zhì)量意識：使其意識到自己所從事的質(zhì)量活動(dòng)的重要性，意識到與其他環(huán)節質(zhì)量活動(dòng)的相關(guān)性；熟練掌握并正確執行生產(chǎn)、安裝施工工藝規程，提高作業(yè)能力。