聚乙烯管道電熔連接過程中的易發(fā)問題及質(zhì)量控制

近年來，隨著我國經(jīng)濟和和城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，聚乙烯管道得到了很大的推廣和應(yīng)用，聚乙稀管道以其衛(wèi)生性能優(yōu)良、重量輕、耐腐蝕、特殊的柔韌性(可盤曲)、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(yīng)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廣泛的應(yīng)用，但由于電熔管件在國內(nèi)使用的時間較短，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)量管理過程中的重要一環(huán)，加強施工過程中的質(zhì)量控制是保證聚乙烯管道系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，本文從電熔連接質(zhì)量問題的現(xiàn)象入手，分析問題產(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。

電熔連接是通過電熔管件套在管材外表面并通電加熱實現(xiàn)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(yīng)，通電后集成在管件內(nèi)表面的電阻線圈發(fā)熱引起線圈附近的聚乙烯（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(biāo)準(zhǔn)的管件，管材與管件之間連接界面的間隙適當(dāng)，不同規(guī)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(guī)定值時，由物料膨脹所建立起的熔焊壓力，在整個熔接界面是均衡的，使分子鏈充分、均勻的擴散、纏結(jié)。

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(xiàn)象

1、 不良操作對焊接質(zhì)量的影響

不良操作是指在進行電熔連接時管件組裝、定位、管材或插口管件表面氧化層的處理等操作不符合規(guī)范的要求，這些都會對接口質(zhì)量造成不良影響并導(dǎo)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。

此項問題在管道連接中較為常見，這是因為聚乙烯管材在生產(chǎn)過程中的冷卻階段會在管材表面形成一層約0.1-0.2mm的氧化層，因此進行電熔連接前必須對焊接區(qū)域的表面氧化層進行刮削處理。否則會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(qū)域電熱絲包覆線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(xiàn)象

電熔管件進行焊接時，電熱絲通電后向周圍的聚乙烯材料進行加熱，正常情況下，聚乙烯材料的加熱并膨脹是均勻的，電熱絲將周圍的聚乙烯材料加熱到熔融狀態(tài)，熔料會慢慢填滿空隙，不會在焊接界面存在應(yīng)力現(xiàn)象，因此能獲得較穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，電熔管件與待焊管材組裝時存在不同軸現(xiàn)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(dǎo)致出現(xiàn)聚乙烯材料的呈液體狀態(tài)噴出焊接界面的現(xiàn)象。

電熔管件與待焊管材不同軸

c) 焊接時管件和管材安裝不到位

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

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

            電熔鞍型管件未夾緊導(dǎo)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行強制冷卻，因為電熔管件冷卻的過程是聚乙烯（PE）材料收縮的過程，強制冷卻將引起焊接區(qū)域局部冷卻不均勻?qū)е潞附淤|(zhì)量的下降。

2、 焊接工藝缺陷

a、 未熔接或熔接程度不夠現(xiàn)象

此現(xiàn)象是指電熔管件焊接完成后，進行剝離試驗時電熔管件與管材焊接處出現(xiàn)脆性開裂現(xiàn)象，此現(xiàn)象有可能在焊接完成后管件本身有發(fā)熱現(xiàn)象，觀察孔有頂出現(xiàn)象，甚至在焊接完成后的試壓工作都有可能通過，但是在管道長時間運行后有可能會出現(xiàn)災(zāi)難性的事故。

出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因有以下幾點：

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

b) 現(xiàn)場焊接時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(dǎo)致焊接熱量低，焊接區(qū)域未達到熔融狀態(tài)進行正常的焊接；

現(xiàn)場焊接時焊接時間過短，有可能是設(shè)置時間過短或焊接過程中斷，焊接熱量低于正常焊接的熱量，導(dǎo)致焊接失??；

c) 熔管件與管材的間隙過大，管件焊接時聚乙烯（PE）原料達到熔融狀態(tài)后也無法充分填滿整個焊接界面的間隙，造成整個焊接界面未熔合或熔接強度過低；

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

b、 電熔管件的過熔現(xiàn)象

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

出現(xiàn)過熔現(xiàn)象的原因很多，主要有以下幾點：

a) 現(xiàn)場焊接時的電壓受焊機或工作環(huán)境的影響超過電熔管件焊接要求，導(dǎo)致焊接熱量過大，焊接區(qū)域達到熔融狀態(tài)后繼續(xù)加熱導(dǎo)致聚乙烯（PE）原料受熱過度造成聚乙烯（PE）原料呈流淌狀溢出甚至噴出；

b) 現(xiàn)場焊接時焊接時間過長，有可能是設(shè)置時間過長或焊接過程出現(xiàn)異常，焊接熱量超出正常焊接的熱量，出現(xiàn)過熔現(xiàn)象。

過熔現(xiàn)象在焊接完成后的試壓工作基本上都能通過，但過熔現(xiàn)象嚴(yán)重時對焊口處的聚乙烯（PE）原料會產(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：

1、 選用具有可靠產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)的管道原件生產(chǎn)廠家

聚乙烯壓力管道專用原料的性能，能否有效轉(zhuǎn)移到管材管件上，生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝至關(guān)重要，事實表明，設(shè)備性能差，工藝控制落后，無法生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品；在利益的驅(qū)使下，目前國內(nèi)有些生產(chǎn)廠家使用非壓力管道專用料生產(chǎn)，或測試設(shè)備不齊全，根本沒有按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進行型相關(guān)的出廠檢驗，在管材管件的質(zhì)量控制上一片空白，因此，施工前應(yīng)選用具有可靠產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)的管道原件生產(chǎn)廠家，目前國內(nèi)的幾大燃氣公司也成立了G5+的組織，并對燃氣管道生產(chǎn)廠家制定了相關(guān)的考核標(biāo)準(zhǔn)，這也推動了燃氣管道產(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)量的一個關(guān)鍵因素。目前，國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)自動焊機并可以自動進行經(jīng)過驗證的工藝參數(shù)，并能根據(jù)環(huán)境溫度等自然環(huán)境條件進行自動調(diào)整，焊接時的各種工藝參數(shù)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(fù)性，能實現(xiàn)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(shè)計、施工等方面的標(biāo)準(zhǔn)，電熔管件的連接工藝可根據(jù)TSG D2002-2006《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接技術(shù)規(guī)則》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行操作，電熔連接的工藝參數(shù)要按照管道元件的生產(chǎn)廠家進行焊接。

3、施工環(huán)境條件

在管道原件生產(chǎn)廠家，環(huán)境條件比較容易控制，尤其是在實驗室內(nèi)，但是，在野外的施工現(xiàn)場，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熱熔焊接翻遍粘連現(xiàn)象的問題，在夏天太陽直曬的情況下，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(shù)包括溫度、時間等必須進行調(diào)整。因此，管道安裝敷設(shè)的工作環(huán)境應(yīng)注意：在雨天、大風(fēng)、低溫潮濕等天氣施工應(yīng)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(shù)。

4、過程管理

在管道施工管理方面，由于在我國的發(fā)展時間不長，應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作薄弱，有的設(shè)計人員、施工人員對聚乙稀管道系統(tǒng)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(tǒng)的同時，應(yīng)積極同應(yīng)用設(shè)計部門配合，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定制訂切實可操作的工程安裝方案，并在施工中不斷積累經(jīng)驗，不斷改進完善，嚴(yán)格執(zhí)行，確保管道的工程質(zhì)量。在施工過程中，施工人員應(yīng)根據(jù)管材管件生產(chǎn)廠家提供經(jīng)過驗證的電熔或熱熔焊接工藝參數(shù)、工藝規(guī)程嚴(yán)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(wěn)定可靠和可追溯性。

這里要特別強調(diào)的是經(jīng)過實踐驗證焊接工藝參數(shù)和規(guī)程，必須要有效的執(zhí)行，這又和焊接設(shè)備性能的穩(wěn)定和操作人員的責(zé)任心緊密相關(guān)。因此，必須實行施工過程的質(zhì)量監(jiān)督和檢驗責(zé)任制等相關(guān)現(xiàn)場施工管理制度。

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(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范，用戶必須嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)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(guī)則》有詳細描述，主要從外觀和內(nèi)在性能兩方面進行，內(nèi)在性能檢驗分為外觀檢驗和破壞性試驗及微觀分析，必要時可按照上述標(biāo)準(zhǔn)進行相關(guān)的焊接工藝評定。本文不再詳述。

6、人員

這是電熔連接，也是所有人類生產(chǎn)活動中所有質(zhì)量控制的最重要一個環(huán)節(jié)，任何的生產(chǎn)行為都是由人來實現(xiàn)的。在管材管件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，原材料的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝規(guī)程的貫徹實施、制造過程檢驗和出廠檢驗、包裝、儲存、運輸，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，材料的設(shè)計選用、焊接過程的控制、管道的安裝施工以及質(zhì)量檢測等，都是靠人來完成的。中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 第140號令《國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局關(guān)于修改<特種設(shè)備作業(yè)人員監(jiān)督管理辦法>的決定》第五條中規(guī)定：特種設(shè)備生產(chǎn)、使用單位（以下統(tǒng)稱用人單位）應(yīng)當(dāng)聘（雇）用取得《特種設(shè)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)人員進行嚴(yán)格管理。特種設(shè)備作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)持證上崗，按章操作。

因此，對人員的理論和操作培訓(xùn)、考核非常重要，通過培訓(xùn)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)量活動的重要性，意識到與其他環(huán)節(jié)質(zhì)量活動的相關(guān)性；熟練掌握并正確執(zhí)行生產(chǎn)、安裝施工工藝規(guī)程，提高作業(yè)能力。