近幾年來,聚乙烯(PE)管道由于其獨特而良好的可熔接(焊接)性、連接方便(熱熔對接,電熔連接).抗開裂性、環保、衛生、可回收等等優特點,而成為城市輸氣管網、中低壓供水管網的最佳選擇,在我國得到了高速發展.隨著PE壓力管道應用的普及,PE電熔管件以其施工方便, 焊接可靠而得到非常廣泛的應用, 特別是城市供水領域使用己經普及, 在燃氣領域也開始廣泛應用.

一．PE電熔管件要成功安裝并保證長期無故障使用必須掌握以下幾點關健要素:

1．管材與管件必須配套:

包括原材料一致、配合良好等;管材管件原材料不同,其熔融溫度就不同,加上兩種材料分子結構不同,其熔融后相互滲透能力減弱, 甚至排斥,焊接面不能充分粘接的現象:

2． 壓力等級選擇適當:

根據壓力容器或管道的實際使用方法,一般長期穩定使用壓力不超過公稱(額定)壓力的80%,瞬間波動壓力最高值不超過額定壓力的1.5倍:

3. 施工規范:

包括承插到位、安裝規范、地面固實平整或支架牢實可靠等;在相關管道施工規范資料中均可查到詳細的技術要求;

4,高可靠性焊接:

以上1-3點只需要經辦人有一定的專業理論知識就比較容易辦到,但要做到高可靠性焊接,除了需要一臺輸出穩定,控制精準的焊機及專業知識外,還需要操作人員具有豐富的現場經驗和高度的工作責任心.管道安裝屬于基礎設施建設, 這就決定了其施工條件會比較惡劣,可能會出現電源電壓不穩或超低、太陽曝曬、帶水操作、早晚溫差大等現象。

電源電壓不穩或過低會使焊機的控制精度和性能大打折扣,使原本在實驗室得出來的參數無法適應現場, 導致焊接失敗:

早晚溫差太大會使原本已承插到位待焊接的管件,由于管材熱脹冷縮尺寸改變而部分或全部滑出承插區;

帶水焊接是電熔管件焊接中難度最大的操作,由于電熱絲發熱焊接過程中水淹沒位置與未被水淹位置散熱不同,導致未被水淹沒的位置焊接溫度遠遠高于水淹沒區域,如果處理不當則可能出現末被水淹沒區域溫度超溫噴漿,而水淹沒區尚未焊好的現象.另外由于水夾在熔融區內,加熱后塑料融化膨脹,可能會將這部分水包裹在無數個封閉的小室內, 此時如果繼續加熱, 則這部分小室內的水將會受熱蒸發成為水蒸氣, 其體積將成倍膨脹, 能量蓄積, 如果此時處理不當這部分能量將會沖破原本的小室隔離, 噴射出來而形成一條溝槽,導致焊接失敗.所以需要現場操作人員充分掌握被焊管件的性能,具有豐富的實際經驗和觀察應變能力。帶水主要有管內積水和管外積水兩種, 無論哪種積水方式均要求在只是自然積水, 無壓力條件下進行.

5，最容易被忽視的是當時環境溫度對管件焊接的影響:

從電熱轉化的計算公式:Q-I2RT中不難看出電阻變化對加熱的影響.由于目前絕大多數電熔管件采用的加熱絲均為溫度變化系數較大的材料制成,當環境溫度變化時,管件的初始電阻也隨之發生改變,現在的焊接參數是在實驗室溫度為20C的環境下計算這驗出來的,實際應用中則必須根據環境溫度進行參數調整以達到實驗室的焊控效果

目前很多專用焊機都能較為準確的測出焊機所在位置的環境溫度,作為操作人員的參考,但由于其溫度探頭都是安裝在機身上,當焊機與管件相隔較遠時,則極有可能不能提供管件所在區城的溫度了,如:焊機在安裝溝上太陽明曬,而安裝溝內卻陰涼潮濕,其實際溫度則可能與相隔幾米的焊機所在區溫度相差10℃以上, 如果再加上長時間大功率輸出機身發熱, 則焊機所測出的參考溫度可能會高于被焊管件20℃以上，這時如果參考該溫度做出的參數則會差很多。

綜上所述,要克服此類影響就需要專業的操作人員綜合現場實際因素進行分析:對每個管件臨時制定出合理適當的焊接方案,以求達到最佳的焊接效果.

目前一些廠家推出具有自動焊接方式的焊機,力求克服人為經驗因素,也解決了絕大部分環境條件變化的問觀,但部分操作人員卻認為自動焊接就是可以無人值守,可以焊完后無需檢查,這其實是極端錯誤的想法,是一種極端不負責任的態度.自動加熱方式也是在實驗室條件下調整出來的,只是集合了部分技術人員長期實踐經驗,對實際使用環境進行一些大膽的推論而得出的參數,對有些人為因素則無法處理,比如前面所提及的焊機與被焊管件不在同一溫度區間,那么系統在計算焊接參數時所參考的環境溫度則是錯誤的,得出的參數可能就不是該管件的最佳焊接參數,此時則需要操作人員認真觀察管件焊接狀態,進行必要的補焊或提前終止焊接等操作.

也因此操作人員對工作的認真態度及責任心是至關重要的,

一．電熔管件施工操作的幾點注意事項

電熔管件作為PE鋼絲纏繞復合管的配套連接件,由于其安裝施工的特殊性及焊接專業性,對施工人員、施工方法等提出了不同于普通鋼管,PVC管的更高要求.根據我廠售后服務技術人員經過多處工地長時間累計實踐經驗總結如下幾點:

首先確認管材與管件材質必須相同,管材中不含有任何可能影響焊接質量的填充料、添加劑,多次回頭料或其他雜質等.

A、 承插到位:

該點是管件焊接成功率的第一殺手,由于承插不到位,管材與管件熔接面積大大減小,甚至由于大部分電熱絲暴露于空氣中加熱,其通電產生的大量熱量無法散發,導致瞬間銅絲短路冒煙或溫度過高而引起與電熱絲直接接觸部分塑料燃燒,引發不可預料的事故.

避免承插不到位的方法有:

1. 做好記號: 預先在管材上測量好需要承插的長度, 并在該處劃線做好記號, 安裝時必須承插到該記號位置為準,通電焊接前也必須檢查標記位置是否到位,因為可能在安裝下一管件時的外力作用,而導致己安裝好未焊接的管件承插位置改變.該點也是安裝的基本要求:

2, 當日安裝的管件,當日焊完:塑料的物理特性受溫度影響較大,在早晚溫差較大的地方, 甚至出現前一天安裝好末焊接的管件第二日早上管材完全從管件中脫出的現象:

3.管線上盡量避免外力作用:安裝好但尚未焊接完成的管線不允許踩、移動,壓軋等外力作用,懸空可能被風吹動的位置必須加以固定:

B.規范操作:

1, 管件和管材承插部分表面必須打毛、清潔:管件管材配合不可過松,最好對零配合,一般配合間隙大于1.5mm以上,出現瞬間短路的幾率就會增大,嚴重影響效果,甚至直接導致焊接失敗:

2,管材端面必須加封口環:

3. 管件管材安裝必須在一條軸線上, 不可歪斜或錯位,做到橫平豎直:

4, 管線下方地面需平整夯實, 整體盡可能多的接觸地面, 切忌懸空, 以防加熱焊接過程中塑料受熱軟化后,懸空部分受重力下墜錯位,影響焊接效果:

5, 己經安裝但未焊接的管件被水淹沒浸泡后, 管件管材接觸面極有可能進入并沉積泥沙等污物, 必須重新清潔焊接面并承插安裝到位才可進行焊接操作:

6, 焊接完成后必須檢查管件焊按是否成功(在正常焊接時間內,管件表面是否達到預期溫度),如果表面溫度沒有達到要求,則必須手動補焊:切不可看到焊機昱示完成后就認為萬事大吉了:

手動補焊的方法:在沒有短路情況下,使用自動焊接該管件的最大電流或略大于作為手動補焊的設定電流:時間為自動焊接時間的15-30%:而對于已經出現短路情祝下,則應采取隆低電流,增加焊接時間方式進行補焊。

7,管件焊接前必須設法完全堵塞管路兩端,以杜絕管路內空氣流通,焊接時因承插不到位或其他原因,裸露在外的加熱線由于溫度過高而可能導致其周邊塑料局部出現小火星,如果管路內空氣可以自由流通,氧氣供應充足,這點小火星則可能以星火燎原之勢而進一步擴散,從而導致整條管線燒毀甚至引發更大的火災:該項對大口經及向上攀升或垂直安裝的管路尤為重要;

8,焊接完成2小時內,管線上不可受踩踏,移動等外力作用,更不可馬上回填:

9,管線必須經過壓力測試合格后才可回填隱蔽.

C減小外界條件對系統的影的:

1,電源線應盡量粗（平方數）,連接長度盡量短,以達到足夠的電流承載需求,可參照電熔焊機最大功率＋損耗選擇：

2、選擇電源電壓比較穩的供電線路,實驗室試驗的參數是在220V 穩定電壓下做的,實際使用中電源電壓應該200V-250V范圍內:電源電壓過低(一般指200V以下)會減小焊機的整體輸出功率,輸出功率達不到,焊接質量就不能保證了。

EF-D50-200型的焊機主功率隔離變壓器采用的是:輸入交流220V,輸出交流60V,變比為3.67:1,

即輸入電壓每下降3.67V,輸出就會降低1V,如果電源為170V,焊機最大輸出電壓則小于46V,而要成功正常焊接D200 直接所需的電壓為50V,綜上所述,電源電壓不足對焊接質量的影響是相當大的;

使用發電機供電時,發電機額定輸出功率應選擇大于焊機最大功率1.5倍以上;輸出電壓應調整在220V-250V之間

3、避免與大功率電機或交流弧焊機在同一線路上使用;與此類用電電器在同一終端線路上使用時,由于啟動或停止會引起該條線路上電壓的大幅波動,而大幅波動會引起電熔焊機內部系統計算錯誤,出現誤判斷或控制出錯現象,導致焊接失敗:

4、焊機輸出線插頭（含焊機承插端）必須與管件接線柱（或焊機承插口）插接良好,如插頭表面氧化或有污物,需打磨千凈后才可使用, 以達到插接良好的目的;（承插不良會引起銅頭局部發熱不對稱導致管件承插銅柱溫度過高（融化管件周邊塑料，過低（導致導電不良輸入管件電壓不足）

D、定人定員操作:

I、操作應選擇理解能力和責任心較強的人員,最好有一定的用電基礎,并經過培訓合格后才可上崗;

2、電熔管件焊接需要操作人員有一定的經驗、應變能力和較強的責任心,操作人員一旦選定就不可隨時更換.

二．大口徑管件焊接方法

隨著PE壓力管道應用的普及,PE電熔管件以其施工方便,焊接可靠而得到非常廣泛的應用,其中大口徑(在此主要指DN250及其以上規格)PE電旁管件連接的管線在城市片區供水、小區主要供水管線、以及工廠生產供水等領域逐漸普及應用。也因此,對于大口徑管件焊接質量問題成為各大公司不得不面對和深入探討的問題.

我廠技術部同樣對各規格大口徑電熔管件焊接問題進行了深入研究,并以不同焊接方式、參數等做了大量實驗,從中也獲取了一些焊接心得

首先所面對的問題是管件,管材的不圓變形問題.其中以管材不園度變形為甚.如500毫米外徑鋼絲纏繞管其變形度有的達到長直徑520m,短直徑480.這樣的變形量在強行安裝到管件中后,其大直徑位置能緊密貼合管件壁,而小直徑兩瑞則后于管件壁間產生一定間隙.（下一章會詳細講解間隙配合度對焊接產生的影響）

其次是電源電壓和輸入電源穩定問題，大口徑管件由于其熔融面積較大,加熱設計功率也隨之增大,一般焊接所需最大功率在10Kw左石,故此需要輸入電源充足,電源至焊機連接線夠粗（6平方或以上根據線源長度及設備功率做參考）.

以上為直接影響焊接質量的兩點因數,在此我廠解決方案是:

1,針對不圓度大而引發的間隙問題:使用適宜的小電流(一般40A以內),先對管件進行預熱焊接,然后停止加熱,待管件內部塑料完全冷卻后再進行大電流正式焊接.這樣做的目的在于利用預熱階段將間隙填補起來,塑料冷卻后,其填補位置不會完全收縮,仍處于封團狀態,這樣就相當于沒有間隙了,以此方法從而解決不圓度引起的間隙問題.需要注意的一點是:當天預熱的管件必須當天正式焊接完成.

2、尋找合適電源及絕對能承載所需電流的電源線,保證電源對焊機的能量供應.

3,同樣需要更有責任心和經驗的焊工進行操作.

三．配合間隙對焊接的影響

長期以來,管材與管件配合間隙問題雖引起了各方注意,有的技術人員認為管材、管件配合就應該有一定得間隙(一般說法為1.5-3mm)才能一方面方便安裝,另一方面保證焊接質量,但我廠技術部經多次試驗認為這種指導思想是錯誤的,管材、管件安裝配合間隙越小越好(最好對零配合，松緊適宜),現從以下幾點進行簡述:

1.配合間隙會加大電熱絲匝間短路幾率:

當管材與管件間配合有間隙時,其間隙部分過塑線則處于懸空狀態,在通電加熱時,加熱絲由于受熱伸長,其余緊挨管材部分無法徑向移動,而間隙處懸空部分則會突破過塑線塑料束縛,出現徑向翹曲狀變形伸出現象,當翹曲變形部分電熱絲接觸尚處于低溫的管材時收到阻力,由于無法繼續徑向伸長,而不得不改變運動方向,此時方向為自由狀態.當間隙內一大片無規律裸露電熱絲無序運動時,則會發生碰觸短路現象.

由此可見,間隙過大在焊接初期則可能發生短路現象,而間隙相對較小的在管件過塑線熔化,而管材未熔化時也可能發生短路現象.

2.配合間隙會降低管材、管件間熔融部分壓力:

管材、管件焊接時的壓力問題是被很多人忽略的,總認為管材是插在電熔管件里面,只要加熱溫度夠了就能粘合在一起,其實不然,試想我們在揉面團時,如果只是輕輕翻轉而不用手施加壓力,這團面能真正成為一個整體嗎,那樣得到的結果是千層餅,而不是密切成整體的面團。

電熔管件焊接的目的就在于將分立的管材和管件通過管件熔焊區電熱絲發熱面結合成一個密不透風,且能承受一定壓力的整體.要達到這個效果,除了將熔焊區塑料加熱至適宜溫度外, 還需利用受熱后體積膨脹的塑料在該區域建立壓力,在壓力作用下,管材管件上熔融的塑料充分接觸并相互滲透最終形成一個密不可分的整體,而建立起來的這個壓力越大,其滲透結合能力就越強

而當管材與管件間有一定間隙,勢必需要一部分塑料去填充該間隙,間隙越大,需要填充的塑料就會越多,而熔焊區塑料只有那么多,如果加熱時間,電流不變,那么由此造成的唯一后果就是熔焊區壓力很小或不能產生壓力,最終導致管材管件熔焊區塑料只是表面接觸而不能相互逡透而焊接失敗.

3.配合間隙會延長焊接傳熱時間,導致熔融部分塑料長時間高溫下老化分解:

上一章我們初步了解到電熔管件焊接時同樣需要一定的壓力,在有配合間隙情況下,在填補了該部分間隙后為了得到焊接所需的壓力,那就需要熔化更多的塑料,使其體積大量膨脹從而達到建立起熔焊區內部壓力的目的.那么要想熔化更多塑料,就需要增加加熱時間或提高加熱電流,用以提高電熱絲整休發熱熱量,這樣做雖然可能解決壓力問題,但卻產生了另一個可怕后果,那就是將鄰進發熱絲部分塑料長時間至于高溫環境下,而可能導致連部分塑料老化分解,從而降低塑料韌性,如果在外力作用下,則可能出現脆性斷裂現象,從而大大降低焊接質量和管線整體承壓能力

4.間隙會導致熔焊區熔融塑料瞬間位置擠出或引發噴漿:

管材管件間有間隙時,即時不顧捍接質量,采用第3條方案進行長時間.大電流焊接,意圖建立熔焊區內部壓力,但由于該區域存在直接通往管件邊緣的間隙,在內部壓力能夠推動熔融的塑料順間隙往外流動時,則會出現熔融塑料順管件邊緣擠出現象,甚至直接將電熱絲一同帶出:如果外面擠出塑料由于環境低溫而冷卻凝固,而管件內部加熱絲仍在不斷加溫導致塑料老化分解,那成水樣液體狀流體,其體積將大幅膨脹,當膨脹后壓力超過外部冷卻凝固部分封鎖能力后,則會順薄弱點噴出,形成噴漿現象,這種噴漿現象其噴出位置是不定的,可以往任何方向噴發,從面對操作人員安全造成極大隱患.

以上幾點簡單講述了管材管件存在配合間隙對焊接的影響,綜合為一,配合間隙越小越好（最好對零配合，松緊適宜）

5.輸入電源對焊接的影響：

研究、試驗發現輸入電源功率、頻率不穩、不足的變化己成為續承插不到位,配合間隙過大而嚴重影響焊接質量的第三號殺手

1.電源影響主要表現為以下兒種類型:

a. 電源電壓不足(欠壓):

電源對于焊機來說就是其工作的動力, 當電源電壓不足, 也就是輸入動力不足, 針對交流變壓器式焊機來說其相應輸出電壓也會成正比的降低,輸出電壓峰值也就成正比降低,由峰值電壓作用在管件電熱絲上的峰值電流也隨之下降,發熱絲瞬間發熱量也隨之降低,這樣最終導致的結果是由于發熱絲瞬間發熱量的降低,引起電熔管件整體發熱不足, 而可能導致管件焊接質量下降形成虛焊甚至整體焊接失敗.

2. 電壓波動大:

在上面簡述了交流電壓峰值與發熱的關系, 其輸入電壓變化會直接引起輸出電壓的變化, 為了維持輸出電壓為設定值,那么焊機將對輸出控制元件開關量不斷做出調整,如果此時輸入電壓不斷大幅波動,焊機把下降部分調整好或正在調整中,電源又轉換為大幅上升態勢, 那焊機也不得不立即轉為對上升態勢調整..,如此往復,出現輸出電壓、電流出現大幅波動、控制不穩定現象,焊機所測量、計算的數據也就會出錯,因焊機檢測管件錯誤狀態是以實時采集數據為依據進行判斷, 如數據不穩或出錯, 則判斷也會隨之出錯,焊機就會發出諸如短路、斷路,欠壓、超壓等等錯誤信息,并自動終止焊接.但管件本無問題,只是因為電源波動過大、焊機采集數據錯誤導致誤判斷,從而嚴重影響管件焊接.由此可見,穩定的電源電壓是焊接質量的一大先決條件.

3,電源頻率不標準:

我國通用電源頻率標準為50Hlz,焊機控制調整是根據電源頻率波形進行調整的,如果頻率大幅變化,則焊機調整也會出現變化,甚至出現因無法正確調整而失控的現象.

4.引起電源供電不足或變化的主要原因有以下兒點:

a. 電源電壓自身較低:

b．電源主線至焊機連接線過長或過細;

c．在相同電源上有其他大功率用電器(如:大功率電動機,電焊機、加熱器等);

d．發電機轉速不穩,導致頻率變化;或在當前電源回路上有大量或大功率未經隔離的可控制調壓電路,如燈光控制等:

5、解決方案:

a. 更換到電源電壓鉸高的相位;

b. 更換成加粗電源連接線:

c. 避開與大功率用電器同用一個回路或同時使用:d.選擇輸出穩定的發電機,發電機功率選擇一般建議超過焊機最大輸出功率1倍以上,且柴(汽)油機功率必須與發電機匹配,最好選用帶有自動調整功能的發電機(組):

e.避開與大量或大功率未經隔高可控制調壓電路共用同一回路:

f.有條件時最好專線供電.

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.可用于與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:

對于環境溫度的變化,只要這些變化在連續程序規定的范圍內,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, 以適合極限環境溫度的要求, 應該使用適當的電熔設備.

6.電熔焊接設備:

電熔焊機是利用電源(發電機或公共用電),為管件提供正確的焊接參數的,如果有必要,還要考慮環境溫度.焊接參數是施加電壓和/或電流及焊接時間.如果用發電機作為電源,它應能輸出管件所需要的能量并考慮焊機和發電機的電的特性.發電機應具各適當的保護和安全裝置,以符合有關標準的要求.在有些情況下,焊機和發電機可能要組合成一個整體.電熔焊接設備應符合 ISO12176-2.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.

1. 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

確保電熔管件與環境溫度、管材或插口管件系列或SDR值是匹配的.

管材或插口管件外層焊接表面,需磨除氧化層.用適當的工具,如手動或機械砂輪片進行這一操作,推薦使用機械砂輪片.沿管材或插口管件端部的整個外園周進行打磨.深度大約0.2mm.

確保可以檢查插入深度(例如標記插入深度).將承口管件套入管材端并正確定位.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.

接好焊機導線,按給定參數焊接.

焊接完畢后, 檢查觀察孔內物料是否頂出（觀察孔頂出深淺與原料級別及牌號有關）, 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)、過早停機現象 ,焊縫處無物料擠出.

7.鋼塑連接:

鋼絲網骨架復合管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(dn63),一般采用一體式鋼塑過渡接頭:對于大口徑的 (dn>63),一般采用鋼塑法蘭連接.

8.結束語：

連接技術的優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鋼絲網骨架復合管道的廣泛應用提供了保障.所以很有必要了解和掌握復合管道連接的各種技術,以保證復合管管道系統的安全性.充分發揮復合管管道系統優越性.