聚乙烯管道電熔連接過程中的易發問題及質量控制

近年來，隨著我國經濟和和城鎮建設的快速發展，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良、重量輕、耐腐蝕、特殊的柔韌性(可盤曲)、可熔焊等優勢，在市政和建筑給水、燃氣輸配等領域得到了廣泛應用。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廣泛的應用，但由于電熔管件在國內使用的時間較短，管道施工單位工程質量管理水平的參差不齊，每年都發生大量的電熔管件連接質量問題，管道連接作為聚乙烯管道尤其是燃氣管道質量管理過程中的重要一環，加強施工過程中的質量控制是保證聚乙烯管道系統安全穩定運行的關鍵，本文從電熔連接質量問題的現象入手，分析問題產生的原因，并從施工人員人員、電熔管件、焊接機具、施工環境，以及檢測等方面，對電熔連接的質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圈發熱引起線圈附近的聚乙烯（PE）熔化，由物料膨脹產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。

電熔連接技術的關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，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。

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范的要求，這些都會對接口質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。

此項問題在管道連接中較為常見，這是因為聚乙烯管材在生產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，熔料會慢慢填滿空隙，不會在焊接界面存在應力現象，因此能獲得較穩定的焊接質量，電熔管件與待焊管材組裝時存在不同軸現象，電阻絲受到組件不同軸產生的空隙不均勻影響造成熔料發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，導致焊接時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，導致焊接時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域局部冷卻不均勻導致焊接質量的下降。

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

出現此現象的原因有以下幾點：

a) 部分廠家電熔焊機存在以下現象：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%，這種情況下焊接質量必然無法保證。

b) 現場焊接時的電壓受焊機或工作環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進行正常的焊接；

現場焊接時焊接時間過短，有可能是設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，導致焊接界面的熔接質量嚴重下降，從而引起焊接面的脆性開裂現象。

b、 電熔管件的過熔現象

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

出現過熔現象的原因很多，主要有以下幾點：

a) 現場焊接時的電壓受焊機或工作環境的影響超過電熔管件焊接要求，導致焊接熱量過大，焊接區域達到熔融狀態后繼續加熱導致聚乙烯（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) 現場焊接時焊接時間過長，有可能是設置時間過長或焊接過程出現異常，焊接熱量超出正常焊接的熱量，出現過熔現象。

過熔現象在焊接完成后的試壓工作基本上都能通過，但過熔現象嚴重時對焊口處的聚乙烯（PE）原料會產生降解的影響從而影響焊口的焊接質量。

二、 電熔連接的質量控制

電熔連接的質量控制包括以下幾點：

1、 選用具有可靠產品質量控制系統的管道原件生產廠家

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

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，焊接機具的質量好壞是保證焊接接口質量的一個關鍵因素。目前，國內已經能夠生產自動焊機并可以自動進行經過驗證的工藝參數，并能根據環境溫度等自然環境條件進行自動調整，焊接時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量的各種人為因素，有可靠的重復性，能實現可追溯性。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量和施工效率有很大的幫助。

2、 焊接工藝

目前我國已經全面的制定聚乙烯管道的產品、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）管道焊接技術規則》中的相關標準進行操作，電熔連接的工藝參數要按照管道元件的生產廠家進行焊接。

3、施工環境條件

在管道原件生產廠家，環境條件比較容易控制，尤其是在實驗室內，但是，在野外的施工現場，環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）管道的連接質量。2009年作者曾在江蘇泰州處理過熱熔焊接翻遍粘連現象的問題，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包括溫度、時間等必須進行調整。因此，管道安裝敷設的工作環境應注意：在雨天、大風、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、過程管理

在管道施工管理方面，由于在我國的發展時間不長，應用技術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，造成有的工程質量難以保證。因此，管材管件生產企業在大力推廣新型聚乙烯管道系統的同時，應積極同應用設計部門配合，按照有關標準中的規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驗，不斷改進完善，嚴格執行，確保管道的工程質量。在施工過程中，施工人員應根據管材管件生產廠家提供經過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量自檢記錄，以確保焊接質量的穩定可靠和可追溯性。

這里要特別強調的是經過實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。因此，必須實行施工過程的質量監督和檢驗責任制等相關現場施工管理制度。

5、 電熔連接后的質量檢查

對聚乙烯（PE）壓力管道檢驗的重點在于管材管件、焊接接口的質量。管材管件的質量有相應的國家標準和國際標準進行規范，用戶必須嚴格按標準的要求采購材料和檢測驗證。在焊接接口的質量檢驗上，TSG D2002-2006《燃氣用聚乙烯（PE）管道焊接技術規則》有詳細描述，主要從外觀和內在性能兩方面進行，內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準進行相關的焊接工藝評定。本文不再詳述。

6、人員

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

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