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(jì)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(shì)，在市政和建筑給水、燃?xì)廨斉涞阮I(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(duì)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(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)量問題，管道連接作為聚乙烯管道尤其是燃?xì)夤艿蕾|(zhì)量管理過程中的重要一環(huán)，加強(qiáng)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(yùn)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(jī)具、施工環(huán)境，以及檢測(cè)等方面，對(duì)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(shí)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(shí)要保證工藝要求的最佳間隔值，以確保連接界面溫度達(dá)到規(guī)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(kuò)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(duì)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(guī)范的要求，這些都會(huì)對(duì)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(duì)管材表面氧化層的刮除工作不充分。

此項(xiàng)問題在管道連接中較為常見，這是因?yàn)榫垡蚁┕懿脑谏a(chǎn)過程中的冷卻階段會(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(duì)焊接區(qū)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(duì)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(jìn)行焊接時(shí)，電熱絲通電后向周圍的聚乙烯材料進(jìn)行加熱，正常情況下，聚乙烯材料的加熱并膨脹是均勻的，電熱絲將周圍的聚乙烯材料加熱到熔融狀態(tài)，熔料會(huì)慢慢填滿空隙，不會(huì)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(shí)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(shí)管件和管材安裝不到位

焊接時(shí)管材插入管件位置沒有達(dá)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(shí)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(shí)需對(duì)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(dǎo)致焊接時(shí)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(qiáng)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(qiáng)制冷卻，因?yàn)殡娙酃芗鋮s的過程是聚乙烯（PE）材料收縮的過程，強(qiáng)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(jìn)行剝離試驗(yàn)時(shí)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后有可能會(huì)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(diǎn)：

a) 部分廠家電熔焊機(jī)存在以下現(xiàn)象：焊接開始計(jì)時(shí)后輸出電壓需要大約4秒鐘時(shí)間才能達(dá)到設(shè)定電壓，這對(duì)于焊接時(shí)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(shí)間僅為50秒，使用此種焊機(jī)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)量必然無法保證。

b) 現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)的電壓受焊機(jī)或工作環(huán)境的影響達(dá)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(dá)到熔融狀態(tài)進(jìn)行正常的焊接；

現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)焊接時(shí)間過短，有可能是設(shè)置時(shí)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)致焊接失敗；

c) 熔管件與管材的間隙過大，管件焊接時(shí)聚乙烯（PE）原料達(dá)到熔融狀態(tài)后也無法充分填滿整個(gè)焊接界面的間隙，造成整個(gè)焊接界面未熔合或熔接強(qiáng)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(shí)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(shí)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(diǎn)：

a) 現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)的電壓受焊機(jī)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(dá)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(chǎng)焊接時(shí)焊接時(shí)間過長(zhǎng)，有可能是設(shè)置時(shí)間過長(zhǎng)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(shí)對(duì)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(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(shí)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(cè)試設(shè)備不齊全，根本沒有按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行型相關(guān)的出廠檢驗(yàn)，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?xì)夤疽渤闪⒘薌5+的組織，并對(duì)燃?xì)夤艿郎a(chǎn)廠家制定了相關(guān)的考核標(biāo)準(zhǔn)，這也推動(dòng)了燃?xì)夤艿喇a(chǎn)品行業(yè)的質(zhì)量控制發(fā)展。

2、焊接機(jī)具

對(duì)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(duì)接、熱熔承插、電熔連接，無論使用熱熔還是電熔連接，焊接機(jī)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(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)自動(dòng)焊機(jī)并可以自動(dòng)進(jìn)行經(jīng)過驗(yàn)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，焊接時(shí)的各種工藝參數(shù)記錄可以存儲(chǔ)、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(shí)現(xiàn)可追溯性。與焊制機(jī)具配套的如整圓器、爬壁刮刀等輔助工具對(duì)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(jì)、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?xì)庥镁垡蚁≒E）管道焊接技術(shù)規(guī)則》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但是，在野外的施工現(xiàn)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(dá)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(shí)間等必須進(jìn)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(hù)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(shí)間不長(zhǎng)，應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作薄弱，有的設(shè)計(jì)人員、施工人員對(duì)聚乙稀管道系統(tǒng)的特性缺乏了解，既不能很好地針對(duì)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(shí)，應(yīng)積極同應(yīng)用設(shè)計(jì)部門配合，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)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(yàn)，不斷改進(jìn)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(yàn)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(qiáng)調(diào)的是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)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(shí)行施工過程的質(zhì)量監(jiān)督和檢驗(yàn)責(zé)任制等相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工管理制度。

5、 電熔連接后的質(zhì)量檢查

對(duì)聚乙烯（PE）壓力管道檢驗(yàn)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(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(cè)驗(yàn)證。在焊接接口的質(zhì)量檢驗(yàn)上，TSG D2002-2006《燃?xì)庥镁垡蚁≒E）管道焊接技術(shù)規(guī)則》有詳細(xì)描述，主要從外觀和內(nèi)在性能兩方面進(jìn)行，內(nèi)在性能檢驗(yàn)分為外觀檢驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)及微觀分析，必要時(shí)可按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的焊接工藝評(píng)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(dòng)中所有質(zhì)量控制的最重要一個(gè)環(huán)節(jié)，任何的生產(chǎn)行為都是由人來實(shí)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(shí)施、制造過程檢驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，材料的設(shè)計(jì)選用、焊接過程的控制、管道的安裝施工以及質(zhì)量檢測(cè)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(yàn)檢疫總局 第140號(hào)令《國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(duì)作業(yè)人員進(jìn)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(duì)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(duì)產(chǎn)品性能的認(rèn)識(shí)，提高他們的質(zhì)量意識(shí)：使其意識(shí)到自己所從事的質(zhì)量活動(dòng)的重要性，意識(shí)到與其他環(huán)節(jié)質(zhì)量活動(dòng)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。