维普资讯 http://www.cqvip.com 工业技术 聚乙烯（Ｐ Ｅ）管道的电熔焊接 肖燕贾晓辉 （沧州明珠塑料股份有限公司 河北沧州０６１ ００１） 摘要：聚乙烯（ＰＥ）管道熔接（焊接）原理决定了电熔管件和电熔焊机的技术要求，为满足熔接机理的要求而制定的电熔管件和电熔焊机的 产品标准，成为约束生产、检验，应用及管理各方面的准则。所以，电熔管件和电熔焊机必须符合它们各自的标准，才能匹配执行相应的 焊接工艺规程，才有可能形成可靠的熔接，用相应的国家标准试验方法才能判定其质量。 关键词：电熔焊机 电熔管件 焊接质量 中图分类号：ＴＦ５２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３～０５３４（２００７）０６（ｂ）…００６４ ０２ 近几年来，聚乙烯（ＰＥ）管道由于其独特而 物在高温和压力作用下，其分子链段相互扩 良好的可熔接（焊接）性、连接方便（热熔对接、 散，当界面上互相扩散的深度达到了链缠结所 管件厂家所用的材料，不符合产品标准对原材 料的要求，在目前水平下，无论其设备如何优 电熔连接）、抗开裂性、环保、卫生、可回收 必须的尺寸，自然冷却后界面就可以得到必要 使用等等优特点，而成为城市输气管网、中低 的焊接强度，形成管连可靠的焊接连接。 压供水管网的最佳选择，在我国得到了高速发 根据电熔焊接原理和国内外的实践经验 展。随着ＰＥ压力管道应用的普及，ＰＥ电熔管 已经证实，能否形成管道可靠的焊接连接，主 件以其施工方便，焊接可靠而得到非常广泛的 要由电熔管件的设计、电阻的温度一电阻特 应用，特别是城市燃气领域使用已经普及，在 性、电熔焊机提供的电源电压的稳定性、管件 供水领域也开始广泛应用。 和管材的材料性质、管件和管材连接界面的 无论是输送气体或液体的管材都必须牢 预处理状况、管件和管材连接界面间的缝隙 固地连接起来才能构成管网系统。国内外应 宽度和均匀性 管件和管材的对中和夹持稳 用实践的历史经验证明：能够与聚乙烯管材使 定状况、焊接工艺参数（如电压、电流、时间 用寿命基本等同的可靠方法就是焊接。因此 等）、焊接时环境温度、操作人员的水平等 电熔管件与电熔焊机也就得到了广泛的应用 因素决定。因此，根据电熔焊接原理和影响 和极大的发展。 焊接质责因素的实践经验而编制的产品标 此外，近几年钢丝网骨架塑料聚乙烯复合 准、工艺参数、操作规范、质量检验试验 管给水管，由于具有ＰＥ管材的优点，又比ＰＥ 方法等，是我国在当前发展阶段，生产、应用 管有着更优越的综合性能，特别是在抗快速应 和管理各方的共识和准则。 力开裂性能、抗蠕变性能、持续机械强度性能 等方面优于纯ＰＥ管，所以，也开始广泛用作市 ２电熔管件 政给水管。其主要连接方法就是电熔焊接（因 在聚乙烯管道系统的构成中，电熔管件是 为中间有钢不能对接），相应的电熔管件与电熔 必不可少的组成部分，选用的电熔管件必须符 焊机也因此而得到发展。 合相应的产品标。，燃气管道系统所用的电熔 在此，我们觉得有必要对聚乙烯（ＰＥ）管道 管件、必须符合燃气用聚乙烯管件标准：ＧＢ 的电熔焊接——电熔管件与电熔焊机，进行进 １５５５８．２ ２００５规定的要求ｌ给水用聚乙烯电 一步的研究并促使其更迅速地推广应用。 熔管件，必须符合给水用聚乙烯管件标准： ＧＢ／Ｔｌ３６６３．２—２００５规定的要求。 １聚乙烯（ＰＥ）管道电熔焊接原理 ２．１电熔管件厂家所用的聚乙烯混配料，必须 聚乙烯管电熔焊接的原理是用电熔焊机 符合其产品标准对ＰＥ原料的要求 给镶嵌在电熔管件内壁的电阻丝通电加热，其 ＰＥ混配料性能的优劣对电熔管件的长期 加热的能量使管件和管材的连接界面熔融。 性能具有决定性的影响，因此，选好专用料，是 在管件两端的间隙封闭后，界面熔融区的熔融 保证聚乙烯电熔管件质量的基础。如果电熔 袭ｌ燃气用ＰＥ电熔管件所用混配料的基本性能 性能 单位 要求 密度 ≥９如（基础数值） 熔体质量流动速率ＭＦＲ ￣１０ｎａｈａ ０．２～１．４，且晟大偏差不应超过混配料标称值的－＋－２０％ 热稳定性（氧化诱导时问） “ｌｌｌ１ ＞２０ 挥发分含量 ｍｇ／ｋｇ ≤３５０ 水分含量 ｍｅＣｋｓ ≤３ｏ０ 碳黑含量ｃ（质量分数） ％ ２。０～２．５ 碳黑分数ｃ 级 ≤３ 颜料分教４ 级 《３ 耐气体组分 ｈ ≥２Ｄ 耐快速裂纹扩展（ＲｃＰ） 性能 单位 要求 全尺寸（Ｆｓ）试验：矗￣２５０ｍｍ Ａ ｐａ 全尺寸适应的临界压力Ｐ。 ≥１．５￣ＭＯＰ 或ｓ．试验：管材试验壁厚≥１５ｒａｍ ａ ｓ４试验的临界面压力Ｐ。 ４￣ＭＯＰ／２．４．０．０７２ｅ 耐慢速裂纹增长（ｅ ＞５ｒａｍ） ｈ １６５ ６４ 科技咨询导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ 良，工艺如何先进，都不可能制造出合格的产 品。 燃气用电熔管件所用混配料在ＧＢ１５５５８． ２ ２００５标准中规定十分具体而明确，其基本 性能见表ｌ。 ＰＥ原材料性能差异的最基本因素是分子 结构的差异，只有先进的聚合装置和工艺才可 能生产出具有优良性能的ＰＥ管道专用料，所 以，必须是有定级证明的材料，才有可能是合 格的ＰＥ８０、ＰＥｌ００专用混配料。 ２．２ ＰＥ电热熔管件所用的电热丝必须符合其产 品标准的要求 电熔管件产品的电性能主要体现在产品 电阻上。根据国家标准ＧＢ１５５５８．２“燃气用 埋地用聚乙烯管件（ＰＥ）管道系统第二部分： 管件”要求：在２３℃下，电熔管件的电阻应在 以下范围内： 最大值：标称值Ｘ（１＋１０％）＋０．１ Ｑ 最小值：标称值Ｘ（１一ｌＯ％） 因此，要求所用的电热丝必须在单位长度 上具有非常稳定的电阻值，才有可能保证产品 具有稳定的电性能。 聚乙烯电熔管件内分布的电阻丝是电熔 管件的主要构件。电阻丝的直径、长度、螺距 分布，决定发热量，不同要求有不同的设计，每 种规格都要通过设计和试验确定。 ２．３电熔管件熔接显示器 聚乙烯管件内部设计了熔接显示器，当熔 融压力达到电熔管件设计要求时显示器将会 推出，以便于操作者观察到，如果显示器未被 推出，该处焊接的管件则需从系统上切割下 来，用新的电熔管件重新进行焊接。 ２．４电熔管件熔接必须要达到粘流态并控制其 熔融的温度范围 聚乙烯材料必须要在其粘流态状时才有 可能形成焊接，必须要达到并控制其粘流态（熔 融）温度范围。要使电熔管件与管材熔接，必 须对电熔管件预埋进一定功率及阻值的电阻 丝，对电阻丝进行通电加热，从而使管件和管 材的连接界面熔融，并形成一定的压力，才有 焊接的条件。 一般电熔管件设计电压为４８Ｖ。该电压等 级一方面保证了焊接的安全性，另一方面也保 证了管件熔接的能量需求。管件生产商一般 在管件上贴有反应管件焊接参数的条码，焊接 时，通过对条码的扫描可以将焊接参数直接输 入到电熔焊机当中，从而避免了人工数据录人 可能发生的错误，使焊接过程可以保质保量地 进行。 维普资讯 http://www.cqvip.com ！ Ｑ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ 工业技术 ３电熔焊机 电熔焊机的作用简单来说就是将电网或 发电机电源经过降压变换控制后输入到电熔 管件电阻丝的一种电力电子设备。 现在的管道焊接基本上都是自动焊接，这 种方法可以减少人为因素对焊接质量的影响， 这就对电熔焊接的控制精度提出了更高的要 求。因此，由全国塑料制品标准化委员会 （ＳＣＡ／ＴＣ４８）塑料管材管件及阀门分技术委员 会（ＴＣ４８／ＳＣ３）牵头，制订了电熔焊机中华人 民共和国国家标准《塑料管材和管件聚乙烯 管道系统熔接设备第２部份：电熔连接》报批 和电熔鞍形连接）的聚乙烯焊接，应当按规定进 行焊接工艺评定电熔管件（电熔承插焊接及电 熔鞍型）焊接的关键工艺参数，包括电压，加热 时间，冷却时间，电阻值．；工艺评定工作，由电 熔管件制造单位在产品设计生产定型时，逐一 进行焊接工艺评定，并且向施工单位提供相应 的焊接工艺参数；施工单位使用同一制造单位 提供的管道元件时，任选一个规格进行验证即 可覆盖所有规格。工艺评定应当在施工单位 保存至该焊接工艺评定失效。这个规则是强 制性的，颁布后必须执行，因此我们应当尽力 按规则作好。 圆周的刮削痕迹。 电熔电熔承插管件焊接的破坏性检验：按 国标：ＧＢ／Ｔ １ ９８０７－２００５塑料管材和管件：聚 乙烯管电熔管件组合试件的制备制样。 电熔管件剖面检验：取电熔后的组件，用 锯条与熔接组件端面成４５。角进行切开，组件 中的电阻丝应当排列整齐，不应当有涨出、 裸露、错行，焊后不游离。管件与管材熔接 面上应当无可见界线。 拉伸剥离试验：拉伸剥离试验方法应当符 合ＧＢ／Ｔ １ ９８０８—２ｏ０５塑料管材和管件公称外 径大于或等于９０ｍｍ的聚乙烯电熔组件的拉 伸剥离试验（ＩＳＯ１３９５４：１９９７ＩＤＴ）标准。 稿。 国家标准报批稿规定，高性能的电熔焊机 主要有以下几个方面的要求： 结构设计，电熔焊机的外壳防护等级达到 ＩＰ５４，同时应具有防止趾撞的保护措施；性能 指标，电熔焊机的性能指标主要是输入电源 范围、能量输出精度、有效值控制、能量 补偿功能几个方面；安全防护，电熔焊机是用 于野外施工，因此，必须有安全防护措施，这主 要体现在输出电源的绝缘保护及管件阻值检 测上；焊接可追溯性，由于聚乙烯管道系统的 特殊性，要求其每次的焊接数据都必须可以追 溯。因此，电熔焊机不仅要能进行高质量的焊 接，还要对焊接数据进行分析和保存，见ＩＳＯ １２１７６－４：２００３塑料管材管件聚乙烯系统的焊 接设备第四部分，可追溯编码（正在制定国标）。 此外、即将颁布的燃气用聚乙烯管道焊 接技术规则规定：焊接机具除满足相应的国家 标准外，还明确指出应当符合以下要求： 焊接机具正常的工作温度范围为一ｌ０℃ ～＋４０℃。如果超出此温度范围工作，需要焊 机制造单位和施工单位协商采取适当的保护 措施；除满足国家计量法有关规定外，焊接机 具在完成２０００个焊口和最长不超过ｌ２个月 时，还必须进行校准和检定，保存相应记录，确 保焊接机具经常处于良好的工作状态；电熔焊 机应有一个数据检索存储装置。该装置通过 一个接１３将存储的数据下载到电子设备（计算 机或者打印机），存储容量至少为２５０个焊口的 参数。电熔焊机应当有工作参数自动输入及 环境温度自动补偿功能。自动输入的方式可 以是条形码、识别电阻、磁卡或者微控芯片。 ４电熔焊接规则 中华人民共和国国家质量监督检验检疫 总局近期将颁布的燃气用聚乙烯管道焊接技 术规则，是用以规范燃气用聚乙烯管道的焊接 技术工作，提高管道焊接质量，规则适用于燃 气用聚乙烯管道元件预制和管道安装过程中 的焊接安全技术工作，其他领域聚乙烯管道的 焊接安全技术工作也可以参照本规则执行。 规则规定：燃气用聚乙烯管道元件制造单位或 者管道安装单位，应当取得特种设备制造或者 安装许可证；．聚乙烯管道焊接作业人员，必须 取得质量技术监督部门颁发的特种设备作业 人员证。操作人员考试由国家质量监督检验 检疫总局确定的考试机构负责实施，由考试机 构所在地的省级质量技术监督部门颁发特种 设备作业人员证；进行电熔连接（电熔承插连接 ５电熔管件的焊接操作过程 挤压剥离试验：挤压剥离试验方法应当符 ５．１电熔承插管件的焊接操作过程 合ＧＢ／Ｔ １ ９８０６－２００５塑料管材和管件聚乙 焊接前准备：测量电源电压，确认焊机工 烯电熔组件的挤压剥离试验的规定。 作时的电压符合要求；清洁电源输出接头，保 静液压强度试验：静液压强度试验方法应 证良好的导电性。管材截取：管材的端面应 当符合现行国家标准ＧＢ／Ｔ６ｌｌ １－２００３的要 垂直轴线，其误差＜５ｍｍ。焊接面清理：测 求。 量电熔管材的长度或者中心线，在焊接的管材 ５，３电熔鞍形管件焊接的检验 表面上划线标识，将大于划线区域约５ｍｍ内 ’破坏性检验：进行外外观检查：电熔鞍形 的焊接面刮削约０．２ｍｍ厚，以去除氧化层。 管件与管材焊接后，不得有熔融物流出管材表 管材与管件承插：在管材上重新划线，位置距 面；从观察孔应当能看到有少量的ＰＥ顶出，但 端面为１／２管件长度。拆开管件包装，将清 是顶出物不得呈流淌状；电熔鞍形管件应当与 洁的电熔管件与需要焊接的管材承插，保持管 管材轴向垂直；鞍形管件和管材装配时不得有 件外侧边缘与标记线平齐。安装电熔夹具， 明显间隙；鞍形管件焊接处周围应当有刮削痕 不得使电熔管件承受外力，管材与管件的不同 迹。 轴度应当小于管材外径尺寸的１．５％。输出接 破坏性检验：按国标：ＧＢ／Ｔ１９７１２－２００５ 头连接：焊机输出端与管件接线柱牢固连接， 塑料管材和管件聚乙烯（ＰＥ）鞍形旁通抗冲击 不得虚接。焊接模式设定：按焊机说明书要 试验方法进行。 求，将焊机调整到“自动”或“手动”模式。焊 通过以上所述的试验验收方法标准，如果 接数据的输入：按自动或者手动方式输入焊接 合格，可以视为合格的电熔焊接 数据。焊接：启动焊接开关，开始计时；手动模 综上所述聚乙烯（ＰＥ）管道熔接（焊接）原理 式下焊接参数应当按管件产品说明书确定。 决定了电熔管件和电熔焊机的技术要求，为满 自然冷却：冷却时间应当按管件产品说明书确 足熔接机理的要求而制定的电熔管件和电熔 定，冷却过程中不得向焊接件施加任何外力， 焊机的产品标准，成为约束生产、检验，应用 必须在完成冷却后，才能拆卸夹具。 及管理各方面的准则。国家质量监督检验检 ５．２电熔鞍形管件的焊接操作过程 疫总局近期将颁布的燃气用聚乙烯管道焊接 焊接前准备：与电熔承插管件焊焊相同； 技术规则，规范聚乙烯管道的焊接技术工作， 划线：在管材上划出焊接区域；焊接面清理：将 提高管道焊接质量， 划线区域内的焊接面刮削约０．２ｍｍ厚，以去 执行规则，为管道系统的安全提供了品质 除氧化层，刮削区域应大干鞍体边缘；管件安 保障；因此，隋电熔管件和电熔焊机及其电熔 装：用管件制造单位提供的方法进行安装，确 焊接技术的发展，将进一步促进聚乙烯管道系 保管件与管材的两个焊接面无间隙；焊接数据 统的发展，为发展塑料管道系统的战略方针做 输入：与电熔承插管件焊焊相同；焊接：与电熔 出贡献。 承插管件焊焊相同；自然冷却：接头在冷却过 程中应当处于夹紧状态。鞍形三通的冷却时 参考文献 间应当大于６０分钟或者按产品说明书进行开 ［１】华人民共和国国家标准．塑料管材和管件 孔操作；封堵：按照管件产品说明书进行封堵。 聚乙烯管道系统熔接设备．第２部份：电熔 连接．报批稿． ６电熔焊接的检验与试验 ［２】ＧＢ １５５５８．２－２００５，燃气用聚乙烯管件． 电熔焊接的检验与试验可分为非破坏性 ［３】ＧＢ／Ｔ１３６６３．２－２００５，给水用聚乙烯管件． 检验和破坏性检验；非破坏性检验主要手段为 ［４】ＩＳＯ／ＴＲ１３９５０：１９９７，塑料管材和管件：电 目测和外观检查，用于施工现场的质量控制和 熔接用自动识别系统． 操作人员的自检。破坏性检验主要用于焊接 工艺评定及对焊接质量有争议焊１３的试验。 电熔电熔承插管件焊接的非破坏性检验： 主要是进行外观检查：１）电熔管件应当完整无 损，无变形及变色。２）从观察孔应当能看到有 少量的ＰＥ顶出，但是顶出物不得呈流淌状；焊 接表面不得有熔融物溢出。３）电熔管件承插口 应当与焊接的管材保持同轴。４）检查管材整个 科技咨询导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｈｅｒａｌｄ ６５
