燃气工程聚乙烯管道连接质量控制分析

2012-11-16何波

中国新技术新产品 2012年3期

何波

（重庆燃气集团股份有限公司工程建设中心，重庆 400025）

1 概述

由于聚乙烯燃气管道不能像钢管一样对连接质量进行无损检测，聚乙烯燃气管道的连接质量更多取决于现场施工过程的质量控制和连接工艺的选择。在施工过程质量控制方面，全自动焊机的使用减少了人为因素的影响，随着现场管理的不断规范，这方面的影响有望得到较好的控制。现场施工过程中采用何种连接工艺，《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63-2008）只针对正常情况作了原则性的规定。所以本文仅对热熔连接和电熔连接方式进行分析。

2 聚乙烯燃气管道的连接方式

无论是热熔连接还是电熔连接，其原理都是用加热的方法将连接部分的聚乙烯材料熔化并相互融合到一起。为了达到聚乙烯管道系统的有效连接，不同的连接方式都有具体的施工要求和相应的特点。

根据两种连接方式的不同特点和质量控制手段，在实际工程施工过程中，一般可以针对以下情况采用相应的连接方式。

2.1 通常情况下的连接

通常情况下，相同材质、相同SDR的管材、管件连接，当公称外径小于90mm时，采用电熔连接；否则采用热熔连接，两段管道最后碰头时应采用电熔连接。

2.2 材质相差较大的管材、管件的连接

按规范规定，不同级别和熔体质量流动速率相差较大的管材、管件的连接必须采用电熔连接。当熔体质量流动速率相差极大时，即使采用电熔连接，也可能一种材料过热成流淌状态而另一种材料尚未完全熔化，导致焊接失败。因此，对于这种情况应进行必要的试验，或采用法兰连接。

2.3 SDR不同的管材、管件的连接

按规范规定，SDR不同的管道必须采用电熔连接。在实际施工中，往往在定向穿越出土点、变径、三通等位置会出现不同SDR的管道的连接。电熔连接对管道同轴度的要求特别高，而施工现场定向穿越出土点待连接管道同轴线的可能几乎没有，变径、三通等位置也经常会出现不同SDR的管道连接时不同轴的情况。

2.4 聚乙烯管道支管三通的施工

当聚乙烯管道上的支管较多时，为了加快施工进度，有些施工单位会先施工连续的直管，最后在直管上焊接鞍形三通的方式做支管。鞍形三通电熔连接的质量并不可靠，应尽量避免。在这种情况下，必须在直管道施工过程中同步采用热熔连接或电熔承插连接方式焊接三通。

3 聚乙烯燃气管道施工的质量控制

3.1 质量控制的基本要求

为保证连接质量，无论是热熔连接还是电熔连接都有一些共同的要求，具体如下：聚乙烯管道连接宜在环境温度为－5℃～45℃且风力不大于5级的干燥环境下进行，并避免阳光的强烈直射，低温或大风时要采取保温和防风措施，不能采取人为快速冷却措施；准确输入焊接参数，当焊机没有温度自动补偿时要合理调整加热时间；焊接设备要经常检查维护，保证正常的工作状态；用于连接的管材、管件的温度应接近；管道的切割应采用专用割刀或切管工具，切割端面应平整、光滑、无毛刺，端面应垂直于管道轴线；管材、管件的位置要固定，焊接过程中不能出现位移，冷却过程不得移动连接件或在连接件上施加任何外力；焊接时要保持电压稳定，电源与焊机的距离不能太远，电缆线不能太细。

对热熔连接的质量控制，还要注意以下方面：加强对管材、管件原材料的检查，确保相互连接材料的熔体质量流动速率匹配；确保铣削后管材、管件的端面洁净、不受污染；严格控制切换、调压时间，在规定的时间内完成切换、调压工作；冷却过程中严格保持冷却压力不变。

对于电熔连接来说，质量控制的主要措施还有：加强对管材、管件原材料的检查，确保两者的熔体质量流动速率不能相差太大，以免出现一种材料过热成流淌状态而另一种材料尚未完全熔化；检查管材、管件接合面的圆整度，确保配合均匀，避免局部过热或局部加热不够；检查确保电熔管件的电热丝没有短路；电熔管件焊接前不得拆封；焊接前均匀适量刮除焊接部位管材表面的氧化皮，擦除表面脏物，使焊接部位保持干燥、洁净；焊接时合理固定管材和管件，使两侧管材和管件保持轴线一致，配合间隙合适，不能太紧，也不能太松，严禁强力组装。对电熔鞍形连接，采用机械装置固定鞍形管件时，一定要留出一定的间隙，避免熔融料从四周挤出。

3.2 质量控制的难点与对策

从两种连接方式质量控制的要点可以看出，要想得到一个合格的连接接头，除了材料匹配、设备工作正常、环境合适等条件外，人的操作最关键，而人的操作又受施工场地环境的影响，使焊接质量的控制变得相当困难。

对于热熔连接，最容易出现焊接质量的问题是：①材料不匹配。材料的熔体质量流动速率相差较大，导致材料不能完全融合或产生较大的残余应力。②操作人员操作不熟练，连接端面不平整或有脏物，加热后停顿时间过长，冷却过程拆卸夹具，用水冷却等导致连接失败；而连接件之间存在一定的连接角度或少量的错边（不超过壁厚的10%）对连接质量不会有大的影响。因此，要控制热熔连接的质量，应做到：①加强材料检查，确保匹配。②采用自动焊机，消除人为因素的影响。

3.3 连接质量检验

聚乙烯管道连接后要对接头进行质量检验，这种检验目前只能用肉眼观察的方法进行外观检查。对于热熔连接接头，主要检查接头翻边的对称性、接头对正性，并进行翻边切除检验。一般对于材料问题如熔体质量流动速率不匹配、受潮，操作问题如压力、温度、时间参数设置不当等基本能够发现。而对于电熔连接接头，接头的融合情况都包覆在电熔管件内，在熔融料没有大量溢出的情况下，质量检验只能从电熔管件上的观察孔来判断，对于材料本身及轴线不一致引起的质量问题往往无法发现。对于电熔鞍形连接的质量判断就更加困难了。

3.4 连接方式对管道流通能力的影响

热熔连接由于有翻边，对管道的流通能力有一定的影响。如果以接头翻边造成的流通口径缩小后的实际流通截面积与全通径流通截面积之比（以下简称流通比率）来计算热熔连接对管道流通能力的影响，则几种常用规格聚乙烯管热熔连接的流通比率见表1。

表1 几种常用规格聚乙烯管热熔连接的流通比率

由表1可知，对SDR17.6系列的材料，翻边对流通能力的影响较小，而对SDR11系列的材料，管径越小，翻边对流通能力的影响越大。

电熔连接对管道流通能力基本上没有影响。

3.5 规范对连接方式选择的规定

针对热熔连接和电熔连接的特点，《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63-2008）第5.1.3条规定：不同级别和熔体质量流动速率差值（条件是190℃、5kg、每10min）不小于0.5g的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附属设备，以及焊接端部标准尺寸比（SDR）不同的聚乙烯燃气管道连接时，必须采用电熔连接。公称外径小于90mm的聚乙烯管道宜采用电熔连接。