聚乙烯管材热熔对接焊拉伸性能的分析

廖建宗

摘要：随着科学技术的快速发展，越来越多新技术、新工艺和新材料涌现，聚乙烯管材凭借自身优质的焊接性能和力学性能，使用寿命长，更好的适用于城镇饮用水和燃气输送。在具体应用中，对于聚乙烯管材的相关参数做出了明确的规定，生产高质量的聚乙烯管材，在铺设期间满足施工要求，所以需要对管材焊接处理。影响聚乙烯管材焊接处拉伸性能的因素，主要包括焊接的温度、压力和时间等因素，本文就聚乙烯管材热熔对焊接处拉伸性能的影响，立足于实际情况，提出合理的措施予以实践。

关键词：聚乙烯管材；热熔对接焊；拉伸性能

前言

聚乙烯管材自身具有较强的机械性能、耐腐蚀性能和焊接性能，在实际应用中可以改善传统管材的缺陷和不足，延长使用寿命，在燃气输送和饮用水输送方面具有较为可观的经济效益。在具体应用中，聚乙烯管材的相关参数有明确规定，但是在具体铺装中长度不满足施工要求，需要对管材焊接处理，而聚乙烯管材热熔对接焊技术得到了广泛应用。热熔对接焊技术自上个世纪60年代产生以来，广泛应用在塑料管材连接中，热熔焊接技术并不需要其他附加条件，可以实现焊接接头的正常拉伸和挤压处理，为管道系统强度提供保障，加强对其研究，可以为后续相关工作开展提供支持，具有重要促进作用。

1 聚乙烯管材概述

聚乙烯管材是一种高分子聚合物，热塑性较强，分子之间相互缠绕，表现为高弹态、玻璃态以及粘流态。热熔对接焊技术则是在晶体熔融温度附近，促使聚乙烯分子可以充分吸收热量，在剧烈运动期间，通过外力作用影响相互渗透，实现分子链的重组和接近。聚乙烯管材表面通过加热板加热处理，达到熔融状态后，通过一定外加作用力使其紧密贴合，在特定压力下冷却与焊接，即为热熔对接焊技术原理[1]。在热熔焊接期间，温度、压力和时间等因素将直接影响到焊接质量高低，其重要性不言而喻。基于此，通过对外径110mm给水用聚乙烯管材热熔焊接实验，可以实现不同材料等级和壁厚的有效焊接，分析管材与管件焊接性能，从而为后续的聚乙烯管材热熔对接焊处理提供指导。

2 实验部分

2.1试验材料

给水用聚乙烯管材：①材料等级PE63，公称压0.6MPa，公称壁厚6.3mm；工程压0.8MPa，公称壁厚8.1mm；公称压1.0MPa，公称壁厚10.0mm。②材料等级PE80，公称压0.8MPa，公称壁厚6.6mm；公称压1.0MPa，公称壁厚8.1mm；公称压1.25MPa，公称壁厚10.0mm。③材料等级PE100，公称压1.0MPa，公称壁厚6.6mm；公称压1.25MPa，公称壁厚8.1mm；公称压1.6MPa，公称壁厚10.0mm。

给水用聚乙烯管件：①材料等级PE63，公称压1.0MPa，公称壁厚10.0mm。②材料等级PE80，公称压1.25MPa，公称壁厚10.0mm。③材料等级PE100，公称压1.6MPa，公称壁厚10.0mm[2]。

2.2设备和仪器

采用PE管焊接机63-200；微机控制电子万能试验机CMT4204。

2.3试样制备

聚乙烯对接焊样品制备和拉伸试样，均遵循GB/T19809-2005制备。

3 结果与讨论

3.1热熔对接焊拉伸性能的加热时间因素

不同加热时间，对于聚乙烯管材的拉伸性鞥影响不同，通过测试48s、64s、80s、96s以及112s不同加热时间，遵循相应的标准确定工艺参数，针对性组织焊接试验。并对样品拉伸强度进行测试，获得不同时间下的拉伸强度变化曲线图，如图1。

从中可以了解到，加热时间和焊接接头拉伸强度之间关系较为密切，伴随着加热时间的增加而拉伸强度随之增大，达到峰值后随之降低，在96s时聚乙烯管材焊接样品拉伸强度最大[3]。主要是由于加热时间的增加，管材焊接端吸热量随之增加，分子链的热运动增强，有助于提升聚乙烯管材接头强度。如果加热时间不足，分子链交联不充分，可能导致管材强度随之降低，存在工艺缺陷，影响到焊接质量。加热时间过长，材料会出现热氧化降解问题，焊接熔环增加，焊接接头的搜集空气风险系数随之增加，可能导致管材焊接头强度有所下降。

3.2热熔对接焊拉伸性能的温度因素

选择不同焊接温度，从185℃～225℃，间隔5℃进行测量，根据相应标准要求，确定焊接工艺参数，对公称外径110mm不同材料等级给水用聚乙烯管材对接焊，测试拉伸强度[4]。对接焊拉伸强度和加热温度之间关系较为密切，在180℃～230℃范围内，拉伸强度伴随着热板温度变化明显，先上升、后下降，210℃时为峰值。如果温度过高，PE管材热氧化被破坏，离析出小分子挥发物，原有的分子链断裂，极大的影响到焊接强度。但是，加热温度过低，可能导致管端无法充分加热，降低管端粘结强度和焊接强度。

3.3热熔对接焊拉伸性能的压力因素

选择不同的焊接压力，包括0.05MPa、0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa，根据相关技术标准确定焊接工艺参数，公称外径110mm给水用聚乙烯管材焊接试验，对样品测试拉伸强度。伴随着焊接压力上升拉伸强度变化显著，先上升、后下降，0.20MPa时达到峰值。在特定温度下焊接处理，伴随着溶解压力增加，管材焊接平面结合更为紧密，有助于分子链快速交联，促使PE管材强度随之增加。但是，焊接压力过大，可能导致融化物大量挤出逐渐形成焊环，焊接融化层深度减小的同时，分子链交联深度随之下降，影响到PE管材拉伸强度[5]。

3.4热熔对接焊拉伸性能的壁厚因素

在具体聚乙烯管材热熔对接焊作業过程中，对于热熔对接中存在的问题，选择不同壁厚的焊接样品测试拉伸强度变化情况，同一材料等级不同壁厚的变化，拉伸强度随之变化，但是变化并不明显。从中可以了解到，对于同一材料等级，不同壁厚聚乙烯管材对接焊样品，使用同等原料，壁厚对于焊接样品拉伸强度的影响较小。除此之外，样品拉伸过程中，管件一端拉开后，在管件一侧断裂。从中可以了解到，材料等级和规格相同情况下，拉伸性能高低主要是由管件拉伸性能决定。究其根本，给水用聚乙烯管材和管件工艺不同，而分子链同样存在明显差异，聚乙烯管材挤出工艺的应用，可以有效提升聚乙烯管材分子链有序性，在增强管材分子链有序性的同时，管材内部应力集中，管材拉伸负荷要远远高于关键拉伸负荷，致使二者之间的拉伸强度存在明显差异。

结论：

综上所述，聚乙烯管材热熔对接焊在实际应用中，相较于传统技术而言，可以有效改善其中的缺陷和不足，提升管道焊接拉伸性能，以便于在城镇饮用水和燃气运输管道中广泛应用，推动城市基础设施建设和完善。

参考文献：

[1]王晓芹.聚乙烯管材热熔对接焊拉伸性能的研究[J].甘肃科技，2017，33（11）：52-54.

[2]郑津洋，秦永泉，施建峰，李翔，徐平，郭伟灿，王非.聚乙烯管道热熔接头卷边对拉伸性能的影响[J].中国塑料，2018，21，23（07）：77-80.

[3]李玉娥，魏若奇，者东梅.聚乙烯管材热熔对接焊冲击性能的研究[J].中国塑料，2017，16（06）：56-59.

[4]李玉娥，魏若奇，者东梅.聚乙烯管材热熔对接焊性能评价方法进展[J].化学建材，2015，20（06）：16-19.

[5]阳代军，霍立兴，张玉凤.聚乙烯管道热熔对接焊接头性能的分析[J].中国塑料，2016，11（02）：75-79.