聚乙烯（PE）燃气管焊接及焊工培训考核探讨

丁光柱，李报，李世会，邢增为

聚乙烯（PE）燃气管焊接及焊工培训考核探讨

丁光柱，李报，李世会，邢增为

（中国电建集团河南工程有限公司，河南 郑州 450001）

简述了聚乙烯管道在燃气管道工程中相对传统金属管道的优势，重点分析了聚乙烯管的热熔焊接和电熔焊接之间的异同及应用情况。分析表明：在燃气管道工程中采用热熔和电熔焊接两种方法相结合的方式比较合理。文章最后对聚乙烯管的焊接培训考核提出了相关建议。

聚乙烯； 燃气管道； 热熔焊接； 电熔焊接

随着近年来一次能源结构优化调整，天然气作为清洁能源其消耗量占比重逐年提高，“十三五”规划目标到2020年末我国天然气消费占一次能源消费比重力争达到10%，同时为进一步提升天然气供应能力，天然气管网建设有望提速[1]。以往天然气输送管材主要为无缝钢管或者铸铁管，然而金属管道不仅施工成本较高，而且运行时间越长金属管道腐蚀也越严重，因此一般设计使用年限较短，约为20年。随着技术的发展，聚乙烯（简称PE）燃气管道以其轻质、工程造价低和优良耐蚀性能得到了全球范围内的推广和应用，并在国内形成了共识，具有广阔的发展前景[2]。

1 PE燃气管特点

自20世纪60年代英国首次采用PE燃气管以来，PE燃气管在欧美已经达到90%的铺设率，尤其是第三代PE100级燃气管的出现更是加速推动了PE燃气管的使用，目前PE燃气管已经成为《城镇燃气设计规范》（GB50028—2006）的首选材料。从国内外较长时间的使用情况可以看出，PE燃气管相对传统金属管材具有独特的优势[3]：

（1）投入资金少。PE管较钢管便宜，施工过程中所需人员少，能降低工程造价， PE管道安装费用低于钢管管道费用30%~50 %。

（2）耐蚀性能强，使用年限长。PE燃气管具有优异的耐蚀性，铺设管道时无须进行防腐，埋地管道在-20~40 ℃范围内可以良好运行50年，实践中其寿命为钢管的2~3倍，产生更高经济效益。

（3）适应能力强，流通能力大。PE燃气管具有较强的柔韧性，可以在包含较多障碍管道的工况下进行弯曲，降低了施工难度。

（4）具有良好的焊接性。PE燃气管道具有可熔性，便于电熔、热熔焊接，且实现了接头和管材的一体化，具有较好的气密性。

2 PE燃气管的焊接

PE燃气管接头连接的可靠性直接影响工程质量，根据相关规定，PE燃气管不得采用螺纹连接和粘接，目前常用的接头连接方式如图1所示[4]：

图1 PE燃气管道工程中常用连接方式

从图1可以可出，PE燃气管道接头的连接主要包含热熔焊接、电熔焊接和钢塑连接三种方式。因施工现场主要以PE-PE之间的连接为主，我国国家标准《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63—2008)中对聚乙烯燃气管道的连接方式做了明确的规定：聚乙烯（PE）管道的连接应采用电熔连接或者热熔连接。本文主要研究热熔和电熔两种焊接方式。两种焊接方法都是利用了外加热的方式，使待焊端面达到黏流、熔化状态，通过界面之间的分子相互渗透、扩散作用焊合，凝固后形成连续、致密的接头，下面详细介绍热熔和电熔焊接。

2.1 热熔焊接

热熔焊接因其操作简单、经济可靠成为PE燃气管工程中使用最为广泛的一种连接方式。热熔焊接过程中需要控制三个参数：待焊端面熔融温度、对接压力和各阶段时间。热熔焊接主要有四个工艺过程：

（1）PE管待焊端面的切削。PE管对接待焊端面用专用铣刀或切管工具切削，切削厚度以出现连续切屑为宜，切割端面应平整、无毛刺，端面应垂直于管轴线，并保持不被污染。同时，可将加热板用蘸酒精的棉布清洗，并预热至（225±10）℃。

（2）加热。将管口对中，错边量不能大于壁厚的10%，在一定压力下，将待焊端面用电加热板将PE管加热至端面呈现黏流态、有均匀翻边，并记录吸热时间，时间约为管材每毫米厚度8~10 s。

（3）切换。PE管加热完成之后，迅速撤离电加热板，在设定的熔融压力下，机架活动端向固定端移动，将PE管对接进行分子流动、扩散，并形成高度符合要求、均匀一致的翻边。需要注意的是撤离加热板的时间应尽量短，且要避免碰撞端面。

（4）保压硬化。将已完成加热的PE管对接之后，要在保持设定的压力状态下进行保压冷却，使PE管的对接部位由熔融状态冷却硬化到常态，并记录冷却时间，时间约为管材每毫米厚度1.4 min。

2.2 电熔焊接

除热熔焊接外，电熔焊接因其自动化程度较高、操作简单，在PE燃气管焊接施工中也得到广泛应用。PE燃气管电熔焊接采用配套的管件，通过管件内的发热金属丝通入电流发热，管材和管件接触部分的PE被加热至熔化，相互流动扩散，利用PE发热膨胀和冷却收缩产生压力，凝固后形成牢固接头。电熔焊接主要包含图2中的四个过程：

（1）准备过程。首先保证电源电压符合要求，电源输出接头洁净；采用刮刀将PE燃气管待焊端表面的氧化膜及污垢均匀刮掉一圈，长度约为管件长度的一半加10 mm，厚度以0.1~0.2 mm为宜。

（2）定位阶段。将清理好的管材插进管件，深度为接触管件内卡环，调整管材在同轴线上。

（3）焊接阶段。打开管件护帽，连接电源和管件的两个插头，将管件要求的电压、时间等参数输入焊机（或者识别管件上的条码自动导入）开始焊接。需要注意的是，焊过程中要保证管材和管件的稳定，特别是不能有轴向移动。

（4）保持阶段。通过观察孔指示柱冒出的长度判断电熔焊接过程是否完毕，长度一般 5～6 mm，拔掉管材和电源的连接插头，让接头静止冷却，焊接完毕。

图2 PE燃气管电熔焊接过程

两种焊接方法都具有操作简单，便于施工的优点，但又有各自的优缺点。热熔焊机结构简单，便于维修，焊接时无须采用价格昂贵的管件，相对成本较低，但因设备较大，对施焊场地有较大的要求，另外，公称直径小于63 mm的PE管材，因为直径小，管壁较薄，截面较小，采用对接不易保证质量，因此热熔焊接多用于管径大于63 mm或壁厚大于6 mm的管材。电熔焊接设备简单，体积小，能够更好地适应热熔焊接无法工作的场地，但因管件成本较高，主要用于焊接直径小于63 mm的管材[5]。实践证明，采用两种焊接方法相结合的焊接方案不仅能降低施工成本、提高施工效率，同时可以保证更好的工程质量。

3 PE燃气管焊工培训考核

为了保证优质的PE燃气管焊接质量，要对焊接全程进行严格控制，通过总结以往工程经验发现，人员、材料、设备和工艺因素对焊接质量影响较大，材料和设备是经过严格审查，工艺是经过工艺评定，相对较容易控制，而管道焊工作为工艺执行者、焊接的操作者是最难控制的因素，焊工的业务素质对保证焊接质量具有决定性意义，为此，加强对焊工的培训考核，提升焊工素质显得尤其重要[6]。

一是要求焊工具有熟练的理论知识和实际操作技能，从事聚乙烯管道焊接的焊工必须要参加专门的岗位培训，能熟练操作焊机，掌握焊接要领，并养成良好的操作习惯，严格执行焊接工艺规程。培训采用理论结合实际操作的方法，授课内容结合《特种设备焊接操作人员考核细则》（TSG Z6002—2010）中规定的内容应不少于以下内容：聚乙烯管道的抗压力特征；聚乙烯原材料的类型、加工型号、构成、运用特征及加热后的性质等；聚乙烯管道的焊接方法、焊接工具、工具性能、名称、工作机理、运用方式与维护原理等；热熔方法与电熔方法的特征、焊接流程标准、焊接流程要求、工艺要求等；焊接缺陷分类、诱发内因、危害和防御要求；聚乙烯管道的接口特征和影响要素分布；聚乙烯焊接质量的调控方式与影响要素。

合理安排理论及实际操作授课学习，确保焊工掌握相关知识和技能，并根据《特种设备焊接操作人员考核细则》（TSG Z6002—2010）规定的焊接方法、机动化程度、试件类别、试件管材外径等条件对焊工进行相应的考核，确保焊工考核合格后持《特种作业作业人员证》上岗。

二是要有良好的职业道德、法律法规和敬业精神，理论培训期间应对焊工进行职业道德培训和相应的规程制度培训，包括但不限于以下内容：聚乙烯焊接质量的审验方式与评测制度，非损耗性审核与损耗性审核方式的特征与评测制度；焊接质量标准制度、规章体系与工艺标准，法律法规、防护方法相关的焊接工作人员的绩效考核与监管要求；焊接防护细节要求、压力管道的法律制度、标准数据与技术要求。

4 结束语

PE燃气管相对金属管道具有更加广阔的应用前景，焊接过程中采用热熔和电熔两种焊接方法相结合的方式是最佳焊接方案，同时为了保证焊接质量，要全面控制材料、设备、工艺和人员因素，加强焊工焊接培训考核工作。本文对提高我国PE燃气管施工质量，加快改善我国PE燃气管建设现状提供了有益借鉴。

[1] 盛雄.聚乙烯管道电熔接头超声检测缺陷自动识别系统研发[D].杭州: 浙江大学，2018.

[2] 焦羽佳, 吴明, 黄珊.能源转型对聚乙烯管道的启示[J].当代化工，2016，45（2）: 370-372.

[3] 李明阳，戚政武，姚炯，等. PE管恒侧压实验及有限元分析[J].材料导报，2015，29（S1）: 121-124.

[4] 朱荣全，阮艳灵，秦立臣，等. PE燃气管道力学失效模式分析[J].化学工程与装备，2017（3）: 43-44.

[5] 冯艳艳，何颖，王众明. 城市燃气管道中PE管焊接[J].石家庄职业技术学院学报，2010, 22（2）: 43-45.

[6] 田悦. PE管电熔焊接和热熔焊接在施工中的比较[J].辽宁化工，2011，40（9）: 935-937.

Discussion on Polyethylene(PE) Gas Pipes Welding and Welder Training and Examination

（China Electric Power Construction Group Henan Engineering Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450000, China)

Compared with traditional metal pipeline, the advantages of PE pipes in fuel gas pipeline engineering were described. The similarities and differences between the fusion-jointing and the electrofusion-jointing of PE pipes were analyzed as well as their application. Analysis results showed that it was reasonable to combine two methods in gas pipeline engineering. At last, some suggestions for welder training and examination were put forward.

polyethylene pipes; fuel gas pipeline; fusion-jointing; electrofusion-jointing; welder training and examination

2019-11-15

丁光柱（1984-），男，高级工程师，硕士，河南省焦作市人，主要从事先进连接技术研究及焊工培训管理。

TQ322.3

A

1004-0935（2020）02-0211-03