市政供水PE管道热熔连接关键技术及质量控制

游小鹭

（福建省新越建工有限公司，福建 龙岩 364000）

0 引言

PE 管是当前市政给水工程常用的管材，该类管材相比于传统铸铁管、镀锌管等具有明显的优势，主要表现为抗腐蚀性优良、无毒无害，更大程度上保证了供水水质卫生；优良的易加工性，质量轻、方便搬运，提升施工效率；强度高，韧性好，具有很长的使用寿命，能有效降低后期维护成本[1-2]。PE 管逐渐替代了很多传统给水管，在市政管道工程中的应用越来越多。但是，PE管道的安装过程中热熔连接的质量问题较为普遍。因此，研究PE 管道安装的连接施工技术具有很好的工程应用价值。

1 PE管道的热熔连接工艺

PE 管道系统的热熔连接方式有热熔承插连接和热熔对接。其热熔原理是利用聚乙烯在200℃左右的温度下被融化后，变成柔软且高弹性的状态，大分子开始发生相对运动，此时通过施加一定压力可以使其变形持续增加，待外力解除后，产生不可逆的塑性变形，并且冷却后保持变形后的状态，综合性能不受影响[3]。

热熔承插连接适用于直径比较小的管材（直径在DN63mm 以下），因为直径小的管材、管件管壁较薄，截面较小，采用热熔对接不易保证质量。热熔连接是将两根PE 管道的接合面紧贴在热熔对焊机上加热，使其平整的端面熔融，移走加热工具后，将两个熔融的端面紧靠在一起，在压力的作用下保持到接头冷却，使之成为一个整体[4]。热熔连接适用于对接直径比较大的管材管件，比承插连接用料省、易制造[5]，并且，在熔接前切去氧化表面层，熔接压力可以控制，质量较易保证。热熔连接的施工工艺如图1所示。

图1 PE管道热熔连接工艺

2 PE管道热熔连接技术的应用实例

2.1 工程概况

该工程为连城县莒溪镇集镇供水改扩建项目，主要对莒溪集镇区的给水管道进行改造，工程概况如表1所示。

表1 PE管道建设项目概况

工程的给水管道施工安装总长为1922m，其中PE管道长度1888m。本工程的PE 管采用埋地敷设，管径在150～200mm，采用热熔连接，工程施工质量等级要求为合格。

2.2 PE管热熔施工要点及质量控制举措

2.2.1 做好技术准备工作

为了能够切实发挥PE 管热熔施工技术的作用，该工程项目从准备工作入手进行优化，配合全过程控制调试电焊机，确保对接电焊机工作正常。在平整场地过程中，预先排除范围内存在的大块土石，确保管道平顺，并做好防风防尘工作，配合临时挡风设施，要求在大风扬尘天气停止作业。施工过程中，用洁净布擦拭管道接口及附近区域，确保整洁无杂质，并提前做焊接试验，确定焊接工艺参数，并严格遵照参数执行既定工作，必要时根据天气、环境、温度等变化对其做适当调整[6]。

（1）加热温度参数的确定

该项目在准备工作中，多次进行各施工段的现场试验得到标准信息数据，发现PE 管热熔温度＜210℃时，管道的黏流性还没有达到最佳状态，增加时间其连接质量也难以达标；且当温度＞230℃时候，材料将会发生氧化破坏，因材料发生变质难以符合工程要求。以A0+000～A0+540 段为例，案例工程预先确定了PE管材，最佳焊接温度设定为210～230℃，此温度下材料会处于黏流状态，且可以熔融流动，大分子之间可以互相扩散缠绕，形成最佳连接效果，切实提高整体施工质量[7]。

（2）加热与冷却时间的确定

要保证PE 管热熔施工质量，必须预先确认加热时间，使温度能够均匀传递到焊接面，为了保持最佳的焊接温度，加热时间取10×壁厚（mm）s，且由于聚合物材料的导热性差，需着重开展结晶降温工作，降温时间在1.15～1.33×壁厚（mm）min，在一定的压力下冷却，避免焊接端面有缩孔，需要注意的是:如果环境温度＞25℃时，每升高1℃降温时间延长1min；在＜5℃时每下降1℃降温时间减少1min，以保证施工质量。

（3）压力的确定

熔融对接压力，是垂直作用于两个对接面上的压力，案例工程项目根据实际施工的材质、自然环境情况，结合焊机使用说明书，对各项参数按照下式计算：

式中：P——焊接压力，MPa；

K——材料压力系数；

S1——管截面积；

S2——油缸活塞总有效面积。

在此过程中需要考虑到执行中牵引所需压力，并结合所获取的信息进行调整，切实提高PE 管热熔施工质量。

2.2.2 管材的紧固夹持与铣削

案例工程项目将需焊接的PE 管件预先固定在对接焊机上，按管材尺寸使用夹具，连接件的轴线顺直度确保在同一轴线上，并将管材置于机架卡瓦内，将两端的长度控制在25～30mm 范围。端面用铣刀刨光时要先开启铣刀，让铣刀高速转动，再将进给手轮缓缓转动；对于需要连续铣削的，要将铣刀盘先行撤出，调节夹具的松紧程度使对接件顺直。在实际铣削过程中，给两段管材施加压力使二者逐步靠近，待铣刀将两端口均有连续均匀的屑渣排出，现场观察对接端面的光滑度、平整度和垂直度是否满足要求，如果满足即可停止施压，待铣刀停止工作，再退出活动架，最后清理端口，确保整洁。

2.2.3 加热管端并对接

测量拖拉力（移动夹具的摩擦阻力）是PE 热熔施工的重要组成部分，为了能够规避质量问题，着重关注加热管对接相关工作，在确认标准后给出压力阈值，并检查加热板温度是否达标。在实际操作过程中，如加热板温度达到设定值（210～230℃）则放入机架，使管端面与加热板之间刚好保持接触，在两侧最小卷边达到规定宽度时进行预热，完成后建立对接焊的熔融环，从而有效消除管端面存留的微小间隙。时间达到规范和设计要求后，退开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两管端，其切换时间应尽可能短，冷却到规定的时间后松开卡瓦，取出连接完成的PE 管材以及加热板，迅速启动油泵压力接合两管材加热面，并升压至熔接压力保压冷却。

2.2.4 冷却接口

在完成PE 管热熔对接后，让接口自然冷却，DN110 以下小口径的对接冷却时间≥20min；DN110 以上口径的对接需冷却30min 以上，其他标准参数则作为冷却要求的补充标准。

2.2.5 施工质量检查

在冷却到规定时间后，打开夹具并从机架上移开管材，观察卷边判定连接质量，对熔融接合口的外观进行检查，对口热熔环向高度、宽度成形应均匀、美观，其高度、宽度应适宜，检查合格可证明连接完成。

2.3 PE管道热熔连接施工质量问题及对策

PE 给水管施工必须遵循热熔对接焊机的操作说明进行操作，需严格确定管道的热熔时间、冷却时间、焊接温度。该工程管道施工中出现了一些热熔连接质量问题，现就其原因进行分析并介绍处理对策。

2.3.1 焊道两边高度不一致，接口错位

管道连接偏离轴线、焊接的错口或缝隙等质量问题容易发生于管道夹持阶段。主要原因有几点：管材没有对中或者沟槽不平整，发生了偏移；焊道两侧的管材加热时间和温度存在差异；管材的材质不一致；外界环境的影响，如大风。

为了有效规避问题的发生，案例工程预先控制好接口处的对接缝隙和错位量，检查合拢两端口是否对齐，且要求管材两端的错位量不应超过管壁厚的10%或 1mm 中的较大值[5]。在 A1+300～A1+922 段发现部分PE 管热熔不满足上述要求后，进行再次铣削，直到满足上述要求。而针对沟槽不太平整问题，用垫块将管材机架以外的管身垫起，使管材轴线与机架中心线处于同一高度，控制加热板温度数值的一致性，后续施工则注意天气、温度因素的影响，要求不在大风天气下进行施工。

2.3.2 局部不卷边或卷边不对称

焊接端面沿PE 管圆周平滑对称的卷边且卷边最低处的深度不应低于管材表面，被视为合格的PE 管卷边。不对称的卷边则为不合格。不对称的卷边原因主要有以下几点：铣刀切削不平整，造成缝隙宽度不一致，甚至出现较大缝隙；加热加压的时间短；吸热时间不够或机架行程不够导致卷边太小；加热板表面没有清理或者屈曲，没有和管道断面完全接触。

处理对策：预先固定好铣刀，要保证铣刀不得变形、晃动并且足够锋利，钝刀必须更换；适当延长加压时间，控制到产生最小卷边高度；清理修整加热板，有明显变形的要更换新板。

2.3.3 焊道窄且高或者假焊

焊道过窄的主要原因是热熔连接时没有控制好对接压力和加热时间，还有可能是加热板过热，三者中有一个指标过高都容易导致。为此降低对接压力、缩短加热时间和控制好加热板温度，控制对碰速度，要求缓慢而且匀速，避免融合不够充分而虚焊。

2.3.4 杂物粘附在接头处，造成接头渗水

在实际施工中发现，A0+892～A1+020 段某处热熔接口在闭水试验时存在渗水的情况，仔细勘察发现接口处有颗粒状鼓起，切开发现有细沙和纤维，说明施工过程中没有把接头清理干净，或者是防风措施没做好，被风吹附着在正在融合的接口处。针对这种情况，只能将该处接口重新返工。

通过对以上问题的分析，综合考虑连接材料的性能、切削工艺、温度控制和环境条件等因素，对PE 管道热熔做好切削确保断面平整，对接过程中控制好温度、时间、压力3个参数，保证热熔连接施工质量。PE 管热熔现场见图2所示。

图2 现场热熔连接接头实景

2.4 热熔连接质量检验

根据规范要求的检验项目进行实测，表2 的数据表明该工程连接施工质量已符合相关要求。

表2 热熔连接质量检验结果

3 结束语

综上所述，PE 管具有抗腐蚀性好、易于加工、强度高且耐久等优势，在市政给水工程中应用广泛。工程中PE 管热熔接口存在焊道两边高度不一致甚至错位问题、局部卷边问题、焊道窄且高或者假焊、杂物粘附带来的质量问题等，这与热熔连接施工工艺技术应用水平有关。实践表明，热熔连接必须要综合考虑连接材料的性能、切削工艺、温度控制和环境条件等因素，只有全面把握影响质量的因素，采取针对性的施工对策，才能保证热熔连接施工质量。