《聚乙烯(PE)管道熱熔焊技術(shù)》

1、高密度聚乙烯（PE）管道熱熔焊技術(shù)摘 要：高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特點是分子鏈上沒有支鏈，因此分子鏈排布規(guī)整，具有較高的密度。高密度聚乙烯在1956年推出至今已有幾十年的歷史，近幾年高密度聚乙烯在國內(nèi)得到突飛猛進的發(fā)展，其應用范圍在不斷地得到拓展。本文著重介紹高密度聚乙烯（PE）管道的優(yōu)點及發(fā)展趨勢、PE管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成、焊接、焊接過程中的注意事項等。關(guān)鍵詞：PE管道 PE管材的優(yōu)點 PE管道熱熔焊1概 述高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點約為130，相對密度為0.941-0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性

2、，機械強度好，耐環(huán)境應力開裂性亦較好。本世紀在管道領(lǐng)域發(fā)生了一場革命性的進步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學技術(shù)的飛躍進步，塑料管材開發(fā)利用的深化，生產(chǎn)工藝的不斷改進，塑料管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價代用品”。在這場革命中，高密度聚乙烯（PE）管道倍受青睞，日益發(fā)出奪目的光輝，廣泛用于燃氣輸送、給水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、礦山細顆粒固體輸送，以及油田、化工和郵電通訊等領(lǐng)域，特別在燃氣輸送上得到了普遍的應用。隨著我國城市化進程加快，面對人口、資源和環(huán)境的巨大壓力，為確保國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，我國政府逐年加大對城市基礎設施的投入，市政公用管道建設

3、不斷加快。國家化學建材產(chǎn)業(yè)十五計劃和2010年發(fā)展規(guī)劃綱要指出：塑料管的推廣應用主要以UPV-C和PE管為主。PE管可用于城市供水管、城市排水網(wǎng)和城市燃氣網(wǎng)，尤其是城市燃氣管網(wǎng)所用的塑料管幾乎全部是采用PE管，且PE管有較好的衛(wèi)生性能和可回收性，在輸送介質(zhì)時比較鋼管的輸送阻力要小大約50倍，同時由于施工采用熱熔連接，管件與管材之間可以充分的融為一體，接頭質(zhì)量可靠，且PE管材重量較輕給施工帶來很大的方便， PE管的優(yōu)越性是不容置疑的，所以近十年來，全國許多大中城市在燃氣、供水中低壓管線（包括庭院管網(wǎng)和排水管網(wǎng)）敷設中大量采用PE管。2. PE管材的優(yōu)點2.1優(yōu)異的物理性能PE管材重量輕（平均密度

4、為0.95g/cm3），其重量是普通鋼管重量的倍，因此在運輸和施工中更加方便， 同時PE管材有很好的剛性、強度，也有很好的柔性、耐蠕變性，而且PE管材具有熱熔連接的特點，更有利于工程施工過程中的安裝。2.2耐腐蝕，使用壽命長我國地域廣闊，各地區(qū)的地理條件大不相同，有地區(qū)空氣濕度大，有地區(qū)時有酸雨降下，有地區(qū)紫外線照射強度大，有地區(qū)地下水位高且水中含酸、含堿，有的地區(qū)氣溫很低（PE管可耐低溫到-60）PE管均可以適應以上的各種不利條件，同時PE管對管內(nèi)所走的介質(zhì)要求也不高，故PE管在施工過程中不需要做防腐處理。PE管的使用壽命可達50年，較普通鋼管壽命長出約20-30年。2.3韌性、撓性好。由于

5、PE管的韌性、撓性較鋼管要好出很多，故PE管可以用在各種復雜的工作環(huán)境和各種復雜的地理位置。2.4流通能力大，經(jīng)濟上合算。因PE管內(nèi)外壁光滑，介質(zhì)在流動時阻力很小，同時在管內(nèi)外不會滋生藻類、細菌或真菌，不會在管內(nèi)結(jié)垢，故PE管在使用上維護費用很低，在經(jīng)濟上較普通鋼管合算。2.5連接方便，施工簡單，方法多樣PE管的施工方法、連接方式有多種多樣，視其具體情況而確定施工方法和連接方式。但每種施工方法和連接方式都教其它材料的施工方法簡單。2.5.1小管徑鋪設當管線較長且管徑小于63毫米時，可采用盤管進行敷設，此種形式的鋪設可以最大限度的減少接頭，接頭的減少實際上就是提高了工作效率，提高了施工質(zhì)量，提高

6、了工程進度，降低了勞動強度。2.5.2較小管徑的鋪設當PE管材直徑在63-150mm時，我們通常采用熱熔承插、熱熔對接和金屬絲牙三種方式進行連接。無論采取哪種施工方式，其對施工作業(yè)面的要求非常的低，作業(yè)面的要求低到只要挖出管溝就可進行管道連接施工。管道連接所需的施工時間短，連接一個63-150mm的PE管道只需時間約3-8分鐘，而普通的鋼管連接最少也要30分鐘。PE管的會較大的縮短施工時間。2.5.3較大管徑的焊接當PE管材直徑在150mm以上，我們一般采用電熔焊接。電熔焊接是母材與母材直接通過加熱連接，此種連接避免了大管道連接時管件與管材材質(zhì)不一而產(chǎn)生的膨脹破壞。2.5.4簡化水面施工對過江

7、、湖等水面施工，PE管材可采用管沉入的方法鋪設在水底，較普通鋼管大大降低了施工難度和工程費用。同時可以大大的提高使用壽命。2.6密封性好PE管本身采用熔接連接（熱熔或電熔），本質(zhì)上保證了接口材質(zhì)，結(jié)構(gòu)與管體本身的同一性，實現(xiàn)了接頭與管材的一體化。其接口的抗拉強度與爆破強度均高于管材本體，可有效抵抗內(nèi)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應力軸向應力。因此，與橡膠圈類接頭或其他機械接頭相比，不存在接應扭曲造成的泄露危險，密封性能十分良好。PE管本身的高密度性也保證了管材本身的密封效果，其抗?jié)B漏性在某些方面甚至超過了普通鋼管。2.7維修方便，由于PE管本身重量較輕，安裝較快捷性，對施工周邊環(huán)境要求不高，因此決定了其維修的

8、方便性。2.8低溫抗沖擊性好PE管的低溫脆化溫度極低，可在-70 -100低溫度范圍內(nèi)安全使用,不會發(fā)生脆性斷裂。2.9良好的抵抗快速裂紋傳遞能力。因PE管具備良好的韌性，故其在傳遞裂紋時十分的緩慢，給我們留出足夠的時間對管道進行修復。3、PE管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成PE管網(wǎng)系統(tǒng)是由PE管材，管件，PE閥組成。3.1PE管的分類 PE管按照其密度不同分為高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和低密度高壓聚乙烯（LDPE）。PE管根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為單層實壁管、雙壁波紋管和螺旋纏繞管等。雙壁波紋管和螺旋纏繞管主要是用HDPE原料加工而成，主要應用于城市排水；單層實壁HDPE管主要應用于城

9、市供水、城市燃氣輸送；單層實壁MDPE管主要應用于城市燃氣輸送；單層實壁LDPE管大量應用于農(nóng)用排灌管道和工業(yè)普通管道。3.2 PE管件PE管道系統(tǒng)的管件又可分為：套筒、彎頭、三通、鞍型三通、變徑、端堵、法蘭、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭等。3.3 閥件PE管道所用閥件主要為球閥、截止閥、水嘴等，PE閥是聚乙烯燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的控制元件。它開啟、關(guān)閉的力矩小，閥門無腐蝕，維護和維修都比較方便，使用壽命較普通的碳鋼閥門時間長出約20倍次數(shù)（此數(shù)據(jù)為經(jīng)驗數(shù)據(jù)換算），聚乙烯管網(wǎng)系統(tǒng)的完整性提高。整體式的閥體，免除了泄漏的可能，PE閥與PE管道連接時，閥體兩端的直口可使用對接焊、電熔焊連接，也可使用法蘭連接、絲

10、扣連接等多種連接方式，閥門的開、關(guān)在地面操作。4、施工中PE管常用的連接方式為獲得優(yōu)良的施工質(zhì)量，我們就必須依據(jù)其PE管特性制定出可靠的施工工藝。PE管其實是聚乙烯的一種線性高聚物，由簡單高分子人工合成，屬熱塑性高聚物；力學性能上的彈性模量較纖維和橡膠高，伸長率高，拉伸強度大。PE管正是由聚乙烯高分子鏈聚合而成，具有高溫易熔化，冷卻降溫凝固硬化還原的特性。我們在施工中利用熱熔機產(chǎn)生的高溫將管材熔化，再施壓對接使兩管口合二為一，之后持壓冷卻成型。4.1PE管熱熔連接簡述PE管熱熔連接方式主要為承插式、對接式，PE管一般可在190240之間的范圍內(nèi)被熔化(不同原材料牌號的熔化溫度略有不同)，此時若

11、將管材(或管件) 的熔化部分充分接觸，并保有適當?shù)膲毫?自身熱膨脹產(chǎn)生的壓力)，正確的連接位置，冷卻后便可牢固地融為一體。4.2按焊接方式不同，一般可分為熱熔焊接和電熱熔焊接管件加熱套套加熱墊加熱板管子本文主要介紹PE管熱熔焊。其焊接形式有兩種，即承插與對接，接頭形式見下圖。A、各部件B、加熱C、接合（ 圖 1 ）管子管子加熱板A、各部件B、加熱C、接合（ 圖 2 ）4.3焊前準備4.3.1焊工必須進行焊前培訓。4.3.2檢查焊機的工作狀態(tài)是否正常。4.3.3熱熔端尺寸固定焊件（管子與管件），使它們處于正確的幾何中心位置，并控制要熱熔的尺寸，一般對接焊熱熔尺寸為35cm，承插焊熱熔尺寸應較承插

12、深度大35cm.4.3.4調(diào)定加熱溫度焊機帶有加熱板表面溫度傳感器和可控制溫度和自動報警的溫度顯示器，焊前應根據(jù)所需焊接的PE管材管徑、厚度，將所需溫度調(diào)定。4.3.5對接壓力對接焊機帶有壓力傳感器和壓力顯示器，焊前檢查其使用情況，以便使用時準確掌握接合壓力（壓力過大、過小均不好）。4.4熔合面加工對熔合面進行加工，熔合面的加工一般用剝離和平刨兩種刀具，分別用于承接和對接。切記熔合面加工后，應立即焊接（熔接），避免熔合面加工好后放置時間過長污染熔合面，從而造成熔合效果不好甚至因夾雜開裂。4.4.1承插焊接的熔合面加工插入管件內(nèi)部的管子表面為熔合面。剝離刀具用來剝?nèi)ケ砻娴睦匣瘜樱ㄓ捎谧贤夤庹丈洚a(chǎn)

13、生，管件如有全封閉包裝則不必加工），剝離厚度應越小越好且不應大于0.1mm，以保證焊接質(zhì)量。4.4.2對接焊的熔合面（端面）加工刨床可以雙面施刨，每一側(cè)的加工直至看到連續(xù)的刨屑為止。加工后，應檢查兩端面是否均勻接觸，最大間隙不大于0.5mm。4.5焊接。4.5.1承插焊接加熱部件升溫至275時，將管子和管件從兩側(cè)慢慢推向加熱襯套和加熱墊，施以適當?shù)膲毫κ构茏优c管件準確到位，保持與加熱襯套軸向水平。當加熱部件移去之后，迅速將管子推進管件內(nèi)，一定要注意定位標志，并在推進當中一定要保持管材與管件的同心度。以適當?shù)膲毫S向推壓接合，取得充分的熔合，并維持與加熱時間相同的冷卻時間。具體操作參見表1。表1

14、管外徑（mm）管壁厚（mm）加熱時間（s）轉(zhuǎn)換時間（s）冷卻時間（s）162.0545202.5545252.7747323.0848403.712412504.618518635.124524756.330530907.04064011011.4506504.5.2直接對接在PE管對接焊接時，應首先支設管道對接機，分別在對接機四周安放四支水準管，調(diào)節(jié)對接機四支腳架的高低，使對接機處于水平對接狀態(tài)。由于管材為6米長的型材，為使兩管道同心度在一條直線上，分別在兩管三分之二處設一托架，利用托架的升降調(diào)整器，使兩支點與對接接頭三點等高一線。PE管材管口在出廠時一般為毛口，為使接頭受熱均勻，管道對接時

15、必須先對管口進行切削整平。我們在施工中使用了一臺雙面切割機，施工時在管材兩端施以相等壓力，保持兩管口被切出的散片等量均勻，使兩切割口對接無縫，光潔平整即可。加熱板升溫至215時，熱熔時在兩管端施以相等外力，平穩(wěn)用力將二焊件推向加熱板，直至每個焊件的端面緊貼加熱板，待兩管口上翻出新鮮的熱熔層后即停止熱熔，取下熱熔機，均勻施力使兩管口對接融合為一體。待焊縫高度達0.51.5mm時，管口熱熔對接即進入冷卻階段，冷卻時必須保持壓力，待管口冷卻至環(huán)境溫度時方可停止外力。按表2計算加熱時間。表2序號管材型號（mm）平整度（mm）加熱時間（s）冷卻時間（s）熱熔溫度（）1750.36071902202900

16、.580719022031100.690919022041600.71101019022052001.01501319022062501.21701519022073151.5210251902204.6 操作要點4.6.1焊機操作人員技術(shù)必須熟練，并嚴格遵守操作規(guī)程。4.6.2加工過的焊面嚴禁觸摸，否則需用清潔劑清洗，加工后立即熔接。4.6.3在整個過程中必須保持熔接件的正確幾何中心位置，以防歪曲、扭斜等缺陷。4.6.4表1和表2中的參數(shù)僅適用于環(huán)境溫度在10-20之間。在較低的環(huán)境溫度下施工時，視具體情況確定加熱時間，并盡量縮短轉(zhuǎn)換時間。4.6.5環(huán)境溫度低于+5時，必須采取一定的措施，以

17、確保焊接質(zhì)量。4.6.6每次加熱前，均需用清潔劑和無纖維的紙（或絲綢布）擦洗加熱部件。4.7質(zhì)量控制4.7.1準備對接管材在切割時，側(cè)壓力應先大（快速切除管口毛面）后?。奁焦芸冢?，切割機應垂直于操作平臺，保持切割機切割過程中穩(wěn)定，切割完成后應將殘屑從管口內(nèi)清除干凈，不留毛刺，使管口切割面平整、光潔。4.7.2 嚴格控制管道平直度，嚴禁進行明火烘彎，確保PE管道工程施工質(zhì)量。4.7.3熱熔機使用過程中溫度必須達到規(guī)定溫度方可用于熱熔對接施工，嚴禁未到規(guī)定溫度即進行熱熔。熱熔時要嚴格控制時間，針對管徑型號，準確掌握熱熔機持續(xù)熔化時間，嚴禁中途提起熱熔機中斷熱熔，熱熔過程中必須保持恒定壓力。4.7.4管口熔化后立即進行對接持壓自然冷卻，保證相應冷卻時間，待自然冷卻產(chǎn)生足夠強度后方可進行下一道工序。熱熔接頭自然冷卻過程中禁止采用冷水降溫，以防接頭驟冷產(chǎn)生脆性頭，避免留下質(zhì)量安全隱患。4.7.5 PE管道較金屬管硬度低，鋼性差，在搬運