《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(diǎn)是分子鏈上沒(méi)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(guó)內(nèi)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其應(yīng)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(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)、PE管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成、焊接、焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)等。關(guān)鍵詞：PE管道 PE管材的優(yōu)點(diǎn) PE管道熱熔焊1概 述高密度聚乙烯為無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)臭的白色顆粒，熔點(diǎn)約為130，相對(duì)密度為0.941-0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性

2、，機(jī)械強(qiáng)度好，耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性亦較好。本世紀(jì)在管道領(lǐng)域發(fā)生了一場(chǎng)革命性的進(jìn)步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步，塑料管材開(kāi)發(fā)利用的深化，生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，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(rèn)為是金屬管材的“廉價(jià)代用品”。在這場(chǎng)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?xì)廨斔?、給水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、礦山細(xì)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?xì)廨斔蜕系玫搅似毡榈膽?yīng)用。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，面對(duì)人口、資源和環(huán)境的巨大壓力，為確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)政府逐年加大對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的投入，市政公用管道建設(shè)

3、不斷加快。國(guó)家化學(xué)建材產(chǎn)業(yè)十五計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃綱要指出：塑料管的推廣應(yīng)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?xì)饩W(wǎng)，尤其是城市燃?xì)夤芫W(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(shí)比較鋼管的輸送阻力要小大約50倍，同時(shí)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(lái)很大的方便， PE管的優(yōu)越性是不容置疑的，所以近十年來(lái)，全國(guó)許多大中城市在燃?xì)狻⒐┧械蛪汗芫€（包括庭院管網(wǎng)和排水管網(wǎng)）敷設(shè)中大量采用PE管。2. PE管材的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)輸和施工中更加方便， 同時(shí)PE管材有很好的剛性、強(qiáng)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(diǎn)，更有利于工程施工過(guò)程中的安裝。2.2耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)我國(guó)地域廣闊，各地區(qū)的地理?xiàng)l件大不相同，有地區(qū)空氣濕度大，有地區(qū)時(shí)有酸雨降下，有地區(qū)紫外線照射強(qiáng)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(yīng)以上的各種不利條件，同時(shí)PE管對(duì)管內(nèi)所走的介質(zhì)要求也不高，故PE管在施工過(guò)程中不需要做防腐處理。PE管的使用壽命可達(dá)50年，較普通鋼管壽命長(zhǎng)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(fù)雜的工作環(huán)境和各種復(fù)雜的地理位置。2.4流通能力大，經(jīng)濟(jì)上合算。因PE管內(nèi)外壁光滑，介質(zhì)在流動(dòng)時(shí)阻力很小，同時(shí)在管內(nèi)外不會(huì)滋生藻類、細(xì)菌或真菌，不會(huì)在管內(nèi)結(jié)垢，故PE管在使用上維護(hù)費(fèi)用很低，在經(jīng)濟(jì)上較普通鋼管合算。2.5連接方便，施工簡(jiǎn)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(jiǎn)單。2.5.1小管徑鋪設(shè)當(dāng)管線較長(zhǎng)且管徑小于63毫米時(shí)，可采用盤(pán)管進(jìn)行敷設(shè)，此種形式的鋪設(shè)可以最大限度的減少接頭，接頭的減少實(shí)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(jìn)度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。2.5.2較小管徑的鋪設(shè)當(dāng)PE管材直徑在63-150mm時(shí)，我們通常采用熱熔承插、熱熔對(duì)接和金屬絲牙三種方式進(jìn)行連接。無(wú)論采取哪種施工方式，其對(duì)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(jìn)行管道連接施工。管道連接所需的施工時(shí)間短，連接一個(gè)63-150mm的PE管道只需時(shí)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(huì)較大的縮短施工時(shí)間。2.5.3較大管徑的焊接當(dāng)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(guò)加熱連接，此種連接避免了大管道連接時(shí)管件與管材材質(zhì)不一而產(chǎn)生的膨脹破壞。2.5.4簡(jiǎn)化水面施工對(duì)過(guò)江

7、、湖等水面施工，PE管材可采用管沉入的方法鋪設(shè)在水底，較普通鋼管大大降低了施工難度和工程費(fèi)用。同時(shí)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(shí)現(xiàn)了接頭與管材的一體化。其接口的抗拉強(qiáng)度與爆破強(qiáng)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(yīng)力軸向應(yīng)力。因此，與橡膠圈類接頭或其他機(jī)械接頭相比，不存在接應(yīng)扭曲造成的泄露危險(xiǎn)，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(guò)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(duì)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(huì)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(shí)十分的緩慢，給我們留出足夠的時(shí)間對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)。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(shí)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(yīng)用于城市排水；單層實(shí)壁HDPE管主要應(yīng)用于城

9、市供水、城市燃?xì)廨斔?；單層?shí)壁MDPE管主要應(yīng)用于城市燃?xì)廨斔?；單層?shí)壁LDPE管大量應(yīng)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?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的控制元件。它開(kāi)啟、關(guān)閉的力矩小，閥門(mén)無(wú)腐蝕，維護(hù)和維修都比較方便，使用壽命較普通的碳鋼閥門(mén)時(shí)間長(zhǎng)出約20倍次數(shù)（此數(shù)據(jù)為經(jīng)驗(yàn)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(shí)，閥體兩端的直口可使用對(duì)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(mén)的開(kāi)、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(shí)是聚乙烯的一種線性高聚物，由簡(jiǎn)單高分子人工合成，屬熱塑性高聚物；力學(xué)性能上的彈性模量較纖維和橡膠高，伸長(zhǎng)率高，拉伸強(qiáng)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?cè)谑┕ぶ欣脽崛蹤C(jī)產(chǎn)生的高溫將管材熔化，再施壓對(duì)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(jiǎn)述PE管熱熔連接方式主要為承插式、對(duì)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(hào)的熔化溫度略有不同)，此時(shí)若

11、將管材(或管件) 的熔化部分充分接觸，并保有適當(dāng)?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(duì)接，接頭形式見(jiàn)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(zhǔn)備4.3.1焊工必須進(jìn)行焊前培訓(xùn)。4.3.2檢查焊機(jī)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(duì)接焊熱熔尺寸為35cm，承插焊熱熔尺寸應(yīng)較承插

12、深度大35cm.4.3.4調(diào)定加熱溫度焊機(jī)帶有加熱板表面溫度傳感器和可控制溫度和自動(dòng)報(bào)警的溫度顯示器，焊前應(yīng)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(duì)接壓力對(duì)接焊機(jī)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(shí)準(zhǔn)確掌握接合壓力（壓力過(guò)大、過(guò)小均不好）。4.4熔合面加工對(duì)熔合面進(jìn)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(duì)接。切記熔合面加工后，應(yīng)立即焊接（熔接），避免熔合面加工好后放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)污染熔合面，從而造成熔合效果不好甚至因夾雜開(kāi)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(lái)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(yīng)越小越好且不應(yīng)大于0.1mm，以保證焊接質(zhì)量。4.4.2對(duì)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(yīng)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(shí)，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(dāng)?shù)膲毫κ构茏优c管件準(zhǔn)確到位，保持與加熱襯套軸向水平。當(dāng)加熱部件移去之后，迅速將管子推進(jìn)管件內(nèi)，一定要注意定位標(biāo)志，并在推進(jìn)當(dāng)中一定要保持管材與管件的同心度。以適當(dāng)?shù)膲毫S向推壓接合，取得充分的熔合，并維持與加熱時(shí)間相同的冷卻時(shí)間。具體操作參見(jiàn)表1。表1

14、管外徑（mm）管壁厚（mm）加熱時(shí)間（s）轉(zhuǎn)換時(shí)間（s）冷卻時(shí)間（s）162.0545202.5545252.7747323.0848403.712412504.618518635.124524756.330530907.04064011011.4506504.5.2直接對(duì)接在PE管對(duì)接焊接時(shí)，應(yīng)首先支設(shè)管道對(duì)接機(jī)，分別在對(duì)接機(jī)四周安放四支水準(zhǔn)管，調(diào)節(jié)對(duì)接機(jī)四支腳架的高低，使對(duì)接機(jī)處于水平對(duì)接狀態(tài)。由于管材為6米長(zhǎng)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(shè)一托架，利用托架的升降調(diào)整器，使兩支點(diǎn)與對(duì)接接頭三點(diǎn)等高一線。PE管材管口在出廠時(shí)一般為毛口，為使接頭受熱均勻，管道對(duì)接時(shí)

15、必須先對(duì)管口進(jìn)行切削整平。我們?cè)谑┕ぶ惺褂昧艘慌_(tái)雙面切割機(jī)，施工時(shí)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(duì)接無(wú)縫，光潔平整即可。加熱板升溫至215時(shí)，熱熔時(shí)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(gè)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(jī)，均勻施力使兩管口對(duì)接融合為一體。待焊縫高度達(dá)0.51.5mm時(shí)，管口熱熔對(duì)接即進(jìn)入冷卻階段，冷卻時(shí)必須保持壓力，待管口冷卻至環(huán)境溫度時(shí)方可停止外力。按表2計(jì)算加熱時(shí)間。表2序號(hào)管材型號(hào)（mm）平整度（mm）加熱時(shí)間（s）冷卻時(shí)間（s）熱熔溫度（）1750.36071902202900

16、.580719022031100.690919022041600.71101019022052001.01501319022062501.21701519022073151.5210251902204.6 操作要點(diǎn)4.6.1焊機(jī)操作人員技術(shù)必須熟練，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。4.6.2加工過(guò)的焊面嚴(yán)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(gè)過(guò)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(shí)，視具體情況確定加熱時(shí)間，并盡量縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間。4.6.5環(huán)境溫度低于+5時(shí)，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(wú)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(zhǔn)備對(duì)接管材在切割時(shí)，側(cè)壓力應(yīng)先大（快速切除管口毛面）后?。奁焦芸冢懈顧C(jī)應(yīng)垂直于操作平臺(tái)，保持切割機(jī)切割過(guò)程中穩(wěn)定，切割完成后應(yīng)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(yán)格控制管道平直度，嚴(yán)禁進(jìn)行明火烘彎，確保PE管道工程施工質(zhì)量。4.7.3熱熔機(jī)使用過(guò)程中溫度必須達(dá)到規(guī)定溫度方可用于熱熔對(duì)接施工，嚴(yán)禁未到規(guī)定溫度即進(jìn)行熱熔。熱熔時(shí)要嚴(yán)格控制時(shí)間，針對(duì)管徑型號(hào)，準(zhǔn)確掌握熱熔機(jī)持續(xù)熔化時(shí)間，嚴(yán)禁中途提起熱熔機(jī)中斷熱熔，熱熔過(guò)程中必須保持恒定壓力。4.7.4管口熔化后立即進(jìn)行對(duì)接持壓自然冷卻，保證相應(yīng)冷卻時(shí)間，待自然冷卻產(chǎn)生足夠強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一道工序。熱熔接頭自然冷卻過(guò)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