市政供水PE管道熱熔連接關鍵技術及質量控制

游小鷺

（福建省新越建工有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

PE 管是當前市政給水工程常用的管材，該類管材相比于傳統(tǒng)鑄鐵管、鍍鋅管等具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為抗腐蝕性優(yōu)良、無毒無害，更大程度上保證了供水水質衛(wèi)生；優(yōu)良的易加工性，質量輕、方便搬運，提升施工效率；強度高，韌性好，具有很長的使用壽命，能有效降低后期維護成本[1-2]。PE 管逐漸替代了很多傳統(tǒng)給水管，在市政管道工程中的應用越來越多。但是，PE管道的安裝過程中熱熔連接的質量問題較為普遍。因此，研究PE 管道安裝的連接施工技術具有很好的工程應用價值。

1 PE管道的熱熔連接工藝

PE 管道系統(tǒng)的熱熔連接方式有熱熔承插連接和熱熔對接。其熱熔原理是利用聚乙烯在200℃左右的溫度下被融化后，變成柔軟且高彈性的狀態(tài)，大分子開始發(fā)生相對運動，此時通過施加一定壓力可以使其變形持續(xù)增加，待外力解除后，產(chǎn)生不可逆的塑性變形，并且冷卻后保持變形后的狀態(tài)，綜合性能不受影響[3]。

熱熔承插連接適用于直徑比較小的管材（直徑在DN63mm 以下），因為直徑小的管材、管件管壁較薄，截面較小，采用熱熔對接不易保證質量。熱熔連接是將兩根PE 管道的接合面緊貼在熱熔對焊機上加熱，使其平整的端面熔融，移走加熱工具后，將兩個熔融的端面緊靠在一起，在壓力的作用下保持到接頭冷卻，使之成為一個整體[4]。熱熔連接適用于對接直徑比較大的管材管件，比承插連接用料省、易制造[5]，并且，在熔接前切去氧化表面層，熔接壓力可以控制，質量較易保證。熱熔連接的施工工藝如圖1所示。

圖1 PE管道熱熔連接工藝

2 PE管道熱熔連接技術的應用實例

2.1 工程概況

該工程為連城縣莒溪鎮(zhèn)集鎮(zhèn)供水改擴建項目，主要對莒溪集鎮(zhèn)區(qū)的給水管道進行改造，工程概況如表1所示。

表1 PE管道建設項目概況

工程的給水管道施工安裝總長為1922m，其中PE管道長度1888m。本工程的PE 管采用埋地敷設，管徑在150～200mm，采用熱熔連接，工程施工質量等級要求為合格。

2.2 PE管熱熔施工要點及質量控制舉措

2.2.1 做好技術準備工作

為了能夠切實發(fā)揮PE 管熱熔施工技術的作用，該工程項目從準備工作入手進行優(yōu)化，配合全過程控制調試電焊機，確保對接電焊機工作正常。在平整場地過程中，預先排除范圍內存在的大塊土石，確保管道平順，并做好防風防塵工作，配合臨時擋風設施，要求在大風揚塵天氣停止作業(yè)。施工過程中，用潔凈布擦拭管道接口及附近區(qū)域，確保整潔無雜質，并提前做焊接試驗，確定焊接工藝參數(shù)，并嚴格遵照參數(shù)執(zhí)行既定工作，必要時根據(jù)天氣、環(huán)境、溫度等變化對其做適當調整[6]。

（1）加熱溫度參數(shù)的確定

該項目在準備工作中，多次進行各施工段的現(xiàn)場試驗得到標準信息數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)PE 管熱熔溫度＜210℃時，管道的黏流性還沒有達到最佳狀態(tài)，增加時間其連接質量也難以達標；且當溫度＞230℃時候，材料將會發(fā)生氧化破壞，因材料發(fā)生變質難以符合工程要求。以A0+000～A0+540 段為例，案例工程預先確定了PE管材，最佳焊接溫度設定為210～230℃，此溫度下材料會處于黏流狀態(tài)，且可以熔融流動，大分子之間可以互相擴散纏繞，形成最佳連接效果，切實提高整體施工質量[7]。

（2）加熱與冷卻時間的確定

要保證PE 管熱熔施工質量，必須預先確認加熱時間，使溫度能夠均勻傳遞到焊接面，為了保持最佳的焊接溫度，加熱時間取10×壁厚（mm）s，且由于聚合物材料的導熱性差，需著重開展結晶降溫工作，降溫時間在1.15～1.33×壁厚（mm）min，在一定的壓力下冷卻，避免焊接端面有縮孔，需要注意的是:如果環(huán)境溫度＞25℃時，每升高1℃降溫時間延長1min；在＜5℃時每下降1℃降溫時間減少1min，以保證施工質量。

（3）壓力的確定

熔融對接壓力，是垂直作用于兩個對接面上的壓力，案例工程項目根據(jù)實際施工的材質、自然環(huán)境情況，結合焊機使用說明書，對各項參數(shù)按照下式計算：

式中：P——焊接壓力，MPa；

K——材料壓力系數(shù)；

S1——管截面積；

S2——油缸活塞總有效面積。

在此過程中需要考慮到執(zhí)行中牽引所需壓力，并結合所獲取的信息進行調整，切實提高PE 管熱熔施工質量。

2.2.2 管材的緊固夾持與銑削

案例工程項目將需焊接的PE 管件預先固定在對接焊機上，按管材尺寸使用夾具，連接件的軸線順直度確保在同一軸線上，并將管材置于機架卡瓦內，將兩端的長度控制在25～30mm 范圍。端面用銑刀刨光時要先開啟銑刀，讓銑刀高速轉動，再將進給手輪緩緩轉動；對于需要連續(xù)銑削的，要將銑刀盤先行撤出，調節(jié)夾具的松緊程度使對接件順直。在實際銑削過程中，給兩段管材施加壓力使二者逐步靠近，待銑刀將兩端口均有連續(xù)均勻的屑渣排出，現(xiàn)場觀察對接端面的光滑度、平整度和垂直度是否滿足要求，如果滿足即可停止施壓，待銑刀停止工作，再退出活動架，最后清理端口，確保整潔。

2.2.3 加熱管端并對接

測量拖拉力（移動夾具的摩擦阻力）是PE 熱熔施工的重要組成部分，為了能夠規(guī)避質量問題，著重關注加熱管對接相關工作，在確認標準后給出壓力閾值，并檢查加熱板溫度是否達標。在實際操作過程中，如加熱板溫度達到設定值（210～230℃）則放入機架，使管端面與加熱板之間剛好保持接觸，在兩側最小卷邊達到規(guī)定寬度時進行預熱，完成后建立對接焊的熔融環(huán)，從而有效消除管端面存留的微小間隙。時間達到規(guī)范和設計要求后，退開活動架，迅速取出加熱板，然后合攏兩管端，其切換時間應盡可能短，冷卻到規(guī)定的時間后松開卡瓦，取出連接完成的PE 管材以及加熱板，迅速啟動油泵壓力接合兩管材加熱面，并升壓至熔接壓力保壓冷卻。

2.2.4 冷卻接口

在完成PE 管熱熔對接后，讓接口自然冷卻，DN110 以下小口徑的對接冷卻時間≥20min；DN110 以上口徑的對接需冷卻30min 以上，其他標準參數(shù)則作為冷卻要求的補充標準。

2.2.5 施工質量檢查

在冷卻到規(guī)定時間后，打開夾具并從機架上移開管材，觀察卷邊判定連接質量，對熔融接合口的外觀進行檢查，對口熱熔環(huán)向高度、寬度成形應均勻、美觀，其高度、寬度應適宜，檢查合格可證明連接完成。

2.3 PE管道熱熔連接施工質量問題及對策

PE 給水管施工必須遵循熱熔對接焊機的操作說明進行操作，需嚴格確定管道的熱熔時間、冷卻時間、焊接溫度。該工程管道施工中出現(xiàn)了一些熱熔連接質量問題，現(xiàn)就其原因進行分析并介紹處理對策。

2.3.1 焊道兩邊高度不一致，接口錯位

管道連接偏離軸線、焊接的錯口或縫隙等質量問題容易發(fā)生于管道夾持階段。主要原因有幾點：管材沒有對中或者溝槽不平整，發(fā)生了偏移；焊道兩側的管材加熱時間和溫度存在差異；管材的材質不一致；外界環(huán)境的影響，如大風。

為了有效規(guī)避問題的發(fā)生，案例工程預先控制好接口處的對接縫隙和錯位量，檢查合攏兩端口是否對齊，且要求管材兩端的錯位量不應超過管壁厚的10%或 1mm 中的較大值[5]。在 A1+300～A1+922 段發(fā)現(xiàn)部分PE 管熱熔不滿足上述要求后，進行再次銑削，直到滿足上述要求。而針對溝槽不太平整問題，用墊塊將管材機架以外的管身墊起，使管材軸線與機架中心線處于同一高度，控制加熱板溫度數(shù)值的一致性，后續(xù)施工則注意天氣、溫度因素的影響，要求不在大風天氣下進行施工。

2.3.2 局部不卷邊或卷邊不對稱

焊接端面沿PE 管圓周平滑對稱的卷邊且卷邊最低處的深度不應低于管材表面，被視為合格的PE 管卷邊。不對稱的卷邊則為不合格。不對稱的卷邊原因主要有以下幾點：銑刀切削不平整，造成縫隙寬度不一致，甚至出現(xiàn)較大縫隙；加熱加壓的時間短；吸熱時間不夠或機架行程不夠導致卷邊太??；加熱板表面沒有清理或者屈曲，沒有和管道斷面完全接觸。

處理對策：預先固定好銑刀，要保證銑刀不得變形、晃動并且足夠鋒利，鈍刀必須更換；適當延長加壓時間，控制到產(chǎn)生最小卷邊高度；清理修整加熱板，有明顯變形的要更換新板。

2.3.3 焊道窄且高或者假焊

焊道過窄的主要原因是熱熔連接時沒有控制好對接壓力和加熱時間，還有可能是加熱板過熱，三者中有一個指標過高都容易導致。為此降低對接壓力、縮短加熱時間和控制好加熱板溫度，控制對碰速度，要求緩慢而且勻速，避免融合不夠充分而虛焊。

2.3.4 雜物粘附在接頭處，造成接頭滲水

在實際施工中發(fā)現(xiàn)，A0+892～A1+020 段某處熱熔接口在閉水試驗時存在滲水的情況，仔細勘察發(fā)現(xiàn)接口處有顆粒狀鼓起，切開發(fā)現(xiàn)有細沙和纖維，說明施工過程中沒有把接頭清理干凈，或者是防風措施沒做好，被風吹附著在正在融合的接口處。針對這種情況，只能將該處接口重新返工。

通過對以上問題的分析，綜合考慮連接材料的性能、切削工藝、溫度控制和環(huán)境條件等因素，對PE 管道熱熔做好切削確保斷面平整，對接過程中控制好溫度、時間、壓力3個參數(shù)，保證熱熔連接施工質量。PE 管熱熔現(xiàn)場見圖2所示。

圖2 現(xiàn)場熱熔連接接頭實景

2.4 熱熔連接質量檢驗

根據(jù)規(guī)范要求的檢驗項目進行實測，表2 的數(shù)據(jù)表明該工程連接施工質量已符合相關要求。

表2 熱熔連接質量檢驗結果

3 結束語

綜上所述，PE 管具有抗腐蝕性好、易于加工、強度高且耐久等優(yōu)勢，在市政給水工程中應用廣泛。工程中PE 管熱熔接口存在焊道兩邊高度不一致甚至錯位問題、局部卷邊問題、焊道窄且高或者假焊、雜物粘附帶來的質量問題等，這與熱熔連接施工工藝技術應用水平有關。實踐表明，熱熔連接必須要綜合考慮連接材料的性能、切削工藝、溫度控制和環(huán)境條件等因素，只有全面把握影響質量的因素，采取針對性的施工對策，才能保證熱熔連接施工質量。