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聚乙烯管道电熔连接过程中的易发问题及质量控制
发布时间: 2017-5-24   点击:643【关闭窗口】

近年来,随着我国经济和和城镇建设的快速发展,聚乙烯管道得到了很大的推广和应用,聚乙稀管道以其卫生性能优良、重量轻、耐腐蚀、特殊的柔韧性(可盘曲)、可熔焊等优势,在市政和建筑给水、燃气输配等领域得到了广泛应用。聚乙烯管道的连接包括电熔连接和热熔对接连接,在中小口径管道的连接中有着广泛的应用,但由于电熔管件在国内使用的时间较短,管道施工单位工程质量管理水平的参差不齐,每年都发生大量的电熔管件连接质量问题,管道连接作为聚乙烯管道尤其是燃气管道质量管理过程中的重要一环,加强施工过程中的质量控制是保证聚乙烯管道系统安全稳定运行的关键,本文从电熔连接质量问题的现象入手,分析问题产生的原因,并从施工人员人员、电熔管件、焊接机具、施工环境,以及检测等方面,对电熔连接的质量控制控制加以探讨。

电熔连接是通过电熔管件套在管材外表面并通电加热实现连接。电熔管件包括套筒、鞍形、 变径、三通和弯头等 。电熔连接是利用焦耳效应,通电后集成在管件内表面的电阻线圈发热引起线圈附近的聚乙烯(PE)熔化,由物料膨胀产生的熔焊压力使连接界面焊接在一起。电熔连接方式有承插式连接和鞍型式连接两种方式。

电熔连接技术的关键是选择符合标准的管件,管材与管件之间连接界面的间隙适当,不同规格尺寸的连接有各自最佳间隙值;管材外表面在连接前刮削氧化皮时要保证工艺要求的最佳间隔值,以确保连接界面温度达到规定值时,由物料膨胀所建立起的熔焊压力,在整个熔接界面是均衡的,使分子链充分、均匀的扩散、缠结。


一、 电熔连接接头的缺陷主要有不良操作和焊接工艺缺陷两种现象

1、 不良操作对焊接质量的影响

不良操作是指在进行电熔连接时管件组装、定位、管材或插口管件表面氧化层的处理等操作不符合规范的要求,这些都会对接口质量造成不良影响并导致焊接失败,包括以下几种情况:

a) 焊接前对管材表面氧化层的刮除工作不充分。

此项问题在管道连接中较为常见,这是因为聚乙烯管材在生产过程中的冷却阶段会在管材表面形成一层约0.1-0.2mm的氧化层,因此进行电熔连接前必须对焊接区域的表面氧化层进行刮削处理。否则会大大增加不良接口的比率,甚至造成百分之百的熔接失败,对于电熔鞍型管件,焊接区域电热丝包覆线表面的刮削也是非常重要的。


b) 电熔管件与待焊管材不同轴现象

电熔管件进行焊接时,电热丝通电后向周围的聚乙烯材料进行加热,正常情况下,聚乙烯材料的加热并膨胀是均匀的,电热丝将周围的聚乙烯材料加热到熔融状态,熔料会慢慢填满空隙,不会在焊接界面存在应力现象,因此能获得较稳定的焊接质量,电熔管件与待焊管材组装时存在不同轴现象,电阻丝受到组件不同轴产生的空隙不均匀影响造成熔料发生从小空隙部位向大空隙部位位移情况,最终引起电阻丝堆积直至短路,这种情况往往导致出现聚乙烯材料的呈液体状态喷出焊接界面的现象。


电熔管件与待焊管材不同轴

c) 焊接时管件和管材安装不到位

焊接时管材插入管件位置没有达到焊接前的划线位置,即插入位置不到位,这样一部分电阻线将不与管材接触而裸露在空气中,导致焊接时裸露的电热丝通电后受热不均而出现冒烟甚至短路现象,引起焊接失败。

电熔鞍型管件未夹紧导致的熔接失败电熔鞍型管件在安装时需对管件的螺丝进行均匀的拧紧工作,保证鞍型管件的整个焊接端面与管材紧密贴合在一起,如果安装时电熔鞍型管件与管材之间存在缝隙,会引起鞍型管件的空焊,导致焊接时裸露的电热丝通电后受热不均而出现冒烟甚至短路现象,引起焊接失败。


            电熔鞍型管件未夹紧导致的熔接失败

d) 焊接后采用冷水强制冷却

焊接后的电熔管件需进行正常的自然冷却以获得最佳的焊接效果,冷却阶段中电热管件和管材不能受外力左右,且不得采用冷水等方式进行强制冷却,因为电熔管件冷却的过程是聚乙烯(PE)材料收缩的过程,强制冷却将引起焊接区域局部冷却不均匀导致焊接质量的下降。

2、 焊接工艺缺陷

a、 未熔接或熔接程度不够现象

此现象是指电熔管件焊接完成后,进行剥离试验时电熔管件与管材焊接处出现脆性开裂现象,此现象有可能在焊接完成后管件本身有发热现象,观察孔有顶出现象,甚至在焊接完成后的试压工作都有可能通过,但是在管道长时间运行后有可能会出现灾难性的事故。

出现此现象的原因有以下几点:

a) 部分厂家电熔焊机存在以下现象:焊接开始计时后输出电压需要大约4秒钟时间才能达到设定电压,这对于焊接时间较短的小口径电熔管件来说是致命的,例如dn63mm电熔套筒焊接时间仅为50秒,使用此种焊机进行焊接等于是将电熔套筒的焊接时间缩短的10%,这种情况下焊接质量必然无法保证。

b) 现场焊接时的电压受焊机或工作环境的影响达不到电熔管件焊接要求,导致焊接热量低,焊接区域未达到熔融状态进行正常的焊接;

现场焊接时焊接时间过短,有可能是设置时间过短或焊接过程中断,焊接热量低于正常焊接的热量,导致焊接失败;


c) 熔管件与管材的间隙过大,管件焊接时聚乙烯(PE)原料达到熔融状态后也无法充分填满整个焊接界面的间隙,造成整个焊接界面未熔合或熔接强度过低;

d) 电熔管件或管材表面在焊接前存在沙土、水、油等污染,焊接时这些杂物直接夹杂在焊接界面中,导致焊接界面的熔接质量严重下降,从而引起焊接面的脆性开裂现象。

b、 电熔管件的过熔现象

电熔管件过熔现象电熔管件的过熔现象是是指焊接时电熔管件出现聚乙烯(PE)原料呈流淌状溢出甚至喷出,管材或管件外观颜色发生变化。

出现过熔现象的原因很多,主要有以下几点:

a) 现场焊接时的电压受焊机或工作环境的影响超过电熔管件焊接要求,导致焊接热量过大,焊接区域达到熔融状态后继续加热导致聚乙烯(PE)原料受热过度造成聚乙烯(PE)原料呈流淌状溢出甚至喷出;

b) 现场焊接时焊接时间过长,有可能是设置时间过长或焊接过程出现异常,焊接热量超出正常焊接的热量,出现过熔现象。

过熔现象在焊接完成后的试压工作基本上都能通过,但过熔现象严重时对焊口处的聚乙烯(PE)原料会产生降解的影响从而影响焊口的焊接质量。


二、 电熔连接的质量控制

电熔连接的质量控制包括以下几点:

1、 选用具有可靠产品质量控制系统的管道原件生产厂家

聚乙烯压力管道专用原料的性能,能否有效转移到管材管件上,生产设备和制造工艺至关重要,事实表明,设备性能差,工艺控制落后,无法生产出满足标准要求的产品;在利益的驱使下,目前国内有些生产厂家使用非压力管道专用料生产,或测试设备不齐全,根本没有按产品标准的要求进行型相关的出厂检验,在管材管件的质量控制上一片空白,因此,施工前应选用具有可靠产品质量控制系统的管道原件生产厂家,目前国内的几大燃气公司也成立了G5+的组织,并对燃气管道生产厂家制定了相关的考核标准,这也推动了燃气管道产品行业的质量控制发展。

2、焊接机具

对聚乙烯(PE)管道的施工,大量工作集中在连接上,聚乙烯管道的连接方式有:热熔对接、热熔承插、电熔连接,无论使用热熔还是电熔连接,焊接机具的质量好坏是保证焊接接口质量的一个关键因素。目前,国内已经能够生产自动焊机并可以自动进行经过验证的工艺参数,并能根据环境温度等自然环境条件进行自动调整,焊接时的各种工艺参数记录可以存储、输出,消除了影响焊接接口质量的各种人为因素,有可靠的重复性,能实现可追溯性。与焊制机具配套的如整圆器、爬壁刮刀等辅助工具对管材的焊接质量和施工效率有很大的帮助。

2、 焊接工艺

目前我国已经全面的制定聚乙烯管道的产品、设计、施工等方面的标准,电熔管件的连接工艺可根据TSG D2002-2006《燃气用聚乙烯(PE)管道焊接技术规则》中的相关标准进行操作,电熔连接的工艺参数要按照管道元件的生产厂家进行焊接。

3、施工环境条件

在管道原件生产厂家,环境条件比较容易控制,尤其是在实验室内,但是,在野外的施工现场,环境条件较为恶劣而且变化很大,若控制不好,必将影响到聚乙烯(PE)管道的连接质量。2009年作者曾在江苏泰州处理过热熔焊接翻遍粘连现象的问题,在夏天太阳直晒的情况下,黑色聚乙烯管材表面温度可以达到60℃,在这种气温下施工,电熔或热熔连接的工艺参数包括温度、时间等必须进行调整。因此,管道安装敷设的工作环境应注意:在雨天、大风、低温潮湿等天气施工应做好防护措施;高温或低温天气施工必须修正焊接工艺参数。

4、过程管理

在管道施工管理方面,由于在我国的发展时间不长,应用技术的基础研究工作薄弱,有的设计人员、施工人员对聚乙稀管道系统的特性缺乏了解,既不能很好地针对具体工程选用合适的材料,也缺乏正确的施工技术,造成有的工程质量难以保证。因此,管材管件生产企业在大力推广新型聚乙烯管道系统的同时,应积极同应用设计部门配合,按照有关标准中的规定制订切实可操作的工程安装方案,并在施工中不断积累经验,不断改进完善,严格执行,确保管道的工程质量。在施工过程中,施工人员应根据管材管件生产厂家提供经过验证的电熔或热熔焊接工艺参数、工艺规程严格操作,并作好工艺记录和焊接接口质量自检记录,以确保焊接质量的稳定可靠和可追溯性。

这里要特别强调的是经过实践验证焊接工艺参数和规程,必须要有效的执行,这又和焊接设备性能的稳定和操作人员的责任心紧密相关。因此,必须实行施工过程的质量监督和检验责任制等相关现场施工管理制度。

5、 电熔连接后的质量检查

对聚乙烯(PE)压力管道检验的重点在于管材管件、焊接接口的质量。管材管件的质量有相应的国家标准和国际标准进行规范,用户必须严格按标准的要求采购材料和检测验证。在焊接接口的质量检验上,TSG D2002-2006《燃气用聚乙烯(PE)管道焊接技术规则》有详细描述,主要从外观和内在性能两方面进行,内在性能检验分为外观检验和破坏性试验及微观分析,必要时可按照上述标准进行相关的焊接工艺评定。本文不再详述。

6、人员

这是电熔连接,也是所有人类生产活动中所有质量控制的最重要一个环节,任何的生产行为都是由人来实现的。在管材管件的生产环节,原材料的质量控制、生产工艺规程的贯彻实施、制造过程检验和出厂检验、包装、储存、运输,在应用环节,材料的设计选用、焊接过程的控制、管道的安装施工以及质量检测等,都是靠人来完成的。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 第140号令《国家质量监督检验检疫总局关于修改<特种设备作业人员监督管理办法>的决定》第五条中规定:特种设备生产、使用单位(以下统称用人单位)应当聘(雇)用取得《特种设备作业人员证》的人员从事相关管理和作业工作,并对作业人员进行严格管理。特种设备作业人员应当持证上岗,按章操作。

因此,对人员的理论和操作培训、考核非常重要,通过培训考核,提高生产人员、施工人员对产品性能的认识,提高他们的质量意识:使其意识到自己所从事的质量活动的重要性,意识到与其他环节质量活动的相关性;熟练掌握并正确执行生产、安装施工工艺规程,提高作业能力。

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