廣州燃氣集團有限公司 周杰

0 前言

近年來，聚乙烯燃氣管道在材質(zhì)上的柔韌輕便、耐腐蝕以及連接簡單快捷等特性使其在我國燃氣管道建設中得以廣泛使用。聚乙烯燃氣管道目前的連接方式有熱熔連接、電熔連接、法蘭連接、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接共4種連接方式。為規(guī)范聚乙烯燃氣管道的連接質(zhì)量，《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)程》(CJJ 63—2008)對聚乙烯管道系統(tǒng)連接明確規(guī)定：聚乙烯管材、管件的連接應采用熱熔對接連接或電熔連接(電熔承連接、電熔鞍型連接)；聚乙烯管道與金屬管道或金屬附件連接，應采用法蘭連接或鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接。因此，聚乙烯管道的主要連接方式為熱熔連接和電熔連接兩種，本文主要對上述兩種方式進行分析探討。

1 熔接連接工藝原理介紹

聚乙烯管材的熔點一般介于190～240 ℃之間，此時若將管材(管件)的熔化端充分接觸，并保持一定的壓力，待冷卻后便可牢固融為一體。由于是聚乙烯材料之間的本體熔接，因此接頭處的強度與管材本身強度相同或略高。

1.1 熱熔連接

熱熔連接的基本原理是指通過加熱熱熔板，當溫度達到聚乙烯管材的熔點后，將需連接的管材一端接觸熱熔板后熔化，隨即將需連接管材的熔化處緊密接觸，使管材緊密連接，見圖1。

圖1 熱熔連接管道示意

1.2 電熔連接

電熔連接的基本原理是將需連接的管材一端套在電熔件里，通過加熱電熔件，使溫度達到聚乙烯管材的熔點后使管材熔化，由于聚乙烯受熱后自身產(chǎn)生熱膨脹，使管材緊密連接，見圖2。

圖2 電熔連接管道示意

2 兩種連接方式的對比

無論是熱熔連接和電熔連接，其原理都是通過加熱的方式使聚乙烯管材連接部分的材質(zhì)熔化后緊密融合在一起，但兩者在操作規(guī)定和質(zhì)量控制上不盡相同。

2.1 連接方式的操作規(guī)定

熱熔連接和電熔連接在操作規(guī)定的共同要求包括：

(1)管道熱熔或電熔連接的環(huán)境溫度宜在-5～45 ℃范圍內(nèi)，在溫度低于-5 ℃或風力大于5級的條件下進行熱熔和電熔連接操作時，應采取保溫、防風措施，并應調(diào)整連接工藝；在炎熱夏天進行熱熔和電熔連接操作時，應采取遮陽措施。

(2)管材、管件存放處與施工現(xiàn)場溫差較大時，連接應將管材、管件在施工現(xiàn)場放置一定時間，使其溫度接近施工現(xiàn)場溫度。

(3)管道連接時，聚乙烯管材切割，應采用專用割刀或切管工具，切割端面應平整、光滑、無毛刺，端面應垂直于管軸線；鋼骨架聚乙烯復合管切割應采用專用切管工具，切割后，端面應平整、垂直于管軸線，并應采用聚乙烯材料封焊端面，嚴禁使用端面未封焊的管材。

(4)管道連接時，每次收工，管口應采取臨時封堵措施。

熱熔連接的操作規(guī)定包括：

(1)根據(jù)管材或管件的規(guī)格，選用相應的夾具，將連接件的連接端應伸出夾具，自由長度不應小于公稱直徑的 10%，移動夾具使待連接件端面接觸，并校直對應的待連接件，使其在同一軸線上。錯邊不應大于壁厚的10%。

(2)應將聚乙烯管材或管件的連接部位擦拭干凈，并銑削待連接件端面，使其與軸線垂直。切屑平均厚度不宜超過0.2 mm，切削后的熔接面應防止污染。

(3)連接件的端面應使用熱熔對接連接設備加熱。

(4)吸熱時間達到工藝要求后，應迅速撤出加熱板，檢查待連接件的加熱面熔化的均勻性，不得有損傷。在規(guī)定的時間內(nèi)用均勻外力使連接面完全接觸，并翻邊形成均勻一致的雙凸緣。

(5)在保壓冷卻期間不得移動連接件或在連接件上施加任何外力。

電熔連接的操作規(guī)定包括：

(1)管材、管件連接部位擦拭干凈。

(2)測量管件承口長度，并在管材入端或口管件入端標出入長度和刮除入長度加 10 mm的入段表皮，刮削氧化皮厚度宜為0.1～0.2 mm。

(3)鋼骨架聚乙烯復合管道和公稱外徑小于90 mm的聚乙烯管道，以及管材不圓度影響安裝時，應采用整圓工具對入端進行整圓。

(4)將管材或管件入端入電熔承管件承口內(nèi)，至入長度標記位置，并檢查配合尺寸。

(5)通電前，應校直兩對應的待連接件，使其在同一軸線上，并用專用夾具固定管材、管件。

2.2 連接方式的質(zhì)量控制

熱熔連接和電熔連接在質(zhì)量控制的共同要求包括：

(1)管道連接結(jié)束后，應按規(guī)定進行接頭質(zhì)量檢查。不合格者必須返工，返工后重新進行接頭質(zhì)量檢查。

(2)準確輸入焊接參數(shù)，當焊機沒有溫度自動補償時要合理調(diào)整加熱時間。

(3)焊接設備要經(jīng)常檢查維護，保證正常的工作狀態(tài)。

(4)用于連接的管材、管件的溫度應接近。

(5)管道的切割應采用專用割刀或切管工具，切割端面應平整、光滑、無毛刺，端面應垂直于管道軸面。

(6)管材、管件的位置要固定，焊接過程中不能出現(xiàn)位移，冷卻過程中不得移動連接件或在連接件上施加任何外力。

(7)焊接時要保持電壓穩(wěn)定，電源和焊機不能太遠，電纜線不能過細。

熱熔連接的質(zhì)量控制規(guī)定包括：

(1)連接完成后，應對接頭進行100%的翻邊對稱性、接頭對正性檢驗和不少于10%翻邊切除檢驗。

(2)翻邊對稱性檢驗，接頭應具有沿管材整個圓周平滑對稱的翻邊，翻邊最低處的深度不應低于管材表面。

(3)接頭對正性檢驗，焊縫兩側(cè)緊鄰翻邊的外圓周的任何一處錯邊量不應超過管材壁厚的10%。

(4)翻邊切除檢驗，使用專用工具，在不損傷管材和接頭的情況下，切除外部的焊接翻邊。

(5)當抽樣檢驗的焊縫全部合格時，則此次抽樣所代表的該批焊縫應認為全部合格；若出現(xiàn)與上述條款要求不符合的情況，則判定本焊口不合格，并加倍抽樣檢驗。

電熔連接的質(zhì)量控制規(guī)定包括：

(1)電熔管件端口處的管材或插口管件周邊均應有明顯刮皮痕跡和明顯的入長度標記。

(2)聚乙烯管道系統(tǒng)，接縫處不應有熔融料溢出；鋼骨架聚乙烯復合管系統(tǒng)，采用鋼骨架電熔管件連接時，接縫處可允許局部有少量溢料。

(3)電熔管件內(nèi)電阻絲不應擠出(特殊結(jié)構(gòu)設計的電熔管件除外)。

(4)電熔管件上觀察孔中應能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得呈流淌狀。

(5)凡出現(xiàn)與上述要求條款不符合的情況，應判為不合格。

2.3 連接方式對管道流通能力的影響

熱熔連接由于在管道連接端的內(nèi)外側(cè)受熱后均有翻邊，翻邊后的管道流通口徑有所減小，因此對管道的流通能力有一定的影響。如果以接口端翻邊造成的流通口徑縮小后的實際流通截面積與全通徑流通截面積之比(以下簡稱流通比)來計算熱熔連接對管道流通能力的影響，則幾種常用規(guī)格的聚乙烯管道熱熔連接的流通比見表1：

表1 幾種常用規(guī)格聚乙烯管材熱熔連接的流通比

由表1可知，對SDR11系列的管材，采用熱熔連接產(chǎn)生的翻邊對流通能力的影響較大，管徑越小，影響越大。相對于熱熔連接，電熔連接由于是管道外壁受熱產(chǎn)生熔化，管道內(nèi)徑?jīng)]有變化，因此對管道流通能力基本上沒有影響。

2.4 國家規(guī)范對于連接方式的規(guī)定

針對熱熔連接和電熔連接的特點，《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)程》(CJJ 63—2008)中第5.1.3條明確規(guī)定：

(1)聚乙烯管材、管件的連接應采用熱熔對接連接或電熔連接。

(2)不同級別、熔體質(zhì)量流動速率差值不小于0.5 g/10min(190 ℃，5 kg)的聚乙烯原料制造的管材、管件和管道附件，以及焊接端部標準尺寸比(SDR)不同的聚乙烯燃氣管道連接時，必須采用電熔連接。

(3)公稱直徑小于90 mm的聚乙烯管道宜采用電熔連接。

除第(2)、(3)條中有明確規(guī)定外，其他情況下的聚乙烯管材、管件可以采用熱熔連接。

3 兩種連接方式在實際施工中的使用

根據(jù)兩種連接方式的工藝原理、操作規(guī)定和質(zhì)量控制手段，在實際施工中，一般可以針對以下情況采用相應的連接方式。

3.1 相同材質(zhì)的管材、管件連接

一般情況下，對于相同材質(zhì)、相同 SDR值的聚乙烯管材、管件，《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》(CJJ 33—2005)中第7.2.1條明確規(guī)定：直徑在90 mm以上(含90 mm)的聚乙烯管材、管件連接可采用熱熔對接連接或電熔連接；直徑小于90 mm的管材及管件宜使用電熔連接。

3.2 不同材質(zhì)的管材、管件的連接

對于材質(zhì)有差別的聚乙烯管材、管件，《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》(CJJ 33—2005)第7.2.2條明確約定：對不同級別，不同熔體流動速率的聚乙烯原料制造的管材或管件，不同標準尺寸比(SDR值)的聚乙烯燃氣管道連接時，必須采用電熔連接。但是，當兩者材質(zhì)相差較大時，因為熔體流動速率差別明顯，即使采用電熔連接，也可能發(fā)生一種材質(zhì)過度熔化成流體狀而另一種材質(zhì)尚未完全熔化，導致連接失敗。因此，對于這種情況，在采用電熔連接時必須進行試驗，判定試驗連接質(zhì)量合格后方可正式實施。

規(guī)范同時規(guī)定：對于聚乙烯材質(zhì)的管材、管件與其他材質(zhì)的管道、閥門、管路附件等連接，應采用法蘭或鋼塑過渡接頭連接。

3.3 SDR值不同的管材、管件的連接

按照《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》(CJJ 33—2005)第7.2.2條的規(guī)定，對于SDR值不同的管材和管件的連接應采用電熔連接，但在實際施工中，由于使用 SDR值不同的管材或管件連接時導致不同軸的情況較為普通，因此一般在遇到這類情況時，可使用兩端 SDR不同的管材或管件與各自SDR值對應相同的連接段對接，此時可采用熱熔連接，以消除無法同軸的問題。

4 結(jié)語

聚乙烯燃氣管道的連接質(zhì)量主要取決于實際中的連接方式的選擇和連接過程中的操作步驟以及質(zhì)量控制，而全自動焊機的使用有效減少了人為因素對管道連接質(zhì)量的影響。

為充分保證城市燃氣管道工程的施工質(zhì)量，必須充分掌握聚乙烯管道連接的理論知識和技術要求，按照國家相關規(guī)范的規(guī)定，靈活采用適合的管道連接方式，嚴格執(zhí)行操作步驟，加強質(zhì)量控制和檢驗，確保聚乙烯管道的連接質(zhì)量。