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《聚乙烯PE管道热熔焊技术
高密度聚乙烯（PE）管道热熔焊技术
摘要：
高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。
高密度聚乙烯在1956年推出至今已有几十年的历史，近几年高密度聚乙烯在国内得到突飞猛进的发展，其应用范围在不断地得到拓展。
本文着重介绍高密度聚乙烯（PE）管道的优点及发展趋势、PE管网系统的构成、焊接、焊接过程中的注意事项等。
关键词：
PE管道PE管材的优点PE管道热熔焊
1．概述
高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941-0.960。
它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，耐环境应力开裂性亦较好。
本世纪在管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。
随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道淋漓尽致地展示其卓越性能。
在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的“廉价代用品”。
在这场革命中，高密度聚乙烯（PE）管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。
随着我国城市化进程加快，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府逐年加大对城市基础设施的投入，市政公用管道建设不断加快。
《国家化学建材产业"十五"计划和2010年发展规划纲要》指出：
塑料管的推广应用主要以UPV-C和PE管为主。
PE管可用于城市供水管、城市排水网和城市燃气网，尤其是城市燃气管网所用的塑料管几乎全部是采用PE管，且PE管有较好的卫生性能和可回收性，在输送介质时比较钢管的输送阻力要小大约50倍，同时由于施工采用热熔连接，管件与管材之间可以充分的融为一体，接头质量可靠，且PE管材重量较轻给施工带来很大的方便，PE管的优越性是不容置疑的，所以近十年来，全国许多大中城市在燃气、供水中低压管线（包括庭院管网和排水管网）敷设中大量采用PE管。
2.PE管材的优点
2.1优异的物理性能
PE管材重量轻（平均密度为0.95g/cm3），其重量是普通钢管重量的１／８倍，因此在运输和施工中更加方便，同时PE管材有很好的刚性、强度，也有很好的柔性、耐蠕变性，而且PE管材具有热熔连接的特点，更有利于工程施工过程中的安装。
2.2耐腐蚀，使用寿命长
我国地域广阔，各地区的地理条件大不相同，有地区空气湿度大，有地区时有酸雨降下，有地区紫外线照射强度大，有地区地下水位高且水中含酸、含碱，有的地区气温很低（PE管可耐低温到-60℃）PE管均可以适应以上的各种不利条件，同时PE管对管内所走的介质要求也不高，故PE管在施工过程中不需要做防腐处理。
PE管的使用寿命可达50年，较普通钢管寿命长出约20-30年。
2.3韧性、挠性好。
由于PE管的韧性、挠性较钢管要好出很多，故PE管可以用在各种复杂的工作环境和各种复杂的地理位置。
2.4流通能力大，经济上合算。
因PE管内外壁光滑，介质在流动时阻力很小，同时在管内外不会滋生藻类、细菌或真菌，不会在管内结垢，故PE管在使用上维护费用很低，在经济上较普通钢管合算。
2.5连接方便，施工简单，方法多样
PE管的施工方法、连接方式有多种多样，视其具体情况而确定施工方法和连接方式。
但每种施工方法和连接方式都教其它材料的施工方法简单。
2.5.1小管径铺设
当管线较长且管径小于63毫米时，可采用盘管进行敷设，此种形式的铺设可以最大限度的减少接头，接头的减少实际上就是提高了工作效率，提高了施工质量，提高了工程进度，降低了劳动强度。
2.5.2较小管径的铺设
当PE管材直径在63-150mm时，我们通常采用热熔承插、热熔对接和金属丝牙三种方式进行连接。
无论采取哪种施工方式，其对施工作业面的要求非常的低，作业面的要求低到只要挖出管沟就可进行管道连接施工。
管道连接所需的施工时间短，连接一个63-150mm的PE管道只需时间约3-8分钟，而普通的钢管连接最少也要30分钟。
PE管的会较大的缩短施工时间。
2.5.3较大管径的焊接
当PE管材直径在150mm以上，我们一般采用电熔焊接。
电熔焊接是母材与母材直接通过加热连接，此种连接避免了大管道连接时管件与管材材质不一而产生的膨胀破坏。
2.5.4简化水面施工
对过江、湖等水面施工，PE管材可采用管沉入的方法铺设在水底，较普通钢管大大降低了施工难度和工程费用。
同时可以大大的提高使用寿命。
2.6密封性好
PE管本身采用熔接连接（热熔或电熔），本质上保证了接口材质，结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。
其接口的抗拉强度与爆破强度均高于管材本体，可有效抵抗内压力产生的环向应力轴向应力。
因此，与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在接应扭曲造成的泄露危险，密封性能十分良好。
PE管本身的高密度性也保证了管材本身的密封效果，其抗渗漏性在某些方面甚至超过了普通钢管。
2.7维修方便，
由于PE管本身重量较轻，安装较快捷性，对施工周边环境要求不高，因此决定了其维修的方便性。
2.8低温抗冲击性好
PE管的低温脆化温度极低，可在-70~-100℃低温度范围内安全使用,不会发生脆性断裂。
2.9良好的抵抗快速裂纹传递能力。
因PE管具备良好的韧性，故其在传递裂纹时十分的缓慢，给我们留出足够的时间对管道进行修复。
3、PE管网系统的结构组成
PE管网系统是由PE管材，管件，PE阀组成。
3.1PE管的分类
PE管按照其密度不同分为高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和低密度高压聚乙烯（LDPE）。
PE管根据结构形式不同可分为单层实壁管、双壁波纹管和螺旋缠绕管等。
双壁波纹管和螺旋缠绕管主要是用HDPE原料加工而成，主要应用于城市排水；单层实壁HDPE管主要应用于城市供水、城市燃气输送；单层实壁MDPE管主要应用于城市燃气输送；单层实壁LDPE管大量应用于农用排灌管道和工业普通管道。
3.2PE管件
PE管道系统的管件又可分为：
套筒、弯头、三通、鞍型三通、变径、端堵、法兰、钢塑转换接头等。
3.3阀件
PE管道所用阀件主要为球阀、截止阀、水嘴等，PE阀是聚乙烯燃气管网系统中不可缺少的控制元件。
它开启、关闭的力矩小，阀门无腐蚀，维护和维修都比较方便，使用寿命较普通的碳钢阀门时间长出约20倍次数（此数据为经验数据换算），聚乙烯管网系统的完整性提高。
整体式的阀体，免除了泄漏的可能，PE阀与PE管道连接时，阀体两端的直口可使用对接焊、电熔焊连接，也可使用法兰连接、丝扣连接等多种连接方式，阀门的开、关在地面操作。
4、施工中PE管常用的连接方式
为获得优良的施工质量，我们就必须依据其PE管特性制定出可靠的施工工艺。
PE管其实是聚乙烯的一种线性高聚物，由简单高分子人工合成，属热塑性高聚物；力学性能上的弹性模量较纤维和橡胶高，伸长率高，拉伸强度大。
PE管正是由聚乙烯高分子链聚合而成，具有高温易熔化，冷却降温凝固硬化还原的特性。
我们在施工中利用热熔机产生的高温将管材熔化，再施压对接使两管口合二为一，之后持压冷却成型。
4.1PE管热熔连接简述
PE管热熔连接方式主要为承插式、对接式，PE管一般可在190～240℃之间的范围内被熔化（不同原材料牌号的熔化温度略有不同），此时若将管材（或管件）的熔化部分充分接触，并保有适当的压力（自身热膨胀产生的压力），正确的连接位置，冷却后便可牢固地融为一体。
4.2按焊接方式不同，一般可分为热熔焊接和电热熔焊接
本文主要介绍PE管热熔焊。
其焊接形式有两种，即承插与对接，接头形式见下图。
A、各部件
B、加热
C、接合
（图1）
A、各部件
B、加热
C、接合
（图2）
4.3焊前准备
4.3.1焊工必须进行焊前培训。
4.3.2检查焊机的工作状态是否正常。
4.3.3热熔端尺寸
固定焊件（管子与管件），使它们处于正确的几何中心位置，并控制要热熔的尺寸，一般对接焊热熔尺寸为3~5cm，承插焊热熔尺寸应较承插深度大3~5cm.
4.3.4调定加热温度
焊机带有加热板表面温度传感器和可控制温度和自动报警的温度显示器，焊前应根据所需焊接的PE管材管径、厚度，将所需温度调定。
4.3.5对接压力
对接焊机带有压力传感器和压力显示器，焊前检查其使用情况，以便使用时准确掌握接合压力（压力过大、过小均不好）。
4.4熔合面加工
对熔合面进行加工，熔合面的加工一般用剥离和平刨两种刀具，分别用于承接和对接。
切记熔合面加工后，应立即焊接（熔接），避免熔合面加工好后放置时间过长污染熔合面，从而造成熔合效果不好甚至因夹杂开裂。
4.4.1承插焊接的熔合面加工
插入管件内部的管子表面为熔合面。
剥离刀具用来剥去表面的老化层（由于紫外光照射产生，管件如有全封闭包装则不必加工），剥离厚度应越小越好且不应大于0.1mm，以保证焊接质量。
4.4.2对接焊的熔合面（端面）加工
刨床可以双面施刨，每一侧的加工直至看到连续的刨屑为止。
加工后，应检查两端面是否均匀接触，最大间隙不大于0.5mm。
4.5焊接。
4.5.1承插焊接
加热部件升温至275℃时，将管子和管件从两侧慢慢推向加热衬套和加热垫，施以适当的压力使管子与管件准确到位，保持与加热衬套轴向水平。
当加热部件移去之后，迅速将管子推进管件内，一定要注意定位标志，并在推进当中一定要保持管材与管件的同心度。
以适当的压力轴向推压接合，取得充分的熔合，并维持与加热时间相同的冷却时间。
具体操作参见表1。
表1
管外径（mm）
管壁厚（mm）
加热时间（s）
转换时间（s）
冷却时间（s）
16
2.0
5
4
5
20
2.5
5
4
5
25
2.7
7
4
7
32
3.0
8
4
8
40
3.7
12
4
12
50
4.6
18
5
18
63
5.1
24
5
24
75
6.3
30
5
30
90
7.0
40
6
40
110
11.4
50
6
50
4.5.2直接对接
在PE管对接焊接时，应首先支设管道对接机，分别在对接机四周安放四支水准管，调节对接机四支脚架的高低，使对接机处于水平对接状态。
由于管材为6米长的型材，为使两管道同心度在一条直线上，分别在两管三分之二处设一托架，利用托架的升降调整器，使两支点与对接接头三点等高一线。
PE管材管口在出厂时一般为毛口，为使接头受热均匀，管道对接时必须先对管口进行切削整平。
我们在施工中使用了一台双面切割机，施工时在管材两端施以相等压力，保持两管口被切出的散片等量均匀，使两切割口对接无缝，光洁平整即可。
加热板升温至215℃时，热熔时在两管端施以相等外力，平稳用力将二焊件推向加热板，直至每个焊件的端面紧贴加热板，待两管口上翻出新鲜的热熔层后即停止热熔，取下热熔机，均匀施力使两管口对接融合为一体。
待焊缝高度达0.5~1.5mm时，管口热熔对接即进入冷却阶段，冷却时必须保持压力，待管口冷却至环境温度时方可停止外力。
按表2计算加热时间。
表2
序号
管材型号（mm）
平整度（mm）
加热时间（s）
冷却时间（s）
热熔温度（℃）
1
75
±0.3
60
7
190~220
2
90
±0.5
80
7
190~220
3
110
±0.6
90
9
190~220
4
160
±0.7
110
10
190~220
5
200
±1.0
150
13
190~220
6
250
±1.2
170
15
190~220
7
315
±1.5
210
25
190~220
4.6操作要点
4.6.1焊机操作人员技术必须熟练，并严格遵守操作规程。
4.6.2加工过的焊面严禁触摸，否则需用清洁剂清洗，加工后立即熔接。
4.6.3在整个过程中必须保持熔接件的正确几何中心位置，以防歪曲、扭斜等缺陷。
4.6.4表1和表2中的参数仅适用于环境温度在10℃-20℃之间。
在较低的环境温度下施工时，视具体情况确定加热时间，并尽量缩短转换时间。
4.6.5环境温度低于+5℃时，必须采取一定的措施，以确保焊接质量。
4.6.6每次加热前，均需用清洁剂和无纤维的纸（或丝绸布）擦洗加热部件。
4.7质量控制
4.7.1准备对接管材在切割时，侧压力应先大（快速切除管口毛面）后小（慢慢修平管口），切割机应垂直于操作平台，保持切割机切割过程中稳定，切割完成后应将残屑从管口内清除干净，不留毛刺，使管口切割面平整、光洁。
4.7.2严格控制管道平直度，严禁进行明火烘弯，确保PE管道工程施工质量。
4.7.3热熔机使用过程中温度必须达到规定温度方可用于热熔对接施工，严禁未到规定温度即进行热熔。
热熔时要严格控制时间，针对管径型号，准确掌握热熔机持续熔化时间，严禁中途提起热熔机中断热熔，热熔过程中必须保持恒定压力。
4.7.4管口熔化后立即进行对接持压自然冷却，保证相应冷却时间，待自然冷却产生足够强度后方 可进行下一道工序。
热熔接头自然冷却过程中禁止采用冷水降温，以防接头骤冷产生脆性头，避免留下质量安全隐患。
4.7.5PE管道较金属管硬度低，钢性差，在搬运、施工及管道安装工序中应加以保护，避免施加不恰当的外力，造成机械磨伤。
4.7.6PE管在暗装埋设后，应在埋设表面标明埋设管的位置和走向，严禁在交叉施工时在管道上方冲击、钻孔或钉金属钉等尖锐硬物。
4.7.7每次连接完成后,应进行外观质量检验,不符合要求的必须切开返工。
4.7.8管道在安装过程中断间歇时，管口应及时封堵，避免堵塞和管内污染。
5．结论
由于PE管采用热熔焊施工，方法简单，操作方便，施工速度快，施工质量可靠。
通过许多项目实践应用与证明，采用PE管不仅能加快施工进度，而且也能提高施工质量，并且易掌握，不失为管道施工中的一种好方法。
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