于永江
大慶油田建設(shè)集團建材公司防腐管道二廠,黑龍江 大慶 163453
近年來,隨著管道建設(shè)向大口徑、高強度方向的發(fā)展,管道轉(zhuǎn)向采用的彈性敷設(shè)、彎頭由于在使用和制作工藝上受到一定的客觀條件限制,應(yīng)用數(shù)量逐漸減少,而保溫彎管則隨著制作工藝的逐漸成熟,具有良好的應(yīng)用前景。特別是對于同一直徑不同角度的彎管,熱煨彎管可進行連續(xù)生產(chǎn),且具有作業(yè)線固定,彎管質(zhì)量可靠,可調(diào)性和適用性強等特點,能較好地適應(yīng)各類油氣管道的發(fā)展[1]。
為順應(yīng)市場需要,擴大我廠產(chǎn)品范圍。本年度,我廠承攬了“明湖花園一號熱力站建設(shè)工程”、“乘風(fēng)地區(qū)東湖路建設(shè)工程”等多個保溫彎管項目。規(guī)格為φ159~φ1020等各種角度的保溫彎管,總計500余件。我廠具有多年熱煨彎管和預(yù)制直埋保溫管的生產(chǎn)經(jīng)驗,工藝先進、技術(shù)成熟。但是由于熱煨彎管的形狀特殊,難以進行生產(chǎn)線的連續(xù)保溫作業(yè),只能將聚乙烯防護層按彎曲角度、曲率半徑的大小分成若干份,切割成具有一定幾何形狀的管段,使用一定的熔接方法進行連接,之后將端頭封閉,進行聚氨酯保溫發(fā)泡作業(yè)。而對于此種聚乙烯防護層的熔接工藝,我廠沒有成熟的生產(chǎn)技術(shù),因而保溫彎管聚乙烯防護層的熔接成為整條保溫管道的薄弱環(huán)節(jié)。
為保證聚乙烯防護層的熔接質(zhì)量,選擇最佳的熔接工藝,筆者對目前常用的四種聚乙烯熔接方法進行了歸納和分析,最終確定最佳熔接方案。
熱熔對接焊采用聚乙烯管材液壓熱熔焊接設(shè)備,其方法是將兩聚乙烯管段連接面用熱板加熱到粘流狀態(tài)后,移開熱板,再對連接界面施加一定壓力,并在此壓力狀態(tài)下冷卻固化,形成牢固的連接[2]。
此種方法主要用于輸送燃氣、給排水的聚乙烯管道連接,優(yōu)點是焊接設(shè)備可對全過程的時間、溫度、壓力進行全自動、不間斷地控制,焊縫成型好。缺點是只能對直管段進行熔接,無法進行帶角度的聚乙烯管材熔接,不適用保溫彎管聚乙烯防護層的熔接。
采用專門制作的電熱熔帶,包覆到兩聚乙烯管段縫隙處并固定,接通電源。電熱熔帶里側(cè)電阻絲加熱并使其內(nèi)表面處于熔融狀態(tài),從而與聚乙烯管段熔接到一起。
此種方法的優(yōu)點是電熱熔帶密封性能好,連接部位牢固,可承受大剪切力。缺點是電熱熔帶形狀固定,熔融狀態(tài)下,無法與特殊形狀的聚乙烯管段進行緊密貼合,所以考慮到保溫彎管的特殊形狀,電熱熔帶熔接方法不適用保溫彎管的聚乙烯防護層熔接。
塑料擠出焊是利用分子熱運動的基本原理,通過塑料擠出焊槍將塑料焊絲加熱并擠出,使焊絲從固態(tài)變成了粘稠的流體。同時焊槍上配置的熱風(fēng)槍加熱被焊塑料管的待焊面,使其表面達到可焊接狀態(tài)。經(jīng)外力作用下,兩者相互粘合,使彼此間得到了很好的擴散和相互纏繞,將管材連接為一體,從而達到焊接的效果。
此種方法的優(yōu)點是焊接方便、靈活,不受場地和管材規(guī)格限制;施工工藝簡單,成本低;焊縫質(zhì)量可靠,抗拉伸強度高。缺點是焊縫成型質(zhì)量依賴工人操作熟練程度,受人為影響較多。根據(jù)我廠生產(chǎn)實際情況,可以選擇此種焊接方法作為聚乙烯防護層的熔接方案之一。
采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶將對接、固定后的兩聚乙烯管段包覆,利用燃氣噴槍加熱,使熱收縮帶收縮后緊裹在管材上完成兩聚乙烯管段的連接。
此種方法的優(yōu)點是粘接牢固,施工簡便,外觀成型較好。缺點是抗拉伸強度較低,無法承受大剪切力。但是因其良好的外觀成型質(zhì)量,可以與塑料擠出焊配套使用。
綜上所述,經(jīng)過分析、比對,我廠最終采用的聚乙烯防護層熔接方案為:
圖1 熔接方案選擇
經(jīng)過一系列的熔接試驗和持續(xù)的改進,我廠制定聚乙烯防護層熔接工藝如下。
主要關(guān)鍵工序有3點:聚乙烯管段預(yù)制、聚乙烯管段焊接、包覆熱收縮帶。
2.1.1 聚乙烯管段預(yù)制
1)使用CAD繪圖軟件進行聚乙烯管段平面展開圖的計算、繪制,標注尺寸,并打印圖紙;
2)使用鍍鋅鐵皮按圖紙進行放樣、裁剪;
圖2 聚乙烯防護層熔接工藝規(guī)程
3)將裁剪好的鍍鋅鐵皮包覆到聚乙烯直管段上,使用記號筆繪制圖形;
4)按繪制圖形切割聚乙烯管段,打磨坡口。
2.1.2 聚乙烯管段焊接
1)將塑料擠出焊槍熱風(fēng)檔開啟,對兩個管段的焊縫接口及附近區(qū)域預(yù)熱;
2)開動送料開關(guān),擠出熔融的聚乙烯料,對正焊縫,施加一定的壓力,緩慢移動焊槍,保證焊縫內(nèi)充滿焊料,直至完成整個圓周焊縫;
3)焊縫搭接處使用合適的手動工具將其壓至光滑,并使其自然冷卻。
2.1.3 包覆熱收縮帶
1)將熱收縮帶包覆到焊縫表面,使用燃氣噴槍從一端開始,沿圓周方向均勻移動,待一端的一周收縮好后,再逐漸延伸加熱;
2)在烘烤過程中,及時用光潔的滾筒或戴防熱手套對已收縮部位輕輕加壓,使其緊貼聚乙烯防護層并除去殘余空氣;
3)待熱收縮完成后,再用微火全面均勻加熱至端部有熱熔膠溢出。
1)聚乙烯防護層熔接前,焊縫兩側(cè)必須打磨干凈,不允許有任何的水漬、油污、灰塵等;
2)所用焊接材料和聚乙烯防護層必須是同一材質(zhì)或兩種相融較好的材質(zhì),焊接材料要求潔凈、干燥,無污漬;
3)熱收縮帶包覆前,必須保證焊縫處于熱收縮帶的中間,以保證連接強度,嚴禁火焰沿保溫彎管長軸方向移動或在一處停留。
聚乙烯防護層焊縫質(zhì)量檢驗,按照標準CJ/T 155-2001《高密度聚乙烯外護管聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管件》執(zhí)行。
1)聚乙烯防護層焊接前制定操作工藝卡片,根據(jù)工藝卡片進行焊接試驗,經(jīng)質(zhì)量檢查合格后,編制《保溫彎管聚乙烯防護層作業(yè)指導(dǎo)書》;
2)操作人員應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)并考試合格后,方能上崗;
3)選擇合適的手持塑料擠出焊機和焊嘴,按聚乙烯防護層規(guī)格選取相應(yīng)規(guī)格的熱收縮帶;
4)嚴格執(zhí)行工序交接檢查制度,不合格部位必須修磨重焊后,方能進行下道工序施工。
1)聚乙烯防護層焊接后,對焊縫質(zhì)量進行100%外觀檢查:熔接焊道表面光滑,沒有裂紋、咬邊、未焊滿等缺陷。經(jīng)測量在圓周焊口上任何一點,兩個端口的徑向錯位量均不超過壁厚的30%;
2)熱收縮帶收縮后,邊緣有均勻的熱熔膠溢出,沒有過燒、鼓包、翹邊或局部漏烤等現(xiàn)象;
3)所焊聚乙烯防護層在端管封閉后,進行聚氨酯發(fā)泡作業(yè),各熔焊焊縫處均沒有泡沫溢出,證明聚乙烯防護層嚴密性良好,焊接質(zhì)量可靠。
保溫彎管聚乙烯防護層熔接工藝研制成功后,我廠于2011年8月20日正式開始生產(chǎn)保溫彎管,生產(chǎn)各類型號保溫管件共計536件,經(jīng)質(zhì)量檢查人員持續(xù)的檢驗、記錄,焊縫質(zhì)量均符合標準CJ/T 155-2001中的相關(guān)規(guī)定,聚乙烯防護層焊縫質(zhì)量合格率均達到100%(如圖3)。
圖3 保溫彎管送往施工現(xiàn)場
[1]李艷華,楊俊偉,王煒.熱煨彎管在大口徑管道中的應(yīng)用[J].油氣儲運,2002,21(7):49-51.
[2]陽代軍,霍立興,張玉鳳.聚乙烯管道熱熔對接焊工藝參數(shù)對焊接接頭性能的影響[J].焊管,2004,27(1):17-20.