吳出華，王文筆

[南塑建材塑膠制品(深圳)有限公司，廣東 深圳 518111]

0 前言

PE注塑管件是管道系統(tǒng)中的重要組成與不可缺產(chǎn)品，是連接管材和閥門的必要元件，其產(chǎn)品品質(zhì)將直接影響管道系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。相對而言，熔接線是注塑管件強(qiáng)度最薄弱的位置，其是塑料熔體射入與填充管件型腔時(shí)，最終兩股或多股熔體匯合后生成的線痕，不同大小與結(jié)構(gòu)的注塑管件會存在不同程度的熔接線，位置一般在澆口的對面，其強(qiáng)度與生產(chǎn)工藝和模具設(shè)計(jì)等息息相關(guān)的。與PE擠出管材相比，不同生產(chǎn)廠家的注塑管件的成型工藝差異比較大。成型模具一般為自行設(shè)計(jì)與定制，成型工藝參數(shù)也自行研制，不少廠家進(jìn)入管件生產(chǎn)行列，但是由于管件生產(chǎn)的特殊性與差異性，存在壓力管件在使用過程中發(fā)生熔接線開裂的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致管道系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞，如PE給水管件、燃?xì)夤芗?，這主要原因在于注塑管件熔接線質(zhì)量的控制不完善或不成熟。

PE注塑管件熔接線質(zhì)量評價(jià)與控制是產(chǎn)品質(zhì)量與成型工藝控制的重要環(huán)節(jié)。目前常用于評價(jià)熔接線的檢測方法主要有靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，但該方法測試時(shí)間比較長，測試成本也比較高。當(dāng)靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢驗(yàn)出熔接線不合格時(shí)，已經(jīng)生產(chǎn)的較多產(chǎn)品會批量報(bào)廢而產(chǎn)生浪費(fèi)，同時(shí)存在完全符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)要求，仍可能出現(xiàn)壓力管件在實(shí)際使用中的熔接線開裂現(xiàn)象，造成不可評估的嚴(yán)重后果。經(jīng)長期試驗(yàn)驗(yàn)證，壓扁試驗(yàn)?zāi)芸焖?、有效檢測與評價(jià)PE注塑管件的熔接線強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

PE100燃?xì)鈮毫芗?，?guī)格為SDR17.6 dn400電熔直通，南塑建材塑膠制品(深圳)有限公司；

PE80燃?xì)鈮毫芗?，?guī)格為SDR11 dn315×90 °彎頭，南塑建材塑膠制品(深圳)有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

靜液壓試驗(yàn)機(jī)，204099，科唯儀器有限公司；

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)， CMT4304，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司；

超聲波探傷儀，EPOCH1000i，奧林巴斯(日本)公司。

1.3 試驗(yàn)方法及條件

壓扁試驗(yàn)是將管件或裁樣后管件徑向、水平放置在微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)平板上，用2個(gè)互相平行的平板垂直方向?qū)芗┘訅毫?，管件熔接線必須處于2塊平行平板的中間，如圖1(a)所示，微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)對管件施加一定的壓扁速率與壓力，使管件產(chǎn)生規(guī)定的變形后，再目視或利用超聲波探傷儀檢測管件熔接線有無開裂來斷定其強(qiáng)度是否滿足相關(guān)要求。如壓扁后管件的熔接線無裂縫證明產(chǎn)品熔接線強(qiáng)度是滿足使用要求的，如圖1(b)所示。相反，如壓扁后管件的熔接線出現(xiàn)裂縫則證明該產(chǎn)品熔接線強(qiáng)度是存在缺陷或達(dá)不到使用要求，如圖1(c)所示，可及時(shí)找出原因(如模具設(shè)計(jì)或工藝缺陷)進(jìn)行改進(jìn)。在壓扁試驗(yàn)前，管件或裁樣后管件應(yīng)在(23±2)℃條件下狀態(tài)調(diào)整60 min，壓扁后的變形量要求為管件外徑的50 %以上，外徑≤250 mm的管件壓扁速率為50 mm/min，外徑>250 mm的管件壓扁速率為25 mm/min，壓扁到位后保持2 min再觀察。

(a)壓扁前 (b)壓扁后 (c)壓扁后(熔接線開裂)圖1 壓扁試驗(yàn)過程中管件的變形變化Fig.1 Deformation and change of tube in the process of flatting test

2 結(jié)果與討論

2.1 PE注塑管件熔接線強(qiáng)度的壓扁檢測與探討

前面已提到，相對而言熔接線是注塑管件強(qiáng)度較薄弱的位置，也是最容易出現(xiàn)開裂與泄漏的部位?，F(xiàn)行業(yè)對壓力管件強(qiáng)度檢測基本上是通過靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)來檢測與控制質(zhì)量，但此試驗(yàn)存在較大不可控風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵撛囼?yàn)需要一個(gè)較長時(shí)間的預(yù)處理與實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，整個(gè)過程時(shí)間較長，比如完成一個(gè)PE注塑壓力管件的165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)間，一般為8 d左右，甚至更長時(shí)間，最終該試驗(yàn)一旦不合格，整批產(chǎn)品全部報(bào)廢，會產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)浪費(fèi)。另外影響最大的是靜液壓試驗(yàn)合格，在實(shí)際使用與運(yùn)行中卻發(fā)生熔接線開裂現(xiàn)象，輕則造成工程返工與較大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重情況會造成人員傷害等無法預(yù)估的后果。在此背景下，經(jīng)過長期的研究與檢測，發(fā)現(xiàn)壓扁試驗(yàn)?zāi)芙鉀Q以上存在的缺陷與風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 試驗(yàn)對比及舉例分析

(a)80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)不合格 (b)產(chǎn)品熔接線處發(fā)生脆性開裂漏水圖2 PE100燃?xì)夤芗o液壓強(qiáng)度試驗(yàn)Fig.2 PE100 gas pipe hydrostatic pressure test

(a)靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)合格 (b)外觀合格品圖4 PE80燃?xì)夤芗?0 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The test results of 80 DEG C hydrostatic strength of PE80 gas pipe

(1)案例一：生產(chǎn)PE100燃?xì)夤芗?，?guī)格為SDR17.6公稱直徑(dn)400電熔直通，依相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求取樣(開機(jī)生產(chǎn)的第二個(gè)外觀合格品)進(jìn)行165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)(0.65 MPa)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。通過圖2(a)可知，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到32.5 h時(shí)，試驗(yàn)突然中斷，壓力曲線圖無明顯起伏或波動(dòng)，而是直線下降。經(jīng)查試驗(yàn)產(chǎn)品從熔接線脆性開裂漏水，管件無明顯變形或膨脹，屬熔接線強(qiáng)度不合格產(chǎn)品。實(shí)際上在取樣做165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，提前取樣做了壓扁試驗(yàn)(開機(jī)生產(chǎn)的第一個(gè)外觀合格品)，結(jié)果也是壓扁試驗(yàn)從熔接線明顯開裂(如圖3所示)，生產(chǎn)當(dāng)即對工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，再取樣進(jìn)行了壓扁試驗(yàn)，結(jié)果沒出現(xiàn)熔接線開裂現(xiàn)象，同樣對調(diào)整后產(chǎn)品做了165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)(0.65 MPa)，結(jié)果合格。從此案例可以得出，壓扁試驗(yàn)檢測快速、便捷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品異常，而進(jìn)行相關(guān)工藝優(yōu)化調(diào)整，減少了異常產(chǎn)品數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本，當(dāng)然也提高了產(chǎn)品收率和產(chǎn)品質(zhì)量。如果單純依靠165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，等到結(jié)果出來，一旦不合格，工藝調(diào)整或模具改進(jìn)已來不及，因?yàn)椴缓细癞a(chǎn)品已生產(chǎn)很多甚至訂單夠數(shù)停機(jī)，最終只能將已生產(chǎn)的不合格品全部報(bào)廢。

圖3 PE100燃?xì)夤芗浩皆囼?yàn)嚴(yán)重開裂Fig.3 Severe cracking of PE100 gas pipe flatting test

(2)案例二：生產(chǎn)PE80燃?xì)夤芗?guī)格為SDR11dn315×90 °彎頭，同樣依相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求取樣(開機(jī)生產(chǎn)的第二個(gè)外觀合格品)進(jìn)行165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)(0.91 MPa)，試驗(yàn)正常完成通過即合格(如圖4所示)，生產(chǎn)時(shí)同時(shí)取樣(開機(jī)生產(chǎn)的第一個(gè)外觀合格品)進(jìn)行了壓扁試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在管件熔接線出現(xiàn)了輕微裂紋(如圖5所示)，同時(shí)用超聲波探傷儀檢測，發(fā)現(xiàn)熔接線內(nèi)部也已開裂，超聲波圖出現(xiàn)明顯波峰(如圖6所示)，當(dāng)即調(diào)整工藝后再取樣進(jìn)行壓扁試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)開裂或裂縫，調(diào)整后的管件再次取樣做165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果也是合格。小結(jié)：165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)合格，進(jìn)行壓扁試驗(yàn)會存在2種情況，第一種為壓扁試驗(yàn)后熔接線無裂縫，即165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)與壓扁試驗(yàn)均通過；第二種為壓扁試驗(yàn)開裂，即165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)通過，但壓扁試驗(yàn)未通過的產(chǎn)品，存在缺陷，雖然滿足現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，但存在嚴(yán)重的安全隱患或不可評估的嚴(yán)重后果，在工程使用中會出現(xiàn)熔接線開裂、泄漏的潛在危險(xiǎn)與損失，此情況也是最為關(guān)注與研究的內(nèi)容。目前，相關(guān)壓力管件的標(biāo)準(zhǔn)沒有壓扁試驗(yàn)，而現(xiàn)有的靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)不能完全或有效檢驗(yàn)出熔接線強(qiáng)度存在缺陷的管件。

圖5 PE80燃?xì)夤芗罕庠囼?yàn)輕微裂紋Fig.5 Slight crack in PE80 gas pipe flatting test

圖6 超聲波檢測出熔接線處的波峰圖Fig.6 Wave peak map of welding junction by ultrasonic wave

長期檢測與研究表明，在生產(chǎn)過程中取樣、預(yù)處理后進(jìn)行壓扁與80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，存在4點(diǎn)關(guān)系：(1)壓扁試驗(yàn)檢測無裂縫，165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)也合格；(2)壓扁試驗(yàn)檢測開裂，165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)會出現(xiàn)合格與不合格兩種情況；(3)相反驗(yàn)證，對管件進(jìn)行的165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)合格，壓扁試驗(yàn)檢測會存在熔接線開裂(缺陷產(chǎn)品)與不開裂兩種情況；(4)165 h 80 ℃靜液壓試驗(yàn)檢測不合格且在熔接線開裂泄漏，管件進(jìn)行壓扁試驗(yàn)也會出現(xiàn)熔接線開裂現(xiàn)象?？傊鄬芗劢泳€而言，壓扁試驗(yàn)檢測無裂縫則165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)也合格，而165 h 80 ℃靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)合格，壓扁試驗(yàn)則存在有裂縫或無裂縫2種情況，所以壓扁試驗(yàn)更快速、更有效，總之更適應(yīng)于檢測PE注塑管件的熔接線強(qiáng)度。

3 結(jié)論

(1)PE注塑管件的熔接線在生產(chǎn)檢驗(yàn)或?qū)嶋H工程使用中偶會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，經(jīng)分析與比較，壓壓扁試驗(yàn)檢測無裂縫則靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)也合格，而靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)合格，壓平試驗(yàn)則存在有裂縫或無裂縫2種情況；

(2)壓扁試驗(yàn)更快速、更有效，還可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

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