丁光柱，李報(bào)，李世會(huì)，邢增為

聚乙烯（PE）燃?xì)夤芎附蛹昂腹づ嘤?xùn)考核探討

丁光柱，李報(bào)，李世會(huì)，邢增為

（中國(guó)電建集團(tuán)河南工程有限公司，河南 鄭州 450001）

簡(jiǎn)述了聚乙烯管道在燃?xì)夤艿拦こ讨邢鄬?duì)傳統(tǒng)金屬管道的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)分析了聚乙烯管的熱熔焊接和電熔焊接之間的異同及應(yīng)用情況。分析表明：在燃?xì)夤艿拦こ讨胁捎脽崛酆碗娙酆附觾煞N方法相結(jié)合的方式比較合理。文章最后對(duì)聚乙烯管的焊接培訓(xùn)考核提出了相關(guān)建議。

聚乙烯； 燃?xì)夤艿溃?熱熔焊接； 電熔焊接

隨著近年來(lái)一次能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，天然氣作為清潔能源其消耗量占比重逐年提高，“十三五”規(guī)劃目標(biāo)到2020年末我國(guó)天然氣消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重力爭(zhēng)達(dá)到10%，同時(shí)為進(jìn)一步提升天然氣供應(yīng)能力，天然氣管網(wǎng)建設(shè)有望提速[1]。以往天然氣輸送管材主要為無(wú)縫鋼管或者鑄鐵管，然而金屬管道不僅施工成本較高，而且運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)金屬管道腐蝕也越嚴(yán)重，因此一般設(shè)計(jì)使用年限較短，約為20年。隨著技術(shù)的發(fā)展，聚乙烯（簡(jiǎn)稱(chēng)PE）燃?xì)夤艿酪云漭p質(zhì)、工程造價(jià)低和優(yōu)良耐蝕性能得到了全球范圍內(nèi)的推廣和應(yīng)用，并在國(guó)內(nèi)形成了共識(shí)，具有廣闊的發(fā)展前景[2]。

1 PE燃?xì)夤芴攸c(diǎn)

自20世紀(jì)60年代英國(guó)首次采用PE燃?xì)夤芤詠?lái)，PE燃?xì)夤茉跉W美已經(jīng)達(dá)到90%的鋪設(shè)率，尤其是第三代PE100級(jí)燃?xì)夤艿某霈F(xiàn)更是加速推動(dòng)了PE燃?xì)夤艿氖褂?，目前PE燃?xì)夤芤呀?jīng)成為《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50028—2006）的首選材料。從國(guó)內(nèi)外較長(zhǎng)時(shí)間的使用情況可以看出，PE燃?xì)夤芟鄬?duì)傳統(tǒng)金屬管材具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]：

（1）投入資金少。PE管較鋼管便宜，施工過(guò)程中所需人員少，能降低工程造價(jià)， PE管道安裝費(fèi)用低于鋼管管道費(fèi)用30%~50 %。

（2）耐蝕性能強(qiáng)，使用年限長(zhǎng)。PE燃?xì)夤芫哂袃?yōu)異的耐蝕性，鋪設(shè)管道時(shí)無(wú)須進(jìn)行防腐，埋地管道在-20~40 ℃范圍內(nèi)可以良好運(yùn)行50年，實(shí)踐中其壽命為鋼管的2~3倍，產(chǎn)生更高經(jīng)濟(jì)效益。

（3）適應(yīng)能力強(qiáng)，流通能力大。PE燃?xì)夤芫哂休^強(qiáng)的柔韌性，可以在包含較多障礙管道的工況下進(jìn)行彎曲，降低了施工難度。

（4）具有良好的焊接性。PE燃?xì)夤艿谰哂锌扇坌?，便于電熔、熱熔焊接，且?shí)現(xiàn)了接頭和管材的一體化，具有較好的氣密性。

2 PE燃?xì)夤艿暮附?/h2>

PE燃?xì)夤芙宇^連接的可靠性直接影響工程質(zhì)量，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，PE燃?xì)夤懿坏貌捎寐菁y連接和粘接，目前常用的接頭連接方式如圖1所示[4]：

圖1 PE燃?xì)夤艿拦こ讨谐Ｓ眠B接方式

從圖1可以可出，PE燃?xì)夤艿澜宇^的連接主要包含熱熔焊接、電熔焊接和鋼塑連接三種方式。因施工現(xiàn)場(chǎng)主要以PE-PE之間的連接為主，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》（CJJ63—2008)中對(duì)聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接方式做了明確的規(guī)定：聚乙烯（PE）管道的連接應(yīng)采用電熔連接或者熱熔連接。本文主要研究熱熔和電熔兩種焊接方式。兩種焊接方法都是利用了外加熱的方式，使待焊端面達(dá)到黏流、熔化狀態(tài)，通過(guò)界面之間的分子相互滲透、擴(kuò)散作用焊合，凝固后形成連續(xù)、致密的接頭，下面詳細(xì)介紹熱熔和電熔焊接。

2.1 熱熔焊接

熱熔焊接因其操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠成為PE燃?xì)夤芄こ讨惺褂米顬閺V泛的一種連接方式。熱熔焊接過(guò)程中需要控制三個(gè)參數(shù)：待焊端面熔融溫度、對(duì)接壓力和各階段時(shí)間。熱熔焊接主要有四個(gè)工藝過(guò)程：

（1）PE管待焊端面的切削。PE管對(duì)接待焊端面用專(zhuān)用銑刀或切管工具切削，切削厚度以出現(xiàn)連續(xù)切屑為宜，切割端面應(yīng)平整、無(wú)毛刺，端面應(yīng)垂直于管軸線(xiàn)，并保持不被污染。同時(shí)，可將加熱板用蘸酒精的棉布清洗，并預(yù)熱至（225±10）℃。

（2）加熱。將管口對(duì)中，錯(cuò)邊量不能大于壁厚的10%，在一定壓力下，將待焊端面用電加熱板將PE管加熱至端面呈現(xiàn)黏流態(tài)、有均勻翻邊，并記錄吸熱時(shí)間，時(shí)間約為管材每毫米厚度8~10 s。

（3）切換。PE管加熱完成之后，迅速撤離電加熱板，在設(shè)定的熔融壓力下，機(jī)架活動(dòng)端向固定端移動(dòng)，將PE管對(duì)接進(jìn)行分子流動(dòng)、擴(kuò)散，并形成高度符合要求、均勻一致的翻邊。需要注意的是撤離加熱板的時(shí)間應(yīng)盡量短，且要避免碰撞端面。

（4）保壓硬化。將已完成加熱的PE管對(duì)接之后，要在保持設(shè)定的壓力狀態(tài)下進(jìn)行保壓冷卻，使PE管的對(duì)接部位由熔融狀態(tài)冷卻硬化到常態(tài)，并記錄冷卻時(shí)間，時(shí)間約為管材每毫米厚度1.4 min。

2.2 電熔焊接

除熱熔焊接外，電熔焊接因其自動(dòng)化程度較高、操作簡(jiǎn)單，在PE燃?xì)夤芎附邮┕ぶ幸驳玫綇V泛應(yīng)用。PE燃?xì)夤茈娙酆附硬捎门涮椎墓芗?，通過(guò)管件內(nèi)的發(fā)熱金屬絲通入電流發(fā)熱，管材和管件接觸部分的PE被加熱至熔化，相互流動(dòng)擴(kuò)散，利用PE發(fā)熱膨脹和冷卻收縮產(chǎn)生壓力，凝固后形成牢固接頭。電熔焊接主要包含圖2中的四個(gè)過(guò)程：

（1）準(zhǔn)備過(guò)程。首先保證電源電壓符合要求，電源輸出接頭潔凈；采用刮刀將PE燃?xì)夤艽付吮砻娴难趸ぜ拔酃妇鶆蚬蔚粢蝗?，長(zhǎng)度約為管件長(zhǎng)度的一半加10 mm，厚度以0.1~0.2 mm為宜。

（2）定位階段。將清理好的管材插進(jìn)管件，深度為接觸管件內(nèi)卡環(huán)，調(diào)整管材在同軸線(xiàn)上。

（3）焊接階段。打開(kāi)管件護(hù)帽，連接電源和管件的兩個(gè)插頭，將管件要求的電壓、時(shí)間等參數(shù)輸入焊機(jī)（或者識(shí)別管件上的條碼自動(dòng)導(dǎo)入）開(kāi)始焊接。需要注意的是，焊過(guò)程中要保證管材和管件的穩(wěn)定，特別是不能有軸向移動(dòng)。

（4）保持階段。通過(guò)觀察孔指示柱冒出的長(zhǎng)度判斷電熔焊接過(guò)程是否完畢，長(zhǎng)度一般 5～6 mm，拔掉管材和電源的連接插頭，讓接頭靜止冷卻，焊接完畢。

圖2 PE燃?xì)夤茈娙酆附舆^(guò)程

兩種焊接方法都具有操作簡(jiǎn)單，便于施工的優(yōu)點(diǎn)，但又有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。熱熔焊機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修，焊接時(shí)無(wú)須采用價(jià)格昂貴的管件，相對(duì)成本較低，但因設(shè)備較大，對(duì)施焊場(chǎng)地有較大的要求，另外，公稱(chēng)直徑小于63 mm的PE管材，因?yàn)橹睆叫?，管壁較薄，截面較小，采用對(duì)接不易保證質(zhì)量，因此熱熔焊接多用于管徑大于63 mm或壁厚大于6 mm的管材。電熔焊接設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小，能夠更好地適應(yīng)熱熔焊接無(wú)法工作的場(chǎng)地，但因管件成本較高，主要用于焊接直徑小于63 mm的管材[5]。實(shí)踐證明，采用兩種焊接方法相結(jié)合的焊接方案不僅能降低施工成本、提高施工效率，同時(shí)可以保證更好的工程質(zhì)量。

3 PE燃?xì)夤芎腹づ嘤?xùn)考核

為了保證優(yōu)質(zhì)的PE燃?xì)夤芎附淤|(zhì)量，要對(duì)焊接全程進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過(guò)總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，人員、材料、設(shè)備和工藝因素對(duì)焊接質(zhì)量影響較大，材料和設(shè)備是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審查，工藝是經(jīng)過(guò)工藝評(píng)定，相對(duì)較容易控制，而管道焊工作為工藝執(zhí)行者、焊接的操作者是最難控制的因素，焊工的業(yè)務(wù)素質(zhì)對(duì)保證焊接質(zhì)量具有決定性意義，為此，加強(qiáng)對(duì)焊工的培訓(xùn)考核，提升焊工素質(zhì)顯得尤其重要[6]。

一是要求焊工具有熟練的理論知識(shí)和實(shí)際操作技能，從事聚乙烯管道焊接的焊工必須要參加專(zhuān)門(mén)的崗位培訓(xùn)，能熟練操作焊機(jī)，掌握焊接要領(lǐng)，并養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程。培訓(xùn)采用理論結(jié)合實(shí)際操作的方法，授課內(nèi)容結(jié)合《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》（TSG Z6002—2010）中規(guī)定的內(nèi)容應(yīng)不少于以下內(nèi)容：聚乙烯管道的抗壓力特征；聚乙烯原材料的類(lèi)型、加工型號(hào)、構(gòu)成、運(yùn)用特征及加熱后的性質(zhì)等；聚乙烯管道的焊接方法、焊接工具、工具性能、名稱(chēng)、工作機(jī)理、運(yùn)用方式與維護(hù)原理等；熱熔方法與電熔方法的特征、焊接流程標(biāo)準(zhǔn)、焊接流程要求、工藝要求等；焊接缺陷分類(lèi)、誘發(fā)內(nèi)因、危害和防御要求；聚乙烯管道的接口特征和影響要素分布；聚乙烯焊接質(zhì)量的調(diào)控方式與影響要素。

合理安排理論及實(shí)際操作授課學(xué)習(xí)，確保焊工掌握相關(guān)知識(shí)和技能，并根據(jù)《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》（TSG Z6002—2010）規(guī)定的焊接方法、機(jī)動(dòng)化程度、試件類(lèi)別、試件管材外徑等條件對(duì)焊工進(jìn)行相應(yīng)的考核，確保焊工考核合格后持《特種作業(yè)作業(yè)人員證》上崗。

二是要有良好的職業(yè)道德、法律法規(guī)和敬業(yè)精神，理論培訓(xùn)期間應(yīng)對(duì)焊工進(jìn)行職業(yè)道德培訓(xùn)和相應(yīng)的規(guī)程制度培訓(xùn)，包括但不限于以下內(nèi)容：聚乙烯焊接質(zhì)量的審驗(yàn)方式與評(píng)測(cè)制度，非損耗性審核與損耗性審核方式的特征與評(píng)測(cè)制度；焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制度、規(guī)章體系與工藝標(biāo)準(zhǔn)，法律法規(guī)、防護(hù)方法相關(guān)的焊接工作人員的績(jī)效考核與監(jiān)管要求；焊接防護(hù)細(xì)節(jié)要求、壓力管道的法律制度、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與技術(shù)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

PE燃?xì)夤芟鄬?duì)金屬管道具有更加廣闊的應(yīng)用前景，焊接過(guò)程中采用熱熔和電熔兩種焊接方法相結(jié)合的方式是最佳焊接方案，同時(shí)為了保證焊接質(zhì)量，要全面控制材料、設(shè)備、工藝和人員因素，加強(qiáng)焊工焊接培訓(xùn)考核工作。本文對(duì)提高我國(guó)PE燃?xì)夤苁┕べ|(zhì)量，加快改善我國(guó)PE燃?xì)夤芙ㄔO(shè)現(xiàn)狀提供了有益借鑒。

[1] 盛雄.聚乙烯管道電熔接頭超聲檢測(cè)缺陷自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研發(fā)[D].杭州: 浙江大學(xué)，2018.

[2] 焦羽佳, 吳明, 黃珊.能源轉(zhuǎn)型對(duì)聚乙烯管道的啟示[J].當(dāng)代化工，2016，45（2）: 370-372.

[3] 李明陽(yáng)，戚政武，姚炯，等. PE管恒側(cè)壓實(shí)驗(yàn)及有限元分析[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015，29（S1）: 121-124.

[4] 朱榮全，阮艷靈，秦立臣，等. PE燃?xì)夤艿懒W(xué)失效模式分析[J].化學(xué)工程與裝備，2017（3）: 43-44.

[5] 馮艷艷，何穎，王眾明. 城市燃?xì)夤艿乐蠵E管焊接[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010, 22（2）: 43-45.

[6] 田悅. PE管電熔焊接和熱熔焊接在施工中的比較[J].遼寧化工，2011，40（9）: 935-937.

Discussion on Polyethylene(PE) Gas Pipes Welding and Welder Training and Examination

（China Electric Power Construction Group Henan Engineering Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450000, China)

Compared with traditional metal pipeline, the advantages of PE pipes in fuel gas pipeline engineering were described. The similarities and differences between the fusion-jointing and the electrofusion-jointing of PE pipes were analyzed as well as their application. Analysis results showed that it was reasonable to combine two methods in gas pipeline engineering. At last, some suggestions for welder training and examination were put forward.

polyethylene pipes; fuel gas pipeline; fusion-jointing; electrofusion-jointing; welder training and examination

2019-11-15

丁光柱（1984-），男，高級(jí)工程師，碩士，河南省焦作市人，主要從事先進(jìn)連接技術(shù)研究及焊工培訓(xùn)管理。

TQ322.3

A

1004-0935（2020）02-0211-03