聚乙烯(PE)管用于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已有近50年歷史。80年代初，我國(guó)開(kāi)始用于輸送天然氣。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，PE管已廣泛應(yīng)用于輸水、輸氣工程中。近幾年在我市的煤氣低壓管網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。同傳統(tǒng)的鑄鐵管、鋼管相比，PE管的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)50年，且密封性能和耐腐蝕性能好，這點(diǎn)在輸送可燃?xì)怏w的埋地工程中尤為可貴。PE管重量輕，施工方便，輸送介質(zhì)壓力損失小，對(duì)地基沉降和地震波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性。正是基于以上優(yōu)點(diǎn)，在城市中、低壓輸氣管網(wǎng)中，以塑代鋼已成為必然的趨勢(shì)。
同鋼管工程相比PE管燃?xì)夤こ淘谀承┉h(huán)節(jié)尤其是焊接及其檢驗(yàn)方面有其特殊性，本文將對(duì)此作一粗略的探討，供同行們參考。
1 PE管熱熔焊接原理
PE管的熱熔焊接，因操作簡(jiǎn)便等原因，較電熔焊接應(yīng)用廣泛，其焊接原理：當(dāng)PK材料在加熱超過(guò)其熔融溫度Tm(高密度HDPETm=130-137℃)后，變成粘滯的流體，在焊接壓力作用下，其大分子相互擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華作用力，從而牢固地焊接在一起。
對(duì)于PK管，最常用的熱熔焊接是承插焊接和熱板對(duì)接焊接。以下所述焊接接頭均對(duì)上述接頭而言。
2 PE管的焊接質(zhì)量
焊接是管道施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。焊接質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、焊接缺陷及焊接接頭使用性能。使用性能又是確保焊接接頭在服役期內(nèi)安全使用的基礎(chǔ)，主要有力學(xué)性能、彎曲性能、耐腐蝕性能等等。鋼管燃?xì)夤こ讨?，外觀質(zhì)量和焊接缺陷由外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)來(lái)控制，使用性能則由焊接工藝評(píng)定和鋼材焊接性能來(lái)保證，而PE管因其材料的特殊性，對(duì)焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)開(kāi)展的較少，在CJJ63-95《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》中僅要求操作工人上崗前必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，考試合格，并要求“管道連接結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行接頭外觀質(zhì)量檢查。”作為埋于地下的輸送易燃?xì)怏w的壓力管網(wǎng)，其最薄弱的焊接接頭的質(zhì)量?jī)H憑目視檢驗(yàn)合格即正式投入運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，筆者認(rèn)為欠妥。如果施工單位在施工經(jīng)驗(yàn)或責(zé)任心方面有所欠缺，則必將帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。 PE管焊接原理雖簡(jiǎn)單，但影響質(zhì)量的因素卻很多，某一環(huán)節(jié)控制不嚴(yán)，即會(huì)影響焊接質(zhì)量。例如某工程隊(duì)施工時(shí)，焊好的PE管剛一搬動(dòng)，其焊接接頭處即發(fā)生斷裂，查找原因，因焊接壓力稍高于規(guī)定值，導(dǎo)致熔融區(qū)高溫處被擠出，低溫區(qū)結(jié)合，接頭強(qiáng)度自然大大降低。故對(duì)PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)決不能掉以輕心。
3 PE管焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法的選擇
PE管焊接的外觀質(zhì)量可以通過(guò)外觀檢驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。對(duì)焊接缺陷現(xiàn)尚無(wú)成熟可靠的方法。在常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法中，超聲波探傷是最有希望的。但PE管焊接接頭的 UT檢測(cè)的難點(diǎn)不在于能否找到缺陷的反射訊號(hào)，而在于弄清反射訊號(hào)與缺陷的關(guān)系以及這種缺陷對(duì)接頭質(zhì)量的影響，準(zhǔn)確地說(shuō)是對(duì)焊接接頭持久強(qiáng)度的影響進(jìn)而進(jìn)一步弄清何種程度的影響能被工程上所接受，從而反推測(cè)出UT檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在這一切未進(jìn)行深人研究之前，單純地談?wù)摵畏NNDT方法能夠用于PE管焊接接頭的檢測(cè)是毫無(wú)意義的。PE管焊接接頭的使用性能中，焊接接頭強(qiáng)度是我們最關(guān)心的，對(duì)焊接接頭強(qiáng)度的影響因素，目前還停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，一般可用強(qiáng)度系數(shù)F來(lái)描述：
F——焊接接頭強(qiáng)度母材強(qiáng)度
F實(shí)際上反映了焊接接頭對(duì)母材的削弱強(qiáng)度，依檢測(cè)方法的不同F(xiàn)又分為短時(shí)強(qiáng)度FZ和持久強(qiáng)度FS。一般有FS≤FZ≤1，PE管的FS一般為0．8-0．9，即理論上的PE管焊接接頭持久強(qiáng)度比線材低10％-20％，從而形成整個(gè)管道系統(tǒng)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。但實(shí)際操作中，因擠壓效應(yīng)形成雙卷邊，增大了焊縫處截面積，故熱板對(duì)接接頭在保留卷邊時(shí)，焊接接頭強(qiáng)度常高于母材，即短時(shí)強(qiáng)度系數(shù) FZ>I，這是在評(píng)價(jià)PE管焊接接頭質(zhì)量時(shí)非常有價(jià)值的一個(gè)結(jié)論。
既然焊接缺陷尚無(wú)成熟方法能保證可靠檢出，而耐腐蝕性能等其它使用性能可通過(guò)材料自身的性能加以保證，我們?nèi)裟茌^準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)焊接接頭的強(qiáng)度，則可大大地增強(qiáng)使用中的安全因素。嚴(yán)格地說(shuō)，一個(gè)PE管焊接接頭只有通過(guò)了輸送介質(zhì)環(huán)境下的持久拉伸試驗(yàn)后才算強(qiáng)度合格，但這種試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備要求高，將此作為工程上常規(guī)檢測(cè)手段是不切實(shí)際的，焊接接頭拉伸試驗(yàn)，即接頭的短期強(qiáng)度試驗(yàn)就被自然而然地提了出來(lái)。從理論上講，短期強(qiáng)度高于母材并不代表其持久強(qiáng)度也一定高于母材，但在工程上，作為對(duì)持久強(qiáng)度最好地近似模擬，短期強(qiáng)度試驗(yàn)不失為一種目前最切實(shí)可行的PE管焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)方法。
4 PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)
(1)預(yù)焊：正式施焊前，應(yīng)預(yù)焊承插焊和熱板對(duì)接焊接頭各一個(gè)，割開(kāi)作內(nèi)外表面外觀質(zhì)量檢驗(yàn)并作拉伸彎曲試驗(yàn)，均合格后方能正式施焊。
(2)抽檢：在PE管安裝過(guò)程中的檢驗(yàn)檢員應(yīng)隨機(jī)抽檢不低于10％的焊接接頭，同樣進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)和拉伸彎曲試驗(yàn)。
(3)取樣：將待檢的焊接接頭從管道上割開(kāi)，試樣長(zhǎng)度應(yīng)大于250mm，當(dāng)管壁厚大于10mm時(shí)，試樣長(zhǎng)度應(yīng)大于300mm，試樣中焊縫應(yīng)居中。
(4)外觀檢測(cè)：將接頭從中沿軸向?qū)ΨQ切割開(kāi)，進(jìn)行焊縫內(nèi)外部外觀檢驗(yàn)。合格承插焊接口：內(nèi)外表面均有熔融焊道，焊縫無(wú)間隙和孔隙，深度滿足要求，交界面完全消失。合格熱板焊接口：焊縫形狀大小均勻，焊道反卷到外表面上，無(wú)氣孔，鼓包，裂紋。
(5)不合格焊接接頭圖示(熱板對(duì)接焊)見(jiàn)表1。對(duì)外觀不合格的焊接接頭應(yīng)割除重新焊接。
(6)拉伸和彎曲試驗(yàn)：
拉伸試驗(yàn)，保留卷邊，管壁厚小于10mm，試樣寬取15mm，長(zhǎng)取200mm；管壁厚大于等于10／mm，試樣寬取30mm，長(zhǎng)取300mm。試樣數(shù)目以5個(gè)為宜，小口徑管取樣數(shù)目不足5個(gè)時(shí)，在材料尺寸允許的情況下盡量多取。拉伸時(shí)應(yīng)緩慢加載，試樣斷于焊縫區(qū)域外為合格。彎曲試驗(yàn)，去除卷邊，按表2制作彎曲試樣，試樣數(shù)目規(guī)定同拉伸試樣。
試驗(yàn)時(shí)試樣外表面與壓頭接觸，應(yīng)緩慢加載，以拉伸面不出現(xiàn)裂紋為合格。
表1 制作彎曲試樣 單位：mm
管壁厚
同鋼管工程相比PE管燃?xì)夤こ淘谀承┉h(huán)節(jié)尤其是焊接及其檢驗(yàn)方面有其特殊性，本文將對(duì)此作一粗略的探討，供同行們參考。
1 PE管熱熔焊接原理
PE管的熱熔焊接，因操作簡(jiǎn)便等原因，較電熔焊接應(yīng)用廣泛，其焊接原理：當(dāng)PK材料在加熱超過(guò)其熔融溫度Tm(高密度HDPETm=130-137℃)后，變成粘滯的流體，在焊接壓力作用下，其大分子相互擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華作用力，從而牢固地焊接在一起。
對(duì)于PK管，最常用的熱熔焊接是承插焊接和熱板對(duì)接焊接。以下所述焊接接頭均對(duì)上述接頭而言。
2 PE管的焊接質(zhì)量
焊接是管道施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。焊接質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、焊接缺陷及焊接接頭使用性能。使用性能又是確保焊接接頭在服役期內(nèi)安全使用的基礎(chǔ)，主要有力學(xué)性能、彎曲性能、耐腐蝕性能等等。鋼管燃?xì)夤こ讨?，外觀質(zhì)量和焊接缺陷由外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)來(lái)控制，使用性能則由焊接工藝評(píng)定和鋼材焊接性能來(lái)保證，而PE管因其材料的特殊性，對(duì)焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)開(kāi)展的較少，在CJJ63-95《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》中僅要求操作工人上崗前必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，考試合格，并要求“管道連接結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行接頭外觀質(zhì)量檢查。”作為埋于地下的輸送易燃?xì)怏w的壓力管網(wǎng)，其最薄弱的焊接接頭的質(zhì)量?jī)H憑目視檢驗(yàn)合格即正式投入運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，筆者認(rèn)為欠妥。如果施工單位在施工經(jīng)驗(yàn)或責(zé)任心方面有所欠缺，則必將帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。 PE管焊接原理雖簡(jiǎn)單，但影響質(zhì)量的因素卻很多，某一環(huán)節(jié)控制不嚴(yán)，即會(huì)影響焊接質(zhì)量。例如某工程隊(duì)施工時(shí)，焊好的PE管剛一搬動(dòng)，其焊接接頭處即發(fā)生斷裂，查找原因，因焊接壓力稍高于規(guī)定值，導(dǎo)致熔融區(qū)高溫處被擠出，低溫區(qū)結(jié)合，接頭強(qiáng)度自然大大降低。故對(duì)PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)決不能掉以輕心。
3 PE管焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法的選擇
PE管焊接的外觀質(zhì)量可以通過(guò)外觀檢驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。對(duì)焊接缺陷現(xiàn)尚無(wú)成熟可靠的方法。在常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法中，超聲波探傷是最有希望的。但PE管焊接接頭的 UT檢測(cè)的難點(diǎn)不在于能否找到缺陷的反射訊號(hào)，而在于弄清反射訊號(hào)與缺陷的關(guān)系以及這種缺陷對(duì)接頭質(zhì)量的影響，準(zhǔn)確地說(shuō)是對(duì)焊接接頭持久強(qiáng)度的影響進(jìn)而進(jìn)一步弄清何種程度的影響能被工程上所接受，從而反推測(cè)出UT檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在這一切未進(jìn)行深人研究之前，單純地談?wù)摵畏NNDT方法能夠用于PE管焊接接頭的檢測(cè)是毫無(wú)意義的。PE管焊接接頭的使用性能中，焊接接頭強(qiáng)度是我們最關(guān)心的，對(duì)焊接接頭強(qiáng)度的影響因素，目前還停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，一般可用強(qiáng)度系數(shù)F來(lái)描述：
F——焊接接頭強(qiáng)度母材強(qiáng)度
F實(shí)際上反映了焊接接頭對(duì)母材的削弱強(qiáng)度，依檢測(cè)方法的不同F(xiàn)又分為短時(shí)強(qiáng)度FZ和持久強(qiáng)度FS。一般有FS≤FZ≤1，PE管的FS一般為0．8-0．9，即理論上的PE管焊接接頭持久強(qiáng)度比線材低10％-20％，從而形成整個(gè)管道系統(tǒng)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。但實(shí)際操作中，因擠壓效應(yīng)形成雙卷邊，增大了焊縫處截面積，故熱板對(duì)接接頭在保留卷邊時(shí)，焊接接頭強(qiáng)度常高于母材，即短時(shí)強(qiáng)度系數(shù) FZ>I，這是在評(píng)價(jià)PE管焊接接頭質(zhì)量時(shí)非常有價(jià)值的一個(gè)結(jié)論。
既然焊接缺陷尚無(wú)成熟方法能保證可靠檢出，而耐腐蝕性能等其它使用性能可通過(guò)材料自身的性能加以保證，我們?nèi)裟茌^準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)焊接接頭的強(qiáng)度，則可大大地增強(qiáng)使用中的安全因素。嚴(yán)格地說(shuō)，一個(gè)PE管焊接接頭只有通過(guò)了輸送介質(zhì)環(huán)境下的持久拉伸試驗(yàn)后才算強(qiáng)度合格，但這種試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備要求高，將此作為工程上常規(guī)檢測(cè)手段是不切實(shí)際的，焊接接頭拉伸試驗(yàn)，即接頭的短期強(qiáng)度試驗(yàn)就被自然而然地提了出來(lái)。從理論上講，短期強(qiáng)度高于母材并不代表其持久強(qiáng)度也一定高于母材，但在工程上，作為對(duì)持久強(qiáng)度最好地近似模擬，短期強(qiáng)度試驗(yàn)不失為一種目前最切實(shí)可行的PE管焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)方法。
4 PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)
(1)預(yù)焊：正式施焊前，應(yīng)預(yù)焊承插焊和熱板對(duì)接焊接頭各一個(gè)，割開(kāi)作內(nèi)外表面外觀質(zhì)量檢驗(yàn)并作拉伸彎曲試驗(yàn)，均合格后方能正式施焊。
(2)抽檢：在PE管安裝過(guò)程中的檢驗(yàn)檢員應(yīng)隨機(jī)抽檢不低于10％的焊接接頭，同樣進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)和拉伸彎曲試驗(yàn)。
(3)取樣：將待檢的焊接接頭從管道上割開(kāi)，試樣長(zhǎng)度應(yīng)大于250mm，當(dāng)管壁厚大于10mm時(shí)，試樣長(zhǎng)度應(yīng)大于300mm，試樣中焊縫應(yīng)居中。
(4)外觀檢測(cè)：將接頭從中沿軸向?qū)ΨQ切割開(kāi)，進(jìn)行焊縫內(nèi)外部外觀檢驗(yàn)。合格承插焊接口：內(nèi)外表面均有熔融焊道，焊縫無(wú)間隙和孔隙，深度滿足要求，交界面完全消失。合格熱板焊接口：焊縫形狀大小均勻，焊道反卷到外表面上，無(wú)氣孔，鼓包，裂紋。
(5)不合格焊接接頭圖示(熱板對(duì)接焊)見(jiàn)表1。對(duì)外觀不合格的焊接接頭應(yīng)割除重新焊接。
(6)拉伸和彎曲試驗(yàn)：
拉伸試驗(yàn)，保留卷邊，管壁厚小于10mm，試樣寬取15mm，長(zhǎng)取200mm；管壁厚大于等于10／mm，試樣寬取30mm，長(zhǎng)取300mm。試樣數(shù)目以5個(gè)為宜，小口徑管取樣數(shù)目不足5個(gè)時(shí)，在材料尺寸允許的情況下盡量多取。拉伸時(shí)應(yīng)緩慢加載，試樣斷于焊縫區(qū)域外為合格。彎曲試驗(yàn)，去除卷邊，按表2制作彎曲試樣，試樣數(shù)目規(guī)定同拉伸試樣。
試驗(yàn)時(shí)試樣外表面與壓頭接觸，應(yīng)緩慢加載，以拉伸面不出現(xiàn)裂紋為合格。
管壁厚
