大口徑保溫彎管聚乙烯防護層的熔接工藝

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

0 引言

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)。

1 聚乙烯防護層熔接工藝選擇

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。

1.1 熱熔對接焊熔接

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。

1.2 電熱熔帶熔接

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。

1.3 塑料擠出焊熔接

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。

1.4 熱收縮帶連接

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

2 保溫彎管聚乙烯防護層熔接工藝

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。

2.1 關(guān)鍵工序

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。

2.2 操作要求

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。

3 質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量標準

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。

3.2 質(zhì)量保證措施

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。

3.3 質(zhì)量檢驗

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。

4 結(jié)論

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.