聚乙烯注塑管件熔接線強度快速壓扁檢測方法探討

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中的重要組成與不可缺產品，是連接管材和閥門的必要元件，其產品品質將直接影響管道系統運行的安全性。相對而言，熔接線是注塑管件強度最薄弱的位置，其是塑料熔體射入與填充管件型腔時，最終兩股或多股熔體匯合后生成的線痕，不同大小與結構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，其強度與生產工藝和模具設計等息息相關的。與PE擠出管材相比，不同生產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計與定制，成型工藝參數也自行研制，不少廠家進入管件生產行列，但是由于管件生產的特殊性與差異性，存在壓力管件在使用過程中發生熔接線開裂的現象，直接導致管道系統的嚴重破壞，如PE給水管件、燃氣管件，這主要原因在于注塑管件熔接線質量的控制不完善或不成熟。

PE注塑管件熔接線質量評價與控制是產品質量與成型工藝控制的重要環節。目前常用于評價熔接線的檢測方法主要有靜液壓強度試驗，但該方法測試時間比較長，測試成本也比較高。當靜液壓強度試驗檢驗出熔接線不合格時，已經生產的較多產品會批量報廢而產生浪費，同時存在完全符合產品標準中的靜液壓強度試驗要求，仍可能出現壓力管件在實際使用中的熔接線開裂現象，造成不可評估的嚴重后果。經長期試驗驗證，壓扁試驗能快速、有效檢測與評價PE注塑管件的熔接線強度。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

PE100燃氣壓力管件，規格為SDR17.6 dn400電熔直通，南塑建材塑膠制品(深圳)有限公司；

PE80燃氣壓力管件，規格為SDR11 dn315×90 °彎頭，南塑建材塑膠制品(深圳)有限公司。

1.2 主要設備及儀器

靜液壓試驗機，204099，科唯儀器有限公司；

微機控制電子萬能試驗機， CMT4304，美特斯工業系統(中國)有限公司；

超聲波探傷儀，EPOCH1000i，奧林巴斯(日本)公司。

1.3 試驗方法及條件

壓扁試驗是將管件或裁樣后管件徑向、水平放置在微機控制電子萬能試驗機平板上，用2個互相平行的平板垂直方向對管件施加壓力，管件熔接線必須處于2塊平行平板的中間，如圖1(a)所示，微機控制電子萬能試驗機對管件施加一定的壓扁速率與壓力，使管件產生規定的變形后，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度是否滿足相關要求。如壓扁后管件的熔接線無裂縫證明產品熔接線強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裂縫則證明該產品熔接線強度是存在缺陷或達不到使用要求，如圖1(c)所示，可及時找出原因(如模具設計或工藝缺陷)進行改進。在壓扁試驗前，管件或裁樣后管件應在(23±2)℃條件下狀態調整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 結果與討論

2.1 PE注塑管件熔接線強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度較薄弱的位置，也是最容易出現開裂與泄漏的部位。現行業對壓力管件強度檢測基本上是通過靜液壓強度試驗來檢測與控制質量，但此試驗存在較大不可控風險，因為該試驗需要一個較長時間的預處理與實驗運行，整個過程時間較長，比如完成一個PE注塑壓力管件的165 h 80 ℃靜液壓強度試驗時間，一般為8 d左右，甚至更長時間，最終該試驗一旦不合格，整批產品全部報廢，會產生巨大的生產浪費。另外影響最大的是靜液壓試驗合格，在實際使用與運行中卻發生熔接線開裂現象，輕則造成工程返工與較大的經濟損失，嚴重情況會造成人員傷害等無法預估的后果。在此背景下，經過長期的研究與檢測，發現壓扁試驗能解決以上存在的缺陷與風險。

2.2 試驗對比及舉例分析

(a)80 ℃靜液壓強度試驗不合格 (b)產品熔接線處發生脆性開裂漏水圖2 PE100燃氣管件靜液壓強度試驗Fig.2 PE100 gas pipe hydrostatic pressure test

(a)靜液壓強度試驗合格 (b)外觀合格品圖4 PE80燃氣管件80 ℃靜液壓強度試驗結果Fig.4 The test results of 80 DEG C hydrostatic strength of PE80 gas pipe

(1)案例一：生產PE100燃氣管件，規格為SDR17.6公稱直徑(dn)400電熔直通，依相關標準要求取樣(開機生產的第二個外觀合格品)進行165 h 80 ℃靜液壓強度試驗(0.65 MPa)，試驗結果如圖2所示。通過圖2(a)可知，當試驗進行到32.5 h時，試驗突然中斷，壓力曲線圖無明顯起伏或波動，而是直線下降。經查試驗產品從熔接線脆性開裂漏水，管件無明顯變形或膨脹，屬熔接線強度不合格產品。實際上在取樣做165 h 80 ℃靜液壓強度試驗時，提前取樣做了壓扁試驗(開機生產的第一個外觀合格品)，結果也是壓扁試驗從熔接線明顯開裂(如圖3所示)，生產當即對工藝進行優化調整后，再取樣進行了壓扁試驗，結果沒出現熔接線開裂現象，同樣對調整后產品做了165 h 80 ℃靜液壓強度試驗(0.65 MPa)，結果合格。從此案例可以得出，壓扁試驗檢測快速、便捷，及時發現了產品異常，而進行相關工藝優化調整，減少了異常產品數量，降低了生產成本，當然也提高了產品收率和產品質量。如果單純依靠165 h 80 ℃靜液壓強度試驗，等到結果出來，一旦不合格，工藝調整或模具改進已來不及，因為不合格產品已生產很多甚至訂單夠數停機，最終只能將已生產的不合格品全部報廢。

圖3 PE100燃氣管件壓平試驗嚴重開裂Fig.3 Severe cracking of PE100 gas pipe flatting test

(2)案例二：生產PE80燃氣管件，規格為SDR11dn315×90 °彎頭，同樣依相關標準要求取樣(開機生產的第二個外觀合格品)進行165 h 80 ℃靜液壓強度試驗(0.91 MPa)，試驗正常完成通過即合格(如圖4所示)，生產時同時取樣(開機生產的第一個外觀合格品)進行了壓扁試驗，發現在管件熔接線出現了輕微裂紋(如圖5所示)，同時用超聲波探傷儀檢測，發現熔接線內部也已開裂，超聲波圖出現明顯波峰(如圖6所示)，當即調整工藝后再取樣進行壓扁試驗未發現開裂或裂縫，調整后的管件再次取樣做165 h 80 ℃靜液壓強度試驗，結果也是合格。小結：165 h 80 ℃靜液壓強度試驗合格，進行壓扁試驗會存在2種情況，第一種為壓扁試驗后熔接線無裂縫，即165 h 80 ℃靜液壓強度試驗與壓扁試驗均通過；第二種為壓扁試驗開裂，即165 h 80 ℃靜液壓強度試驗通過，但壓扁試驗未通過的產品，存在缺陷，雖然滿足現有產品標準要求，但存在嚴重的安全隱患或不可評估的嚴重后果，在工程使用中會出現熔接線開裂、泄漏的潛在危險與損失，此情況也是最為關注與研究的內容。目前，相關壓力管件的標準沒有壓扁試驗，而現有的靜液壓強度試驗不能完全或有效檢驗出熔接線強度存在缺陷的管件。

圖5 PE80燃氣管件壓扁試驗輕微裂紋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，在生產過程中取樣、預處理后進行壓扁與80 ℃靜液壓強度試驗，存在4點關系：(1)壓扁試驗檢測無裂縫，165 h 80 ℃靜液壓強度試驗也合格；(2)壓扁試驗檢測開裂，165 h 80 ℃靜液壓強度試驗會出現合格與不合格兩種情況；(3)相反驗證，對管件進行的165 h 80 ℃靜液壓強度試驗合格，壓扁試驗檢測會存在熔接線開裂(缺陷產品)與不開裂兩種情況；(4)165 h 80 ℃靜液壓試驗檢測不合格且在熔接線開裂泄漏，管件進行壓扁試驗也會出現熔接線開裂現象。總之，相對管件熔接線而言，壓扁試驗檢測無裂縫則165 h 80 ℃靜液壓強度試驗也合格，而165 h 80 ℃靜液壓強度試驗合格，壓扁試驗則存在有裂縫或無裂縫2種情況，所以壓扁試驗更快速、更有效，總之更適應于檢測PE注塑管件的熔接線強度。

3 結論

(1)PE注塑管件的熔接線在生產檢驗或實際工程使用中偶會出現開裂現象，經分析與比較，壓壓扁試驗檢測無裂縫則靜液壓強度試驗也合格，而靜液壓強度試驗合格，壓平試驗則存在有裂縫或無裂縫2種情況；

(2)壓扁試驗更快速、更有效，還可降低生產成本，提高產品品質。

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