PE塑鋼纏繞排水管接頭連接工藝研究

呂 江 波

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

PE塑鋼纏繞排水管是近幾年出現的綜合性能優異的新型管材，它是由塑鋼復合的異型帶材經螺旋纏繞焊接，然后在邊緣搭接而形成的。成型管材為螺旋直肋結構，將有等間距螺旋環繞的肋片加強存在于管壁外表面,塑鋼管從實質上來講屬于柔性管材范疇，環剛度比較大且軸向的柔性較好，其具有鋼帶的剛性和聚乙烯的耐腐蝕性、摩擦阻力低、重量輕、連接方便等優點，已廣泛運用到市政工程、污水處理廠及其它重點工程建設中。

筆者依托樂山市青江新區市政項目，對PE塑鋼纏繞排水管接頭鏈接進行了研究，提出了一種新的組合連接方式——“熱熔擠出焊復合熱收縮套連接工藝”，該方法的實施，提高了PE塑鋼纏繞排水管接頭的連接質量，且其施工簡單快捷，節約成本，為項目創造了較好的經濟效益。

2 研究內容

2.1 現狀工藝對比

隨著聚乙烯材料的研究、生產和使用日趨成熟，聚乙烯管道依據其具有的耐腐蝕、摩擦阻力低、重量輕、環剛度高等優點，已越來越多地運用于國內排水工程。管道接頭的可靠性對管道的使用具有至關重要的影響。總體而言，管道連接應遵循連接可靠、結構簡單、施工便捷、環保經濟的原則。聚乙烯管根據結構形式、用途、直徑等不同因素可以采取不同的連接方式，種類較多，常見的連接形式有機械連接和熔接兩大類。機械連接包括彈性密封件連接、法蘭連接、卡箍連接等；常見的熔接形式包括電熱熔連接、熱熔對接、熱熔擠出焊焊接、熱縮套連接等。筆者對其介紹于后。

(1)法蘭連接。法蘭連接是一種重要的機械連接方式。法蘭連接在鑄鐵、鋼、PVC管道中的應用十分廣泛，其剛度較大。法蘭連接可以將聚乙烯管和鋼管兩種不同材質的管道連接在一起。使用冷壓或注塑等工藝制造鋼塑過渡管件，其一端為聚乙烯管，一端為金屬管或金屬法蘭，在金屬、聚乙烯的密封面上設密封膠圈，聚乙烯管外壓鋼套，以防止聚乙烯蠕變產生的松弛。

(2)卡箍連接。卡箍連接屬于機械壓緊連接，它是通過螺栓和兩個半圓形外套筒將相鄰管端緊固，采用套筒和管壁間的橡膠塞而達到密封要求的連接方法。在管道外表面無突起、剛度小、直徑小的條件下卡箍連接適用性好，但管外壁呈螺旋波紋狀時必須在待連接管材端的波谷內加填遇水膨脹橡膠塞。所選用的哈夫套必須具有防腐能力和限位裝置，以保證哈夫套的長期性能且不能在管材外壁有位移或滑動，其連接金屬件需采用不銹鋼或進行了防銹處理的黑色金屬。

(3)電熱熔帶連接。它是通過對鑲嵌在電熱帶內表面的電熱絲加熱，使電熱帶與管材聚乙烯層熔融成為整體的連接方法，其中電熱線有半埋入、全埋入和預先涂覆聚乙烯層等不同的設計。電熱熔焊連接需采用專門的電熱焊機，只需輸入相應的參數即可施焊，人為的干擾因素少，其焊接質量可靠，施焊自動化程度高。

(4)熱熔對接。熱熔對接是利用加熱板將需要連接的管道連接端面加熱到規定的溫度，沿軸向施加一定的壓力，使兩管道端面融合成一體、達到聚乙烯管接頭連接的一種熔接工藝。熱熔對接焊共分為4個階段：預熱階段、加熱階段、切換階段和冷卻階段。

(5)熱熔擠出焊接。熱熔擠出焊接采用專用的熱風擠出焊接工具(簡稱焊槍)，先將管材兩端對接、留出一定的縫隙，將被連接兩端加熱，焊槍擠出熔融的聚乙烯料將連接縫兩端的聚乙烯材料熔融接成一體的連接方法，其屬剛性連接。這種連接的機理類似于熱熔對接焊，它是利用分子熱運動的基本原理，通過擠出焊槍將PE焊條加熱(使焊條從固態變成粘流體)并擠出。同時在焊槍上配置的熱風槍加熱被焊PE管的待焊面，經外力作用，接縫兩端的PE材料相互粘合，使彼此間得到很好的擴散和相互纏繞，將管材連接為一體，進而達到焊接的效果。

(6)熱收縮帶連接。熱收縮帶連接是采用纖維增強聚乙烯熱收縮帶、經加熱后與管端貼合緊箍連成一體的連接方法。熱收縮帶的連接使用外部明火加熱，加熱時應注意火焰溫度。其可以從熱收縮套中部往兩邊逐漸加熱，也可以從一端向另一端逐漸加熱，但需要把熱收縮管與管材間的氣體全部排除，使其與管材全部貼合，同時應使熱熔膠從熱收縮端口析出。熱收縮帶的連接易受到操作者水平的影響，溫度控制太低時熱熔膠熔化不充分、管材的粘結力低，容易出現貼合不密切、造成漏水等病害；而溫度太高則會使熱縮帶燒焦，由塑性轉變為脆性，造成其使用安全性和耐久性降低，溫度控制不好甚至會燒穿熱縮帶而導致連接失敗、熱縮帶報廢。

熱縮套有聚乙烯、聚烯氫等材料，這些材料通常為線形結構，經過輻射或化學作用后變成網狀結構，被稱為交聯，交聯后具有“記憶效應”，生產時將熱縮套加熱到高彈態、施加載荷使其擴張，在保持擴張的情況下快速冷卻，使其進入玻璃態進而進入固定狀態。使用時加熱其即會變回高彈態，載荷沒有了，其即會回縮。

2.2 研究時進行的試驗

盡管目前聚乙烯管道連接有多種方式，每種方式也具有各自鮮明的特點，但聚乙烯塑鋼纏繞排水管的接頭連接問題仍然一直是施工質量控制的薄弱環節。按照目前已有的相關規范，對于直徑<1 200 mm的管道采用卡箍連接，而對于直徑≥1 200 mm的管道采用電熱熔帶連接。卡箍連接和電熱熔帶連接工藝均比較復雜，接頭存在一定的質量隱患且接頭成本較高。

因此，為進一步研究聚乙烯管道連接問題，筆者提出了采用熱熔擠出焊接復合熱收縮套雙重連接工藝，設想先用熱熔擠出焊接將管材接頭焊接起來，再包覆熱收縮套以達到雙保險的目的。該工藝簡單，現場容易操作，成本亦較低。

研究分別進行了(1)接頭連接拉伸試驗，(2)接頭不透水性試驗，(3)現場實際的管道閉水試驗，試驗所得的各項指標均滿足要求。

(1)接頭連接拉伸試驗結果見表1。

(2)接頭不透水性試驗結果。

①單獨熱熔擠出焊連接試件(A型)不透水性試驗結果。將單獨熱熔擠出焊連接試件裝入不透水儀，通過7孔圓盤施加規定水壓，經保持30 min后觀察沒有出現透水。最終水壓力與開始水壓力相比沒有下降；非迎水面未見水。接頭不透水性能合格。

②熱熔擠出焊熱縮套復合連接試件(B型)不透水性試驗結果。將熱熔擠出焊熱縮套復合連接試件裝入不透水儀，通過7孔圓盤施加規定水壓，經保持30 min后觀察沒有出現透水；最終水壓力與開始水壓力相比沒有下降；非迎水面未見水。接頭不透水性能合格。

通過不透水性試驗，檢測了管道連接的局部接縫阻水、斷水性能。試驗結果表明：無論是A型試件還是B型試件，試驗過程中均沒有出現滲水與漏水現象，其不透水性滿足要求。

(3)管道閉水試驗結果：閉水試驗符合要求，未見滲漏現象。

2.3 主要優點

(1)熱收縮套連接具有的主要特點：外包闊面粘結，塑變密封閉水。熱收縮套連接為管外接縫覆蓋連接，以現有的熱收縮帶寬幅可通過施工操作方法控制粘結寬度，并在準確控制準確加熱溫度情況下獲得最大的有效粘結面積，這是保障接縫密封(不透水)的基礎。由于其為外環境開放性施工，熱收縮套連接操作工藝比較簡單、靈活，施工控制相對容易，可獲得最佳的粘結性能，因此，其連接質量(密封性)很容易保證，這是管道接縫密封性保證的關鍵。

表1 組合連接拉伸試驗結果表

(2)熱熔擠出焊連接具有的主要特點：高強剛性熔結，變形穩定一致。熱熔擠出焊法是將管材端頭對接，焊槍擠出熔融材料使管材連接成一體，這樣的剛性連接不僅使兩邊管道粘為整體、產生封閉效果，更為重要的是在粘結面飽滿和粘結強度高時管道的強度高，環剛度大，接頭整體變形一致性得以提高，降低了端頭錯動對接縫性能的影響。

(3)組合連接具有的主要特點：剛柔相濟互補，質量雙重保障。①組合連接對單一連接的各自特點沒有負面作用，兩種連接方式操作工藝獨立性強，操作環境內外區分清楚，操作空間互不影響；熱熔擠出焊的連接部位是管材端頭及部分內表面，而熱收縮套連接部位完全在管材外表面，兩種連接方式的作業面和連接部位完全分開，兩種連接方式的施工質量均可以得到保證；②兩種連接方式組合不但沒有負面作用，而且根據兩種連接方式的特點，其組合方式對雙方的特點還有一定的提高、保護和促進作用：a.一般情況下，熱熔擠出焊連接從管內施工，管內接縫處表面可以處理的比較規整，但從管外接縫處觀察則常有深淺厚薄之分和局部細微脫粘狀況；單一連接時，管外積水、泥沙可能對連接處形成碰撞、硬壓和磨損，長期的背水面作用可能使連接薄弱處出現損傷擴展，以至于發生滲漏現象。當外部存在熱收縮套連接后，焊縫外部與土沙水石完全隔離，熱熔擠出焊的連接效果能夠得到更多的保證；b.高質量的熱熔擠出焊將焊接材料和管材熔融連接成一體，管道呈剛性整體狀態，接頭整體變形的一致性降低了端頭錯動情況發生的可能性，也大大減小了外包熱收縮套連接的變形，起到了保護和穩定收縮套連接的作用，使外包熱收縮套連接的密封效果得到了保證。

熱熔擠出焊接與熱收縮套連接優勢相互組合，其工藝簡單且成本遠低于電熱熔帶及卡箍連接，并且熱熔擠出焊接與熱收縮套連接復合工藝完美結合，優缺點互補，接頭質量達到雙重保障。經過分析，熱熔擠出焊接結合熱收縮套連接具有的主要優點有以下四個方面：(A)接頭連接設備簡單、易操作。(B)安裝工時短、節省工期。(C)接頭原材料成本低、節約。(D) 接頭質量雙重保障。

3 結 語

PE塑鋼纏繞排水管作為一種新型地下管材已被廣泛應用。由于受各種條件限制，如前所述，單一方法連接后的管道系統并不能完全保證其密封性及可靠性，而采用熱熔擠出焊接結合熱收縮套連接則可以得到比較完美的性能保障，能夠保證工程質量且施工簡單快捷，節約成本。