房建給排水PE管熱熔工藝研究

趙小虎

(中鐵十八局集團 北京中鐵大都工程有限公司, 北京100162)

1 工程概況

武漢·1818中心二期工程由中鐵十八局集團公司北京中鐵大都工程有限公司承建，項目小市政生活給水系統、消防供水系統管材及配件大量采用SDR21系列PE50-PE250聚乙烯管材料。主要工程量：小區小市政生活給水系統、消防供水系統。室外供水管鋪設給水PE管2165 m；管徑包括：DN50、DN63、DN110、DN160、DN200、DN225、DN250等型號，管路接頭選用熱熔連接。由于小區生活給水、消防供水系統分為兩個系統在市政管網進行接駁，管路復雜，管道分支極多且工期緊張，對施工質量尤其接頭連接質量要求十分嚴格。

由于本工程小市政的生活給水系統、消防供水系統要與市政供水系統接駁，市政供水系統的供水壓力一般為0.4～0.6MPa，因此，項目選用SDR21型給水PE管，既能滿足壓力需求并留有一定的富余空間，又能最大程度節約成本。

2 PE管材的特點

PE管目前已經成為國際上應用最為成熟的塑料壓力管之一，廣泛應用在生活給水管道、消防供水管道、燃氣輸送管道等領域[1]。PE管具有高韌性、可繞性，在施工中對于管路管溝中的不均勻沉降適應力非常好，可繞過一些障礙物，能夠有效抵抗壓力產生的環向應力及軸向抗沖擊力，可減少管材及配件的工程量，降低其材料費用和安裝費用。給水PE管道采用專用的聚乙烯原料，實現接口與管材一體化。具有安裝工藝簡單、連接可靠、抗開裂、耐化學腐燭、潔凈衛生、耐磨、流通性好、可撓性優越、可回收利用等特點。實際施工經驗證明了PE管材在施工中優異的性價比[2]。

PE管道具有多種規格、多種壓力等級，能夠滿足多種類型的壓力管道的使用要求如表1所示。

PE管道連接采用熔接技術，其接口和管材本身為同種材質。實驗表明，PE管材熱熔或電熔接頭的抗拉強度及爆破均高于管材本身，接頭不會由于回填土或活載荷的作用斷開。由高密度聚乙烯管材組成的供水系統可安全使用50年以上，具有使用壽命長的特點[3]。

3 PE管熱熔連接工藝

熱熔連接是將PE管端頭在一定的溫度下加熱使之成為粘滯流體狀物質，在對焊機焊接壓力的作用下，使管材原料相互擴散并連接，經冷卻達到焊接目的。PE管一般采用傳統的開挖施工，還可采用非開挖技術如頂管、襯管、裂管、定向鉆孔等方式進行施工[4]。但接頭施工大部分采用熱熔連接工藝，如在武漢·1818中心二期工程生活給水系統及消防供水系統施工中就有廣泛的使用。

PE管道施工流程如下：

管線測量→管線清表→管溝開挖→墊層施工→PE管熱熔安裝→閥門安裝→井室砌筑安裝→管道試壓→管溝回填→消毒清洗→管道標識→驗收[5]。

下面就PE管道熱熔連接的工序及注意事項進行總結如下：

(1)管材檢查及下料。管材的圓度應當高于標準值，下料時端頭應預留不小于2cm削切長度。

(2)打開焊機，必須使用與焊機配套電源，電源的電壓變化應控制在±10%的范圍內，焊機應設置接地保護線；檢查焊機加熱板表面，表面要沒有污垢、保證清潔、不能有明顯的劃痕和凹凸不平[6]。

(3)將待焊管材用焊機夾具夾緊。

(4)打開機架，將銑刀放置到位，鎖緊旋鈕銑刀。

(5)清潔連接端，啟動銑刀，閉合夾具，對管材端頭進行銑削。必須切削干凈管材端頭的雜質和氧化層，保證兩對接端面平整、光潔。

(6)將銑刀從機架上取下，并將夾具恢復至閉合狀態，檢查所要熱熔的管道兩端的間距，間距均不得超過0.3 mm。在取下銑刀的過程中，要輕拿輕放、控制好銑刀和管道端面的距離，避免與管道端面發生碰撞，如果發生碰撞并破壞了管道端面，則要對管道端面進行重新銑削；已經銑削好的端面要注意保持清潔，加工過程中不要用手觸摸，以免形成污染，影響熱熔質量[7]。

(7)檢查熔接好的管材的同軸度，錯位量不得超過管壁厚度的±10%。當錯位量超出規定時，應重新銑削直到合格。

(8)放入加熱板。加熱板的溫度應控制在210 ℃±10 ℃。注意加熱板的紅指示燈是否閃亮。當加熱板燈亮后需等待10分鐘左右，使加熱板的溫度均勻以保證整體管件受熱，確保質量合格。

(9)加熱完畢，取出加熱板，迅速連接管材加熱面，升壓至熱熔壓力并保壓。熱熔是管道接頭焊接的關鍵質量控制點，在進行熱熔的過程中，管道及管件接頭熱熔部位應該在規定的壓力之下進行連接。由于聚氯乙烯塑料材料導熱性能差，所以管道接口的冷卻速度比較緩慢，這就導致了接口焊縫的機械強度和耐壓強度的形成時間比較長，因此，焊縫的冷卻過程必須要在規定的壓力、溫度等條件下進行。PE管接頭溫度只有在整體冷卻到正常溫度后才能達到其最大耐壓強度，所以在接頭冷卻期間要注意保護接頭及管道，要防止其他外力碰撞管道、管件，從而導致使管道、管件的軸線偏差，影響接頭的熱熔質量[8]。

4 PE管熱熔問題總結及處理方法

(1)焊環過高。此問題由于熱熔時壓力過高，加熱溫度過大，加熱時間過長造成。相應解決辦法即使熱熔時壓力及溫度在規定的范圍內，加熱時間嚴格按照要求進行。

(2)焊環過低。其產生原因與焊環過高恰好相反，是由于熱熔時壓力低、溫度低、加熱時間沒有達到要求導致的。解決的辦法就是要嚴格按照規定的加熱時間、熱熔溫度計熱熔壓力進行操作。

(3)焊環兩邊高低不等。因被焊的管件、管道屬于不同的品牌或不同的批次，所以管件、管道所要求的加熱溫度和加熱時間有差異，導致所熱熔的管件、管道的端面的熔融的程度有差異，進而導致管件、管道的對中超出允許偏差的范圍，軸線發生相對偏移，使得管件、管道熔融對接之前就產生了質量隱患。此現象多出現于管子與管件(如彎頭、三通等)的熱熔接口。實際操作中，應當觀察管件的端頭熔融程度是否理想，并使設備兩個夾具的中心線重合，保持管材對中，選用同品牌同批次的材料。

(4)焊環成溝狀凹陷。原因是熱熔對接的過程中熔料溫度未能達到要求，切換時間太長。實際操作中要核查加熱板的溫度是否達到要求，加快操作過程，降低操作過程中切換所占用的時間。

(5)接口錯位。原因是熔融對接前管件、管道的對中未達到要求，錯位超出偏差允許范圍。實際操作中，技術人員嚴格控制管件、管道的的偏移量，材料加熱要進行對中檢查，對接前要進行對中核查，做到兩查進而保障同軸度。

(6)虛焊。虛焊是嚴重且最容易發生的質量問題，原因有兩點：①焊機夾具行程不夠，焊接前進行試碰，在夾具行程桿上應看到不小于20 mm的行程余量。若行程余量不夠，雖焊接后外觀良好，但內在熔接不徹底，會出現虛焊。這是熱熔對焊中不易察覺的問題，故現場施工人員及技術人員在每次焊接之前應當要注意，夾具行程桿都要預留出一定的行程余量。②夾具在對接時的速度太快。管件、管道經過加熱板的加熱后進行連接，若在此過程中夾具操作的速度太快，就會造成部分熔融聚乙烯被擠壓到管件的內外壁兩側，使接頭部分融合不夠充分產生縫隙，形成虛焊。因此，現場施工人員控制焊機的速度應緩慢而均勻，使兩管件接頭熔接部分充分熔合，達到施工質量要求。

5 結語

實踐表明，以PE管為主體的給排水系統較好地解決了傳統系統中的腐燭和漏水問題，更加證明了PE管給排水系統質量可靠、運行安全、維護便捷、工藝簡單、性價比高。同時，熱熔工藝適合PE管材料的直埋、暗埋、明敷等所有敷設要求。但施工過程中，PE管缺乏簡單有效的無損檢測的手段，無法直觀反映其熔接質量，目前主要憑借焊環判斷接口質量或者抽取一定數量接口進行破壞性試驗，因此施工前應進行焊接試驗，確定各品種規格的PE管焊接參數，制定工藝指導書并對施工作業人員進行詳細的技術交底。施工人員應當嚴格依照相應的施工流程、施工工藝、注意事項等進行管道的安裝作業，具體操作人員、技術人員、質檢人員應當對焊接的質量進行嚴格把關，尤其是對焊環的外觀進行嚴格把關，并進行規定數量的破壞性試驗，從而保障焊接質量。