聚偏氟乙稀焊接技術(shù)的應(yīng)用

鄧丁華，潘文泉，王瑞家(青島百海水海水淡化有限公司，山東 青島 266043)

0 引言

在小口徑的硫酸流體輸送中，聚偏氟乙稀成為較理想的材料。青島一家海水淡化廠使用輸送硫酸的管道材質(zhì)為即為此。其在應(yīng)用過(guò)程中較多的使用熱熔焊接技術(shù)，因其相較于襯塑和鑄鐵在硫酸管道上的應(yīng)用有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

聚偏氟乙稀在小口徑(小于D40)流體輸送過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)如下，主要是相對(duì)于襯塑管道、鑄鐵管道而言：(1)不產(chǎn)生氧化膜，不易脆化、變形；(2)較細(xì)的管道以及有安裝空間限制的部分可較方便制作安裝；(3)因其透明特性，可易于觀察液體的狀態(tài)；(4)發(fā)生泄漏后易于發(fā)現(xiàn)、維修；(5)熔點(diǎn)較高，通常170°左右；屈服強(qiáng)度大約40 MPa，擠出加工溫度在200～240 ℃之間[1]。

1 聚偏氟乙稀缺陷

(1)撓性好，其剛度差，不能受擠壓；(2)相較于鋼性管，其損壞后破裂噴濺較嚴(yán)重；(3)焊接受安裝位置、技術(shù)影響較大。

海水淡化工藝中超濾是一個(gè)效率較高的海水預(yù)處理工藝，超濾膜清洗方式多樣，該廠采用化學(xué)清洗的方式，其工藝要求主要有浸泡pH值，余氯等，加酸使浸泡水pH值在2以下的持續(xù)10 min以上，后再加堿使超濾膜pH值在10以上相同時(shí)間。在此工藝中要求使用濃硫酸(98%)做藥劑使pH值維持在要求的范圍內(nèi)，這需要加酸管道流量要求600 L/h以上，并符合間斷運(yùn)行要求，每30 min投加80～120 s。為滿足該工藝要求，該廠選用聚偏氟乙稀做為材質(zhì)，管徑選用D32，PN16做為濃硫酸的輸送管道，使用背壓閥(設(shè)定壓力值以上開(kāi)啟，低于設(shè)定值流體不流動(dòng))作為保壓的主要措施，以保證加藥停止后整個(gè)硫酸主管線仍保持一定的壓力。

此工藝段的現(xiàn)場(chǎng)管道敷設(shè)較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)膜安裝密度較大，管道集成化、模塊化設(shè)計(jì)較多，管道安裝位置受限，故濃硫酸管道選擇主管道在地下溝漕內(nèi)敷設(shè)，僅在加藥口返上地面敷設(shè)并連接控制閥門等。這在初期建設(shè)時(shí)有優(yōu)勢(shì)，但后期改造、維護(hù)就比較麻煩。現(xiàn)場(chǎng)不能有效施展工具，特別是出與防漏考慮該廠預(yù)留了較少的活節(jié)接頭。

聚偏氟乙稀管件的焊接成為安裝、維修管道的一個(gè)重中之重，因?yàn)椋?1)焊接小管徑塑性管道稍有偏差就會(huì)造成管內(nèi)壁結(jié)焊瘤，影響介質(zhì)的流動(dòng)；(2)焊接時(shí)間、位置調(diào)節(jié)不好，會(huì)導(dǎo)致虛焊，且補(bǔ)焊難度大；(3)該廠的安裝空間要求不允許較大設(shè)備施工(管道井寬度為100 cm×100 cm)。

2 聚偏氟乙稀焊接工藝

聚偏氟乙稀焊接工藝大致分為兩種，一種是紅外熔接技術(shù)，一種是電熔焊接技術(shù)，工業(yè)管道中較多使用后者。電熔焊接根據(jù)其熔接面的不同又可分為承插焊和平面對(duì)焊。

紅外熔接技術(shù)較高端，適用于精密儀器的管道安裝制作，工業(yè)應(yīng)用并不常見(jiàn)，使用紅外對(duì)焊工藝焊接時(shí)零件與熱源不接觸，是對(duì)加熱無(wú)件對(duì)焊技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)[2]。

承插焊即將一管件外徑與另一管件內(nèi)徑接熔后插入，此焊接方式也常應(yīng)用在PE、PP小口徑管道(小于D100)焊接過(guò)程中。

聚偏氟乙稀承插焊出現(xiàn)的問(wèn)題多為焊接時(shí)位移較大，使整個(gè)管道軸向變形，冷卻后不能調(diào)整。因焊接時(shí)需要擠壓被焊部位(插入距離一般大于15 mm)，被加熱熔化的部分?jǐn)D壓后會(huì)造成管件內(nèi)壁結(jié)焊瘤。

聚偏氟乙稀平面對(duì)焊是一種精度較高的焊接方式，如中心度、時(shí)間控制、溫度、預(yù)緊力大小都需要調(diào)整準(zhǔn)確。聚偏氟乙稀焊接技術(shù)要點(diǎn)：(1)使用的焊機(jī)設(shè)備為溫度可調(diào)(Max300℃)；(2)使用時(shí)要求兩管件尺寸不應(yīng)過(guò)大(小于D40)，過(guò)大的尺寸會(huì)使管件熔化間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)接時(shí)整個(gè)接口管件因溫度過(guò)高發(fā)生軟化，失去對(duì)接強(qiáng)度；(3)表面處理要徹底，類似焊后夾渣等問(wèn)題致焊后管道承載壓力不足、泄漏等問(wèn)題時(shí)常出現(xiàn)；(4)施焊時(shí)，平行于管件軸向取出焊機(jī)，且要求傾斜度不得大于15°，過(guò)大的傾斜度會(huì)導(dǎo)致焊接變形。

平面對(duì)焊作業(yè)前準(zhǔn)備工作有：(1)確定焊接管件的規(guī)格尺寸；(2)確定焊接地點(diǎn)，要求無(wú)塵、通風(fēng)良好、平整、應(yīng)盡量避免潮濕環(huán)境下作業(yè)；(3)人員配備，應(yīng)2人以下配合作業(yè)，工序搭接時(shí)要求迅速；(4)焊接件管壁應(yīng)一致；(5)針對(duì)該規(guī)格焊件做焊接試驗(yàn)，檢驗(yàn)其試驗(yàn)強(qiáng)度是否符合要求。

平面對(duì)焊作業(yè)流程及技術(shù)要點(diǎn)(以D32聚偏氟乙稀，壁厚2.4mm為例) ：

(1)焊接件固定。PVDF管道和管件固定前，需要調(diào)節(jié)專用熱熔夾具，使夾具導(dǎo)軌保持水平，利用水平尺進(jìn)行校驗(yàn)管道、管件是否水平[3]。并試夾緊，調(diào)整其管壁在同平面上。

(2)焊接面切割。固定后的兩管件焊接面需要進(jìn)行平整處理，主要工具是環(huán)型切刀，切割深度以兩管件管壁嚴(yán)密對(duì)合，目視無(wú)縫為合格。

(3)開(kāi)啟加熱器。選用表面涂層不粘聯(lián)的加熱器，溫度可調(diào)溫度調(diào)到230～250 ℃之間(室溫10 ℃)。加熱器功率應(yīng)大于1 500 W，較大的功率能使溫度維持變得簡(jiǎn)單。達(dá)到設(shè)定溫度后待用，過(guò)高的溫度會(huì)使焊接表面產(chǎn)生流體，并與管件本體分離，過(guò)低的焊接溫度可導(dǎo)致焊接面不粘接，有條件時(shí)可以使用外部測(cè)溫儀對(duì)加熱器進(jìn)行溫度校核。

(4)加熱器與焊接面壓緊。將加熱器置于兩管件焊接面中間，并以縱向位移的方式兩兩相碰，壓強(qiáng)宜為2～3 kPa，觸碰時(shí)間宜為30～60 s。觸碰時(shí)間視施工室溫而定，一般以35 s為宜(室溫10 ℃)，過(guò)低的室溫可適當(dāng)延長(zhǎng)觸碰時(shí)間，但不宜大于60 s，過(guò)長(zhǎng)與加熱器接觸容易使管件的熱熔部分與未熱熔部分發(fā)生分離，并增加管內(nèi)壁的焊瘤，影響焊接質(zhì)量。

(5)加熱器與焊接面分離。在步驟4完成后，即兩管件的焊接面與加熱器壓緊時(shí)間完成后，應(yīng)立即松開(kāi)管件的焊接面與加熱器的接觸，并取出加熱器，使兩管件焊接面接觸，此操作應(yīng)在3 s內(nèi)完成。因過(guò)長(zhǎng)的焊接面與加熱器分離時(shí)間會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)接觸溫度過(guò)低，達(dá)不到粘接的效果。另外，此工序搭接過(guò)程中，應(yīng)注意焊接面是否被焊機(jī)粘住，如有粘聯(lián)的情況，應(yīng)立即停止焊接，重新更換新焊機(jī)焊接。此時(shí)務(wù)兩人協(xié)作，避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致焊接失敗。

(6)焊接面壓緊。兩管件焊接面接觸時(shí)的壓強(qiáng)應(yīng)與管件與加熱器壓緊時(shí)的壓強(qiáng)一致，即2～3 kPa，兩管件焊接面接觸時(shí)壓強(qiáng)自0 kPa升至2～3 kPa的時(shí)間不應(yīng)大于3 s。過(guò)長(zhǎng)的壓緊時(shí)間也會(huì)導(dǎo)致焊接面強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。

(7)冷卻。當(dāng)兩管件焊接面壓強(qiáng)達(dá)到2～3 kPa后，在此壓強(qiáng)下，應(yīng)至少冷卻5 s，如作業(yè)時(shí)間充裕，應(yīng)盡可能延長(zhǎng)冷卻時(shí)間。在該廠施工時(shí)，因工期不緊，焊接質(zhì)量要求高，其冷卻時(shí)間一度達(dá)到50 s。但經(jīng)試驗(yàn)焊接，冷卻時(shí)間5 s即可達(dá)到強(qiáng)度要求，如表1所示。

表1 試驗(yàn)焊接

在焊接完畢后會(huì)在管壁上形成一個(gè)圓周焊縫。可以通過(guò)目測(cè)焊縫來(lái)檢查焊接質(zhì)量。一個(gè)良好的焊縫，它在管壁圓周上的尺寸基本相同，而且焊縫表面光滑，不會(huì)有凹坑的出現(xiàn)。

該廠在維修聚偏氟乙稀管道初期使用承插熱熔焊接方式，后鑒于平面對(duì)焊在應(yīng)用中的表現(xiàn)，已基本將其取代。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比熱熔承插焊和熱熔平面對(duì)焊，可以知道，小口徑(D40以內(nèi))聚偏氟乙稀管道使用熱熔承插焊接不如平面對(duì)焊可靠，在作業(yè)過(guò)程中只要按照基本流程，掌握焊接技巧，即可完成對(duì)小口徑管道的高質(zhì)量焊接。其實(shí)際使用壓力可達(dá)到1.0 MPa，符合工藝要求，并能焊接質(zhì)量，減少聚偏氟乙稀管道焊接瑕疵。