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聚乙烯燃气管道接口的质量控制

摘要：聚乙烯燃气管道接口缺乏有效的无损检测技术手段，其接口质量需要通过正确选择焊接工艺和焊接机具、加强焊接过程控制、强化自检和验收手段、加强人员的管理与控制来得以保证。
关键词：聚乙烯；管道接口；质量控制：焊接机具年检：
1 前言
聚乙烯燃气管道具有使用寿命长、耐腐蚀、焊接性能好、高柔韧性、流通能力大、施工速度快、经济性好等优良性能，同样管道的焊口不合格会导致整个管网使用寿命短，甚至会导致安全隐患。相对于钢管、铸铁管而言更适合于做埋地燃气管道。聚乙烯管道也有其不足之处，其接口不像钢管一样具有无损检测技术手段来验证合格与否就是其中之一。所以要求通过严格的质量控制措施来保证聚乙烯管道接口质量合格，这样才能发挥出聚乙烯管道的优势，推动聚乙烯管道事业的发展。本文从以下几个角度来分析聚乙烯燃气管道接口的质量控制措施，以供同行参考。
2 焊接工艺和焊接机具的选择
聚乙烯燃气管道的连接，是整个聚乙烯管道安装过程中最重要工序，连接技术的优劣，直接关系到燃气管网系统的运行效果和使用寿命。正确选择焊接工艺和焊接机具是保证聚乙烯管道接口质量的先决条件。 聚乙烯管道之间按其连接方式的不同，一般分为热熔连接和电熔连接两种。电熔连接技术及电熔焊机已经运用多年，技术成熟，自动化程度较高，操作简单，受环境、人为因素影响较少，接头较为牢固可靠，但管件加工工艺复杂，成本较高。热熔连接是将需要连接管材的管端贴靠加热板上，使管端加热至熔融程度，然后迅速除去加热板，把已熔融的两端相互对接在一起，施加一定的压力，达到所规定的时间，直到接头冷却。热熔连接受环境、人为因素影响较多，接头质量没有电熔连接的可靠，但成本较低。
我国在最初使用聚乙烯管道作为燃气管道时大多数采用手动／半自动热熔连接，由于受人为因素影响很大，出现了很多接头焊不牢的质量事故，这在各地燃气公司均有类似案例。后来部分地区采用电熔连接，情况得到改善。为降低工程成本，推动聚乙烯管道事业的发展，做到既安全又经济，国外一直在研究将人为因素影响降到最低的热熔连接机具，并在1990年开始应用全自动热熔对接焊机，目前国内也在大力推广全自动热熔焊机，逐步淘汰手动／半自动热熔焊机。
为了更好地了解手动／半自动与全自动热熔对接的特点，在此对手动与全自动热熔对接焊机操作特点作一对比，见表1。
表1 手动与全自动热熔对接焊机操作特点对比
重要步聚
手动焊机及其潜在的错误可能
全自动焊机
铣切端面
人为控制，可能铣销量太多
自动控制，铣销量太大时，焊机提示
检查端面
人为控制，可能有台阶，端面不平
自动控制，端面平滑
检查管道平直
人为控制，可能跳过此步
自动控制
检查加热板温度
人为控制，可能在不适当的温度开始焊接
自动控制，温度不合适不开始焊接
加压成边
人为控制，压力可能错误
自动控制
初始卷边形成
人为控制，可能不准
自动控制
自动检测管道位移量，成边时间根据环境温度调整
吸热时间
人为控制时间，可能不准
自动控制
抽板
人为控制，因时间长，可能造成实际的焊接温度太低或损伤熔合面
自动弹出，典型时间2秒之内
检查是否夹持牢固
人为控制，微小的滑脱可能无法察觉，影响接合面的压力
自动控制，任何滑脱都会提示
熔接压力
人为控制，可能压力不准
自动控制
冷却加压及冷却时间
人为控制，可能不准
因保压不够，可能压力偏低或冷却时间不够
自动控制，压力低于10%，自动加压如冷却时间不够焊机会提示
记录各参数
人为记录，可信度差

从表中可以看出，对于影响对接焊口的重要因素如焊接温度、管道端面对齐情况、焊接压力、焊接时间、冷却时间和焊接顺序等，手动／半自动焊机不但过分依赖焊工的责任心和经验，而且有责任心和经验也不一定能控制好，稍为做不好一点，就会产生一个不合格焊口，而不合格的焊口将对整个管线系统带来不可评估的破坏。自动化程度高的全自动热熔对接焊机则由计算机控制温度、压力、时间、顺序等焊接参数，准确度高。实践证明焊接质量可靠，接头牢固，可以与电熔焊接媲美。
为了保障输送易燃易爆燃气的聚乙烯管网的安全性能，应淘汰手动／半自动热熔焊机，取代为全自动热熔对接焊机。但全自动热熔对接焊机也有其局限性，就是只能用于管材与管材之间的热熔对接，不能用于三通、弯头等管件与管件或管件与管材的连接，而且一般只适用于地面上的连接，在沟里连接时要求工作面条件比较苛刻而较少采用。管道壁厚小导致熔接面较小也不适合用热熔对接。下面几种情况建议均采用电熔连接：
(1)管道壁厚＜10mm的连接
(2)管件与管件或管件与管材的连接，如连接三通、弯头、大小头等
(3)必须在管沟里完成的连接口
(4)不同材质、牌号管材之间的连接
(5)新旧管网的连接
(6)带气管网的碰口或修补
除了以上几种情况，其余可采用全自动热熔对接连接，可降低工程成本，做到物美价廉。综合来说，选择聚乙烯管道焊接工艺时首先要考虑可靠性，然后考虑经济性；选择焊接机具则要选用自动化程度高的机具，对于热熔连接则一定要使用全自动热熔对接焊机，方可保证接口质量。
3 焊接过程的控制
确定完焊接工艺和焊接机具后，就要严格按照焊机说明和操作步骤以及有关聚乙烯焊接质量控制要点来施焊。接口质量的好坏主要是在焊接过程中形成的，因此，严格的焊接过程管理控制是聚乙烯管道接口质量的最有力保证。下面是聚乙烯管道焊接过程的质量控制要点。
(1)电熔连接
①焊工应按有关规定进行考试，取得政府职能部门颁发的PE电熔焊工资格证方可施焊；
②在寒冷气候(—5℃以下)和大风、雨环境下进行连接操作时，应采取保护措施或调整连接工艺；
③通电加热的电压和加热时间应符合电熔连接机具和电熔管件生产厂的规定；
④管道末端必须切成直角并清除碎屑及附着物；
⑤用洁净棉布等擦净管材、管件连接面上的污物；
⑥标出插入深度，用专用刮刀将插入端表面表皮刮除，须彻底刮净；
⑦用专用夹具夹住校直待连管道，防止熔合过程管道移动；
⑧熔合过程和冷却时间内不得碰动管道，移离机身的管子应有十分钟的冷却时间。
(2)全自动热熔对接
①焊工应按有关规定进行考试，取得政府职能部门颁发的PE热熔焊工资格证方可施焊；
②在寒冷气候(—5℃以下)和大风、雨环境下进行连接操作时，应采取保护措施或调整连接工艺；
③电压应符合热熔对接机具的规定；
④发热板应保持非常清洁，没有污染物、尘埃及聚乙烯熔化物。为清除发热板上余下尘埃，在每天进行第一次焊接前或转换不同直径管材作焊接前及使用其他方法清洁发热板之后，都应以卷边形成清洁法来清洁发热板；
⑤两段管道须对齐平放，可移动一方用滑动支架承托；
⑥用干净棉布等将管末端表面及内外壁抹净；
⑦自动铣削完后，以视觉检查铣削面的质量，并严格执行焊接的五个阶段操作完成，即：预热卷边阶段：吸热阶段：转换阶段（提取加热板）：焊接阶段：冷却阶段：
⑧焊接过程和冷却时间内不得碰动管道，移离机身的管道应有十分钟的冷却时间。
4 接口验收控制
实践证明，聚乙烯燃气管道最易损坏和泄漏的部位，就是管道接口，工程成功与失败的关键就是管道连接质量的好坏。所以严格的接口质量验收对地下燃气管道工程十分重要。钢管焊口可以采用无损探伤抽查检验，而聚乙烯管道接口则需要做破坏性试验才能检查内部质量。聚乙烯管道接口的无损检测技术目前在德国、美国、法国等国家处在初始阶段，主要是根据超声波的反射波形来判断接口的熔接是否存在缺陷，各个国家仪器仪表不一样，反射波形也不一样，对接口的质量判断标准也不一样，就算是同一台仪器仪表检测，也需要经验很丰富的检测师才能判断熔接口的好坏。因此，目前PE管的无损检测方法在各个国家都比较难推行。从以往经验来看，钢管焊接技术已很成熟，再加上无损探伤抽查检验，对钢管连接口的质量还是有很大的保障，而对于聚乙烯管来说，电熔连接和全自动热熔对接技术相对手动／半自动连接技术已有很大程度的改善，已基本保障了接口的质量，但缺乏无损检测手段，终究难令人完全放心，特别是针对一些责任心不高的焊接。因此，聚乙烯管道连接完后，应加强施工自检和第三方验收，并适当抽取一定比例的接口切开进行内部检查。验收可采取以下方法：
(1)检查全部焊接口的焊机焊接数据打印记录。
(2)外观质量自检应100％进行。外观质量检查可按下面检查要点进行。
●热熔对接：
①检查卷边是否正常均匀，使用卷边测量器测量其宽度应在指定的大小范围内；
②割除卷边后，检查卷边底部、管道的焊接界面不应有污染物；
③检查卷边底部的焊接界面不应出现熔和不足而造成的裂缝；
④将卷边向背后屈曲，不应出现熔和不足而造成的裂缝；
⑤检查两端管道在接口上应对准成一直线。
●电熔连接：
①检查管件两端管道的整个圆周应有刮削痕迹；
②检查熔合过程中的熔解物没有渗出管件；
③检查管件应处于两边管道定位线的中间；
④检查熔合指示针(如有此装置)已经升起；
⑤检查管道与管件已经对准成一直线。
(3)对于全自动热熔对接的焊口，验收人员应抽取一定数量的焊口割除卷边，按上面的检查要点来检查接口质量。抽查数量不得少于10％，且每个焊工的抽查数量不少于5个。
(4)每个工程均应做接口破坏性试验，如果是电熔连接，应抽取3％焊口，建议不少于1个；如果是全自动热熔对接，应抽取5％的焊口，且每个焊工不少于3个。破坏性试验可把焊口切成4条甚至更多，检查内部熔合情况，未完全熔合视为不合格，也可做拉伸试验，看拉伸强度是否满足要求。
(5)接口质量如不合格，应对该焊工的接口进行加倍抽检，再发现不合格，则对该焊工施工的接口全部进行返工。
通过以上验收方法，如果合格，则聚乙烯管道接口质量可信度可认为与钢管焊口差不多。
5 人员管理与控制：
无论哪一种连接工艺均存在一定程度的人为因素，所以焊工是否取得相应的上岗证及是否有责任心对接口质量有很大影响。熟练操作焊机，掌握焊接要领，并要求具有高度责任心，对焊接管材、管件采取必要的加工，每一步按要求认真操作，不能马虎，才能保证一个完全合格的接口。
人员管理与控制还包括一些如施工质检、设计、监理、监督、检测等其他的相关技术人员，认真检查与验收，完善施工质量保障措施，做到以人为本，规范化操作，加强设备材料、施工机具的管理，根据CJJ63_2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》热熔对接连接设备应定期校准和检定，周期不宜超过一年。加强施工过程、验收的控制，从各个方面保证聚乙烯燃气管道接口的质量。

6 结语
聚乙烯燃气管道接口质量检验只能是外观检查或破坏性试验，缺乏有效的无损检测技术手段，其接口质量只有通过提高施工工艺技术水平和施工过程控制以及加强验收来保证。因此，正确选择焊接工艺和焊接机具，加强焊接过程控制，强化自检和第三方验收，加强人员的管理和控制，提高施工人员的技术水平和责任心，是我们为保证聚乙烯燃气管道接口质量而必须做到的。依据质量控制五要素：人，机，料，环，法。我公司经国家特设总局核准的焊工考试机构，同时也成立了焊接设备检测机构，可为客户做好最优质的服务，也为燃气行业做好安全的保障。