常见焊接失败的原因.doc

2. 常见焊接失败的原因

2.1 对接焊
案例一：北方某地，PE80管道外径200mm，SDR11，通过强度试验压力0.6MPa和气密性试验，运行压力0.07MPa，运行四个月后巡线发现泄漏，开挖后发现焊口处泄漏（见图1），观察其焊缝翻边，明显小于正常焊缝的宽度，第一感觉为焊接温度低，吸热时间不足；剖开泄漏处，焊接面光亮如镜，焊口为脆性断裂，并且在焊接面上留有镶入的铁屑和泥土砂粒。

图1 运行四个月焊口泄漏剖为脆性断裂
原因分析：将“用热板平整待焊接端面”的过程遗漏，直接开始“吸热”后对接；焊缝的翻边明显偏小，端面不平整造成焊接面吸热不足，使聚乙烯（PE）大分子未获得足够的能量和空间进行迁移、缠绕，从而未达到应有的强度和性能，在管道内应力作用下四个月时间即发生开裂。

案例二：北方某地敷设聚乙烯（PE）管道，公称外径250mm，SDR17.6，材料等级PE80，焊接管道长度约60M，在拖管入沟时发生焊口开裂（见图2）。

图2 拖管时焊口开裂
原因分析：根据计算，该管米重量约11kg/M，总重量约为660kg，加上拖管的摩擦力最大1000kg，按照其屈服应力18MPa为断裂强度，至少需要19吨的力，但施工当时的力根本不可能将焊口拉开；观察焊口的内外翻边都正常，说明加热板温度满足焊接要求；但断口端面的平整光亮来看，加热板表面有油，焊接时形成油膜，污染了焊接面，最终形成假焊所致。

案例三：南方某地，公称外径315mm，SDR17.6，材料等级PE100，工程完工后强度试验0.6MPa，验收完成，该管线是城市建设预埋的管线；第二年准备使用，运行前重新打压试验发现泄漏（见图3）。
焊口未开裂处有泥沙

图3外径315mm，SDR17.6预埋管道焊口泄漏处图
原因分析：准备在焊口未开裂处作拉伸试验，取样时未用大力就断裂，强度非常低，断口的表面有镶入的泥沙（见图3），据焊接记录记载是施工开始焊接的第一个焊口，说明焊接准备不充分，热板表面不洁净，未进行清洁热板，热板未预热，切换时间过长，从而造成假焊。
案例四：南方某地外径315mm，SDR11，材料等级PE80，焊接后翻边表面产生1～2mm的气泡（见图4），焊口下方密集，焊口上方稀少，造成外观不合格。
原因分析：在焊接的前一天施工现场下雨，管口未封堵，管内进入雨水，在焊接时虽然对管材的内外表面用干布进行除湿处理，但是处理的长度不够，由于坡度的问题，致使雨水在焊接的过程中由高处慢慢流到低处热板处，对接时熔融面将水份裹入，翻边时气化产生较大的气泡，焊口上方的水流到焊口的下方，致使焊口上方气泡稀少下方密集，现场将焊口锯开，擦干后又用乙醇（酒精）进行擦试来加快水份挥发，焊接后气泡现象消除。

图4 焊口下方气泡密集

案例五：南方某地外径200mm，SDR11，材料等级PE80，由于翻边有缺陷（见图5），对焊口质量怀疑，监理时未通过。

图5 管材表面处理不彻底翻边受阻产生缺陷
原因分析：该焊口经性能试验其性能符合要求，是一个合格的焊口，翻边的缺陷是由于管材的外表面粘有厂家不干胶的合格证，在焊接前距管材的焊接端面20～30mm范围未经处理，熔融聚乙烯（PE）的熔体在翻边时受阻，造成了翻边缺陷，监理非常负责任，致使焊口不合格。

从以上案例和国内多年的实际施工中来看，出现的问题均属于低级错误，而对接焊产生焊接失败的主要原因：
1. 无焊接工艺：施工单位忽略了对焊接工艺进行评定，没有根据本单位的实际情况制定焊接工艺，执行焊接工艺不严格，操作过程不规范，缺乏应有的管理。
2. 焊接温度低：加热板温度未达到焊接温度就开始焊接；电源电压低，距电源距离远，导线截面积小，导致加热板不能正常工作。
3. 焊接面污染：热板表面不洁净污染焊接面；施工环境恶劣，铣削后的焊接面受污染。
4. 恶劣天气焊接操作时无应有的保护措施；
5. 切换对接的过程超出规定时间。
6. 焊接参数设定错误：由于操作者失误将焊接参数设定错误；焊机生产厂提供的焊接参数本身有错误，焊机与管材不匹配，焊接参数未做试验验证。
7. 焊机未定期维护：压力表、温度指示器从未校正，发出错误信息。
8. 装夹管材/管件两端间距过宽，机架行程不足，形成假焊。
9. 采用了不合格厂家的管材或管件。
10. 冷却过程未完成过早的停机拆卸。

2.2 电熔焊

案例一：北方某地电熔套筒进行碰口连接，管材公称外径250mm，SDR11，材料等级PE80，电熔套筒材料与管材相同，焊接后熔融的物料从观察孔流出形成焊瘤，并且将电热丝顶出（见图6），由于焊瘤太大而锯去。

图6 管材不同轴管件加热时受力
原因分析：公称外径250mm，SDR11的管材，壁厚为22.7mm，在进行电熔焊时管道不同轴，未使用电熔固定夹具或用其它的物品进行管道固定。由于不同轴而产生较大的翘力，在加热电熔管件时，熔融状态的聚乙烯（PE）体积膨胀大约在20％左右，它们在外力的作用下迫使电热丝移位集中，产生了较大的热能，集中到观察孔处，将观察孔处应当为固体的物料熔融为流体，顶开观察孔处的物料而流出管件界面，并且在管材与管件的界面一侧带出电热丝，造成焊接失败。

案例二：北方某地居民小区工程验收完成，一栋楼中某个单元一侧居民炉灶火力不足做饭困难，楼前管道运行压力为200mm水柱，管材公称外径110mm，SDR17.6，PE80，楼前支管为63mm,SDR11,PE80,怀疑支管堵塞，锯下支管检查未发现异常，在异径三通110/63处进行检查发现63mm口部堵（见图7）。

图7 未作焊接长度标记管材承插过长
原因分析：焊接操作时没有划线，未将电熔管件的焊接长度，标记在需要焊接的管材表面，误将三通视为直通焊接，将异径三通63mm的端口堵，造成开挖抢修。

案例三：北方某地9月份敷设聚乙烯（PE）管道，管材公称外径250mm，SDR11，PE80，用250mm规格电熔套筒进行焊接，打压试验时发生泄漏，用氢气查出泄漏点，发现电熔套筒一端空焊(见图8)。

图8 电熔套筒一端空焊
原因分析：当天收工未能及时焊接，第二天的早上焊接，管道经过一夜，与白天的温差较大，聚乙烯（PE）的热膨胀系数为1.1～1.3×10-4，连接完的一端管材因收缩造成空焊。

案例四：北方某地5月份敷设聚乙烯（PE）管道，管材公称外径110mm，SDR17.6，PE100，用110mm规格电熔套筒进行焊接，打压试验时发生泄漏(见图9)。

图9 承插不到位管材偏离轴线
原因分析：管材一端未插到位，露出电热丝加热的密集区约10mm，并且严重偏离轴线，电熔管件在受力的情况下进行焊接，熔融物料在外力的作用下将电热丝挤到一起，热量不能传导于管材，导致材料在高温下降解甚至炭化，造成焊接失败，打压泄漏。

案例五：北方某地敷设PE管道，管材外径315mm，SDR11，PE100，由于工程重要，未在国内购买315规格的电熔套筒，进口GF公司的管件，运行一年后发生泄漏。泄露的管件见图10。

图10 承插不到位管材偏离轴线
原因分析：从现场的情况可以看出，是用电熔套筒进行管道的碰口时，管材长度不够，长度差60mm，错误的采取了用废管段填充的方法进行焊接，最终导致泄露。

从以上案例和国内多年的实际施工中反馈的信息来看，与对接焊出现的问题性质相同，均属于责任心不强，聚乙烯（PE）管道的焊接操作简单，忽略了焊接过程中的细节，电熔焊产生焊接失败的主要原因：
Ó 焊接时管道不同轴俗称别劲，未使用电熔固定夹具来固定管道，使管件在焊接时受到外力。
Ó 不划线，管材承插不到位，造成空焊或承插过位。
Ó 截取管材斜度大，管件电热丝密集区（加热区）暴露在空气中，不能将热量及时的传导给管材，造成过热聚乙烯（PE）炭化。
Ó 焊接等待跨时过长，不及时焊接致使焊接面污染，人为的造成温差大，管道由于温差大，热胀冷缩产生空焊和过位。
Ó 电熔管件在施工现场过早去除包装，暴露在施工现场，使电熔管件的焊接面受到污染。
Ó 管材表面氧化皮刮削不彻底甚至不刮削，焊接面出现分层。
Ó 电熔鞍形三通违反操作工艺，先打孔后焊接，由于鞍形三通打孔刀的设计通常为无屑切削，打孔时所用的力很大，致使鞍形主体变形的应力能达到受阻的粘性应变，这种应变需要经过一定的时间才能恢复，焊接面产生了较大的空隙，焊接后管件轴向泄漏。
Ó 电熔焊机不具备电压保护功能，在电压不符合焊接要求的情况下继续焊接，超出电熔管件生产厂家规定的焊接参数。
Ó 焊接后未达到规定的冷却时间，去处固定夹具或固定物品，移动管道。
Ó 大风、下雨、低温恶劣环境未采取相应的保护措施。

上海乔治费歇尔亚大塑料管件制品有限公司 产品及施工技术手册第2部分 应用案例分析 第4 页 共 4 页 2009.3