赵喜平(中国石化集团第十建设公司,山东淄博255438)
摘 要:PE 材料以其防腐蚀性好、流体阻力小、化学性能稳定等特性被广泛应用。其连接方法主要有胀紧接头连接、对接熔化焊连接、电热熔焊连接和法蓝连接四种形式。本文对此四种连接方式及工艺进行说明。
关键词:管道;安装;PE 材料;连接
1 概 述
PE 材料因其防腐蚀性好、流体阻力小、化学性能稳定等特性,具有广泛的应用范围。目前主要应用于饮用水、工艺水、废液、天然气等介质。但其抗老化性能不如PP 材料,因此普通PE 材料不常用于地面上管道安装,除非经抗老化工艺处理(如添加抗老化剂) 。同时,PE 材料比PP 材料略软,地面上使用时,PE 管需要密集的支架且外形不好,较大的热胀冷缩性能在气温变化时会使管子弯曲下垂和破坏接头密封。
2 PE 管的连接方式
PE 管通常使用的连接形式有胀紧接头(或叫压紧接头,即通过丝扣推紧内部的O 形圈密封,英文名称叫Mechanical Fittings 或Compression Type Fit2tings) 、对接熔化焊接头(Butt Fusion Welding Joint) 、电热熔焊接头(Electro Fusion Welding Joint) 和法蓝连接(Flange Jointing)。
2.1 胀紧接头
胀紧接头适用于直径110 mm 及更小的管子连接,仅需根据图纸下料和把紧接头即可。胀紧接头具有以下优点: ① 同时适用于地上或地下; ② 操作方便,无须专用工具,易于安装; ③ 自锁式O 形圈在提供良好密封的同时可防止接头被拉开; ④ 易于拆除更换或管件重复利用; ⑤有竞争力的价格。胀紧接头的主要缺点是接头的强度较薄弱,受冲击或热胀冷缩的影响,接头密封性能易被破坏。
2.2 对接熔化焊接头
对接熔化焊接头适用于直径大于40 mm 的管子,是PE 材料最通用的连接形式,甚至PE 膜材和板材也使用熔化压力焊拼接。在同样的密封和工作压力下,其具有良好的经济性。该接头由管材与同材质的管件熔合组成,与母材同材质、等强度,焊接形成的翻边具有良好的加强作用。但内翻边会减小管道的实际流通直径增大介质的流动阻力。
2.3 电热熔焊接头
电加热熔焊接头适用于当空间过小无法使用对接熔化焊设备的情况和固定口的连接。它是由预埋在管件内部的电加热丝完成的。焊接时向加热丝通过一个规定大小的电流。加热丝产生热量,将周围的材料熔化并延伸至管材,使管子外表面熔化,最终达到管件与管子熔合。电热熔焊管件相当昂贵,且如果焊接失败,只能将管件连同插入管件的管子一起切除,管件将废弃,无法修整使用。
2.4 法蓝连接
法蓝连接多用于管道附件的连接,多为PE 翻边+ 松套碳钢/ 镀锌法蓝。对防腐要求严格时,法蓝表面可包敷一层PE 材质保护层。法蓝连接需与对接熔化焊或电热熔焊连接相配合使用。
3 熔化焊接工艺及设备
3.1 对接熔化焊接设备
熔焊机械和设备可以从各PE 材料制造厂购买或租赁。修整工具用于处理接头连接端面以保证其平整度、垂直度和洁净程度,通常是一套配双面刨刀的电动旋削机械。修整工具能卡在焊接设备支架上并保持与卡具中心垂直。刨刀必须保持清洁和锋利。
加热板的工作表面要保持干净以确保良好的热传导并防止接合表面污染影响焊接接头质量。加热板表面的堆积物要在板冷却后使用软木铲和/ 或浸入适当溶剂如丙醇等的抹布小心清理。对加热面的保护是相当重要的。
大部分熔化设备是铝制品。铝制品具有良好的热传导性但硬度低,容易受到冲击损伤。加热板不使用时应放在干净的保温筒内。部分自动熔焊机械具有完全收缩式加热板,可减小加热板表面被污染和损伤的危险。
熔焊设备具有控制加在接头内表面熔化压力的功能,并同时能提供很高的拉力以处理拖动接长的管子。常用装置有手动对中推进和液压推动两种,配合同心卡具,可提供平滑推力并有助于防止偏心。因PE 材料的摩擦系数很大,焊接设备难以拖动较长的管子,对管子进行多点滚动支撑有助于减小对设备的拉力,并防止对管子产生不必要的拉伸和刮擦。同时应减小管子预制连接长度,如直径大于4″、长度大于11.8 m 的管子敷设时应避免多根连接预制。否则会出现动力装置过载、焊接接头粘合压力不足等故障和缺陷。
3.2 对接熔化焊接头施工工艺
(1) 清理管端;
(2) 将管子夹紧在熔焊设备上,使用双面修整机具修整两个焊接接头端面;
(3) 取出修整机具,通过推进器使两管端相接触,检查两表面的一致性,严格保证管端正确对中;
(4) 在两端面之间插入210 ℃的加热板,以指定压力推进管子,将管端压紧在加热板上,在两管端周围形成一致的熔化束(环状凸起) ;
(5) 一旦完成加热,迅速移出加热板,避免加热板与管子熔化端摩擦;
(6) 以指定的连接压力将两管端推进至结合,形成一个双翻边的熔化束(两侧翻边、内外翻边的环状凸起) ;熔焊接头冷却至少30 min。
值得注意的是,加热板的温度都由焊机自动控制在预先设定的范围内。但如果控制设施失控,加热板温度过高,会造成溶化端面的PE 材料失去活性,相互间不能熔合。良好焊接的4 ″管子焊缝能承受十几磅大锤的数次冲击而不破裂,而加热过度的焊缝一拗即断。
3.3 电热熔焊接头施工工艺
(1) 清理管子接头内外表面及端面,清理长度要大于插入管件的长度。管端要切削平整,最好使用专用非金属管道割刀处理。
(2) 管子接头外表面(熔合面) 要用专用工具刨掉薄薄的一层,保证接头外表面的老化层和污染层彻底被除去。专用刨刀的刀刃成锯齿状,处理后的管接头表面会形成细丝螺纹状的环向刻痕。
(3) 如果管子接头刨削后不能立即焊接,应使用塑料薄膜将之密封包装,以防二次污染。在焊接前应使用厂家提供的清洁纸巾对管接头外表面进行擦拭。如果处理后的接头被长时间放置,建议在正式连接时重新制作接头。考虑到刨削使管壁减薄,重新制作接头时最好将原刨削过的接头切除。
(4) 管件一般密封在塑料袋内,应在使用前再开封。管件内表面在拆封后使用前也应使用同样的清洁纸巾擦拭。
(5) 将处理好的两个管接头插入管件,并用管道卡具固定焊接接头以防止对中偏心或震动破坏焊接熔合。每个接头的插入深度为管件承口到内部突台的长度(或管箍长度的一半) 。接头与突台之间(或两个接头之间) 要留出5 ～10 mm 间隙,以避免焊接加热时管接头膨胀伸长互相顶推,破坏熔合面的结合。在每个接头上作出插入深度标记。
(6) 将焊接设备连到管件的电极上,启动焊接设备,输入焊接加热时间。开始焊接至焊机在设定时间停止加热。一般每个管件上都附有一张卡片,记录着该管件要求的加热电压、加热时间、冷却时间等技术参数。Wavin 制造厂提供的新式焊机已内置数据库和光电扫描笔,并按管件的类型、直径、材质配以焊接参数卡片,焊接时只要用光电笔在相应的卡片上扫入条形码即可。管件上一般都带有两个异色的塑料按扭,在加热过程中,按钮会逐步跳起。到加热时间过半、加热快完成时,按钮会完全跳起以指示加热过程将结束。
(7) 焊接接头开始冷却。此期间严禁移动震动管子。实际上因PE 材料的热传导率不高,加热过程结束后再过几分钟管箍外表面温度才达到最高,请注意避免烫伤。
4 异种PE 材质的连接
对接熔化焊适合于同样尺寸、同一SDR 等级、相同类型的管子管件连接。不同等级、不同类型或不同壁厚材料的连接应使用电热熔焊方式。
|
