5．2 热熔连接 5．2．1 现行国家标准《塑料管材和管件 燃气和给水输配系统用聚乙烯(PE)管材及管件的热熔对接程序》GB/T 32434中规定，热熔对接一般分为两种：单一低压热熔对接程序、双重低压热熔对接程序。国内焊机常用的焊接程序为单一低压热熔对接程序。其中，现行国家标准《塑料管材和管件燃气和给水输配系统用聚乙烯(PE)管材及管件的热熔对接程序》GB/T 32434-2015附录C和附录D分别规定了两种焊接程序的焊接参数。单一低压热熔对接程序工艺如图1所示。 图1 单一低压热熔对接焊接工艺 Ph1——总的焊接压力(表压)(MPa)，Ph1＝Ph2＋P拖； Ph2——初始卷边压力(表压)(MPa)，Ph2＝A1×P0/A2； P拖——拖动压力(表压)(MPa)； t1——初始卷边时间(s)； t2——吸热时间(s)，t2＝管材壁厚×10； t3——切换时间(s)； t4——热熔对接升压时间(s)； t5——焊机内保压冷却时间(min)。 A1——管材或管件的横截面积(mm2)，A1＝π×管材或管件壁厚×(dn-管材壁厚)； A2——热熔设备液压缸中活塞的有效面积，(mm2)，由生产厂家提供； P0——作用于对接管道横截面上的压强(表压)，0.15MPa(TSG D2002-2006标准)。 焊接参数应符合表6和表7的规定。 注：1 以上参数基于环境温度为20℃，当环境温度低于-5℃或高于40℃时，应适当调整连接工艺、采取保护措施或停止施工； 2 加热板表面温度：PE80为210±10℃；PE100为225±10℃； 3 A2为焊机液压缸中活塞的总有效面积（mm2），由焊机生产厂家提供。 注：1 以上参数基于环境温度为20℃，当环境温度低于-5℃或高于40℃时，应适当调整连接工艺、采取保护措施或停止施工； 2 加热板表面温度：PE80为210±10℃；PE100为225±10℃； 3 A2为焊机液压缸中活塞的总有效面积（mm2），由焊机生产厂家提供。 与热熔对接焊接直接有关的参数，有三个：温度、压力、时间。在确定的焊接温度下，焊接工艺可以用压力-时间曲线来表示。 焊接温度的确定，要考虑聚乙烯材料的特性。加热工具温度应在材料的熔融温度或材料粘流态转化温度之上，因为只有在这种情况下，聚乙烯材料才能产生熔融流动，聚乙烯大分子才能相互扩散和缠绕。一般来说，随着工具温度的提高，接头的强度就开始提高而达到最大。实验证明，HDPE在低于180℃时，即使熔化时间再长，也不能取得质量好的接头。但是，温度过高，会出现下列不良情况：①卷边的尺寸增大；②聚乙烯熔料对加热工具的粘附；③聚乙烯材料的热氧化破坏，析出挥发性产物，如：二氧化碳、不饱和烃等，使聚乙烯材料结构发生变化，导致焊接接头的强度降低。因此，聚乙烯热熔对接连接的焊接温度一般推荐在200℃～235℃之间。 加热过程参数(时间、压力)的确定。加热时间是焊接过程中的重要参数，它与加热工具一起，共同决定着焊件内的温度分布及产生工艺缺陷的可能性、形状和结构。管端熔化的最佳时间是随着焊接尺寸的增大而增大，一方面是由于加热面积增大，更重要的是对流和辐射传播的能量会随着管壁厚度的增加而减小。实验证明，聚乙烯管材的壁厚比其外径对加热时间更有实质性影响。加热时压力，能迅速地平整管材端面上的毛刺和不平度，并有效地促进塑化。但压力也不能过大，因为聚乙烯熔料在加热和压紧时压力的作用下，会流向焊端的边缘而形成焊瘤刺，并改变焊接接头的形状，而且会造成焊端熔化层的深度减小，改变了总的温度分布，严重影响焊接质量。因此，要控制好加热压力的大小，并采取阶段施压的方法，即在加热阶段初期采用较高的压力，而在随后的吸热阶段换用较小的压力。 熔接过程参数(压力、时间)的确定。熔接过程中施加压力是为了排除气孔和气体夹杂物，并尽量增加实现相互扩散的面积，消除两连接面之间受热氧化破坏的材料，并能补偿聚乙烯材料的收缩。反之，没有压力，收缩会导致收缩孔的出现，增大结构的缺陷和残余应力。表面的接触应在压力下保持一段时间，以使两平面牢固结合。 冷却过程参数(压力、时间)的确定。由于聚乙烯材料导热性差，冷却速度缓慢，焊缝材料的收缩、卷边结构的形成过程，是在长时间内以缓慢的速度进行。因而，焊缝的冷却必须在保持压力下进行。 表6、表7根据国家质量监督检验检疫总局颁布的《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》TSG D2002-2006规定计算得出。 国内有些燃气公司多年来采用一些欧洲成熟的热熔对接工艺参数。英国燃气行业标准GIS/PL2-3：2006推荐的中密度和高密度聚乙烯管道热熔对接焊接工艺参数见表8。 表8 中密度和高密度聚乙烯管道热熔对接参数典型值 德国焊接协会标准DVS 2207：2015推荐的高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)管道典型热熔对接焊接工艺参数见表9。 注：加热温度(T)：210℃±10℃ ；加热压力(P1)：0．15MPa；加热时保持压力(P拖)：0.02MPa；保压冷却压力(P1)：0.15MPn。 目前，熔接条件(工艺参数)国内通常是由热熔对接连接设备生产厂或管材、管件生产厂在技术文件中给出。 5．2．2 本条规定了热熔对接连接具体操作要求。 2 待连接件伸出夹具的长度是根据铣削要求和加热、焊接卷边宽度的要求确定，国内外的经验是一般不小于公称直径的10％。 3 校直两对应连接件，是为了防止两连接件偏心错位，导致接触面过少，不能形成均匀的凸缘。错边量过大会影响卷边均匀性、减小有效焊接面积，导致应力集中，影响接头质量，国内外的经验是一般不大于壁厚的10％。 4 擦净管材、管件连接面上污物和保持铣削后的熔接面清洁，是为了防止杂物进入焊接接头，影响焊接接头质量。热熔连接时应保持铣刀、加热板表面清洁。 为保证焊接时加热板的清洁，在正式焊接之前，需要采用加热板加热废弃的管材，使得管材端口形成熔融的卷边，将加热板上的污渍吸附带走，从而达到清洁加热板的目的。此方法称之为卷边形成清洁法。在下列情况下采用加热卷边法清洁加热板： 1)当天进行第一次热熔连接前； 2)更换不同直径管材、管件热熔连接前； 3)采用其他方法清洁加热板之后。 用干净的无纺布、无水酒精清洁铣刀及加热板表面清洁待连接管材或管件的内外表面，去除所有杂质(灰尘、油污等)。清洁时应确保加热板已冷却并已切断电源。当加热板温度低于180℃或更换管材或管件焊接规格时，建议在每次初始焊接前使用同规格的管材或管件制作两个空焊，以移除加热板上的细小污染颗粒物。 铣削连接面，使其与管轴线垂直，是为了保证连接画能与加热板紧密接触。切屑厚度过大可能引起切削振动，或停止切削时扯断切屑而形成台阶，影响表面平整度。连续切削平均厚度不宜超过0.2mm，是根据工程施工经验确定。热熔对接管段两侧一般铣削连续整3圈以上。 5 为保证焊接质量，规定了对接面间隙。 7 保压、冷却期间,不得移动连接件和在连接件上施加任何外力或快速冷却，是因为聚乙烯管连接接头，只有在冷却到环境温度后，才能达到最大焊接强度。冷却期间其他外力会使管材、管件不能保持在同一轴线上，导致不能形成均匀的凸缘，造成接头内应力增大，从而影响接头质量。 要求卷边形成均匀一致的对称凸缘，是因为形成均匀的卷边是保证接头焊接质量的重要标志之一。卷边的宽度与聚乙烯材料类型、生产工艺(挤出或注塑)、加热温度，以及焊接工艺等有关，因而，很难给出统一的确定值。国外一般建议在确定的(相同的)条件下，进行几组试验，取其平均值，用于施工现场质量控制，要求实际卷边宽度不超过此平均值的±20％。 5．2．3 本条规定的卷边对称性、接头对正性检验和卷边切除检验是参考《燃气输送用聚乙烯管材和管件 设计、搬运和安装规范》ISO/TS 10839制定。 由于卷边对称性检验和接头对正性检验是接头质量检查的最基本方法，也是比较简便和比较容易实现方法，因此，要求100％进行此项检查。 15％卷边检验为焊接质量的概率保证，同时检验比较复杂，因此，要求抽样15％进行此项检验。当条件许可时，可采用100％卷边切除检验。 其他非破坏性检验方法，可考虑通过超声波和X射线探测等常规非破坏性检测方法来进行接头质量的评估。虽然超声波和X射线探测等常规非破坏性检测方法检测技术有可能检测不到所有在热熔对接接头上存在的缺陷，但可以检测出受污染和存在气泡的区域。因此，可考虑使用此类技术，以进一步确认热熔对接接头的质量。