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摘要：聚乙烯(PE)管道在给水工程中应用较广，而管道连接是PE管道应用中最关键的环节。常用的连接方式热熔对接焊接的连接质量是PE管道施工质量的最重要的体现，因此，热熔对接焊接的质量控制研究具有重要意义。本文以施工的角度，探讨了热熔对接焊接的质量控制和管道水压试验，确保PE管道施工质量。
关键词：聚乙烯(PE)管道；工艺流程；焊接；质量控制；水压试验
近几年聚乙烯(PE)管道的发展十分迅速，由于其具有施工工期快，施工工艺简单、管材环保、节约能源等特点，广泛应用于给水建设中。连接技术作为PE管道施工最重要的技术，连接质量对PE管道整体质量影响明显。PE管道的连接方式有几种，其中常用的连接方式是热熔对接焊接，然而在热熔对接焊接中常常存在不少问题，因此，加强热熔对接焊接的质量控制显得尤为重要。本文结合工程实例进行探讨。
1 工程概况
某供水工程位于城市郊区，其工程施工量包括：DN1000聚乙烯（PE）管道约11.8km，8万m3/d加压泵站1座。该工程的一至三标段管线长5.26km，其中绝大部分在河道内铺设，管材的材质等级为PE100，公称外径为1000mm，公称壁厚为47.7mm，标准尺寸比（SDR）为21，公称压力为0.8MPa，管材长度为12m/根。管顶距河底覆土埋深平均在2.2m。PE100、DN1000大口径聚乙烯供水管线施工在北京尚属首次。该管材具有施工工期快，施工工艺简单、管材环保、节约能源等特点。
2 聚乙烯管道施工工艺
聚乙烯（PE）管道施工工艺流程：基槽开挖—管材进场检验—槽上分段热熔焊接—下管及固定口焊接—水压试验—基槽回填。
(1)因聚乙烯管道施工槽上焊接工作寬度为5～7m，所以全线基槽均为一侧堆土，另一侧为聚乙烯管焊接、运输、吊装机械施工场地。河道清淤后，为现场施工提供较好的施工场地。
(2)聚乙烯管材到货后，监理人员按《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T3663-2000的有关规定进行外观检验。检验内容为管材合格证书、长度、不圆度、管壁厚度。在运输、装卸及施工过程中应避免管材表面被锐利器物划伤，若管材表面不慎被划伤，划痕深度超过管材壁厚的1/10，则该管材不能使用。
管材进场后沿河底基槽北侧顺序摆放，并按照施工进度陆续进场，避免占用过多的施工场地，缩短管材露天堆放时间。
(3)聚乙烯管道热熔对接焊接：管道焊接为槽上分段焊接，每段36～60m（即3～5根管），固定口连接均在基槽内施工，减少基槽开挖工程量。
聚乙烯管道接口采用专用热熔焊机，其型号为SDH-1000型。该焊机可以焊接DN900及DN1000的管材，外形尺寸：长×宽×高为2500mm×1500mm×1600mm。电源采用小型可移动式发电机。槽下焊接时要求槽底最小宽度为2.5m。
3 提高PE管道焊接质量控制的有效措施
主要从四个阶段进行：装夹校正阶段、端头刨平阶段、加热熔融及加热板取出阶段、对接及冷却阶段。聚乙烯管的热熔焊接是工程的主要质量控制点，所以监理人员对该工序采取旁站监理进行质量控制。
(1)管道夹具校正机具要求作业场地平整。夹具分为自由端和固定端，将两管头分别搁置在机架左右的夹具上，各伸出夹具10～15cm并校直。利用环行夹具把两端管口夹紧，同时修正管口椭圆度，两管口间留出插入铣刀的间距。夹具所有螺栓要用扳手对称拧紧，以防管口局部变形。质量检验要求管端在同一轴线上，错边不超过管材壁厚的10%。
(2)管口端头刨平前先用干净棉丝擦干净，然后用吊车将铣刀平稳放入管口间隙处，将铣刀固定在夹具上保证不移动。铣刀开始进行两端管口接触面的铣刨，要求铣刀在两管口接触面上运行2min左右，并保证管口端面平齐与管材轴线垂直，两管端面应相吻合，切割断面应平整、光滑、无毛刺。
(3)在管口夹具校正时，热熔电加热板就已经开始通电加热，其加热板温度一定要控制在(220±5)℃。管口铣刨完毕并保证两管口端口平齐、端面相吻合后，用棉丝擦去表面遗留物，将已达到热熔温度的加热板徐徐插入管口之间，放置在夹具间的机架拉杆上。
(4)当施加压力值到0.8MPa时，开始稳压进入管口翻边冷却阶段，热熔管口接头温度冷却到40℃左右时，卸掉压力。当冷却到环境温度后，松开机架夹具，取出连接管材。冷却阶段持续时间与环境温度有关，该工程施工季节为春季，其冷却时间最少为30min。冷却时间直接关系到管口之间的黏结力和与母材之间的牢固强度。冷却阶段管材不得移动或施加任何外力。
(5)焊接工艺曲线与焊接工艺参数：温度、压力、时间是管道热熔焊接的重要参数。掌握三者之间在各阶段中的关系是保证焊口质量的重要依据。焊接工艺曲线图实际上是熔接过程中压力、时间关系图（见图1）。
图1 热熔对接工艺曲线示意图
图中，Pa1为带压加热压力；Pa2为去压加热压力；Pf1为熔接压力；Pf2为保压冷却压力；ta1为带压加热时间；ta2为去压加热时间；ta为总加热时间；tu为切换时间，指加热结束至对接开始的一段时间，包括加热工具的撤出时间；tf1为对接增压时间；tf2为保压冷却时间；tf为总熔接时间。
该工程在3～5月份施工，加热和保压冷却时间在45min左右，在起吊机械配合密切的情况下焊接一个接头要80min。
4 管道水压试
验管道水压试验前必须编制专项水压试验方案，经审批后方可实施。试压分段进行，通常试验段长度不大于1000m。管道采用多级高压水泵加压，采用0～1.6MPa压力表，最少刻度为0.01MPa。满水时要保证管道能充分排气。按照该工程设计要求，试验压力为0.8MPa。
因聚乙烯管材与传统的球铁、钢等管材不同，聚乙烯管材的黏弹性、受压蠕变及膨胀、失压收缩等特性，在水压试验时均有所表现。因此，聚乙烯管材的水压试验比其他管材水压试验要复杂一些。聚乙烯管道试验分为预试验与主试验两个阶段进行。
4.1 预试验阶段
(1)先将试压管道内的水压降至大气压，并持续60min。期间确保空气不进入管道。
(2)使用增压泵向试压管段注入净水，缓慢地使管道内水压升至试验压力并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力。
(3)停止注水补压并稳压60min。若60min后压力下降，但压力下降值小于试验压力的30%时，则预试验阶段的工作结束；若压力下降值大于试验压力的30%时，应停止试压，并应查明原因，采取相应措施后重新组织试压。
4.2 主试验阶段
(1)在预试验阶段结束后，迅速将管道泄水降压，降压量为试验压力值的10%～15%。此时要采用流量计准确计量所泄出的水量，设为ΔV（L）。并按下式计算允许泄出的最大水量ΔVmax（L）：
ΔVmax=1.2VΔP{1/Ew+di/(enEp)}
式中:
V为试压管段总容积（L）；
ΔP为降压量（MPa）；
Ew为水的体积模量（MPa）；
Ep为管材弹性模量（MPa），与水温及试压时间有关；
di为管材内径（mm）；en为管材公称壁厚（mm）。
若ΔV大于ΔVmax，应停止试压。泄压后排除管内过量空气，再从预试验阶段的“4.1.2”开始重新试验。
(2)若ΔV小于ΔVmax时，每隔3min记录一次管道剩余压力，应记录30min。当30min内管道剩余压力有上升趋势时，则水压试验结果合格。
(3)如30min内试压管道内剩余水压无上升趋势，再持续观察60min。如在整个90min内压力下降值不超过0.02MPa，则水压试验结果合格。
(4)若以上两条均不能满足时，则水压试验结果不合格。应查明原因并采取相应措施后再组织试压。
5 结束语
总而言之，随着聚乙烯管道的应用越来越广泛，聚乙烯管道的施工工艺也将不断的提高和完善。而其中聚乙烯管道热熔焊接的质量好坏，将直接关系到管道的运行效果和使用寿命。因此加强聚乙烯管道的热熔焊接质量控制，将是进一步扩大应用的关键所在。
参考文献
[1] 孙利民，浅谈聚乙烯PE管热熔焊接施工质量问题及控制措施[J]甘肃科技纵横，2011.03
[2] 朱正光，聚乙烯（PE）燃气管道工程焊接质量管理之探索[J]中国科技博览，2010.24
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：聚乙烯(PE)管道；工艺流程；焊接；质量控制；水压试验
近几年聚乙烯(PE)管道的发展十分迅速，由于其具有施工工期快，施工工艺简单、管材环保、节约能源等特点，广泛应用于给水建设中。连接技术作为PE管道施工最重要的技术，连接质量对PE管道整体质量影响明显。PE管道的连接方式有几种，其中常用的连接方式是热熔对接焊接，然而在热熔对接焊接中常常存在不少问题，因此，加强热熔对接焊接的质量控制显得尤为重要。本文结合工程实例进行探讨。
1 工程概况
某供水工程位于城市郊区，其工程施工量包括：DN1000聚乙烯（PE）管道约11.8km，8万m3/d加压泵站1座。该工程的一至三标段管线长5.26km，其中绝大部分在河道内铺设，管材的材质等级为PE100，公称外径为1000mm，公称壁厚为47.7mm，标准尺寸比（SDR）为21，公称压力为0.8MPa，管材长度为12m/根。管顶距河底覆土埋深平均在2.2m。PE100、DN1000大口径聚乙烯供水管线施工在北京尚属首次。该管材具有施工工期快，施工工艺简单、管材环保、节约能源等特点。
2 聚乙烯管道施工工艺
聚乙烯（PE）管道施工工艺流程：基槽开挖—管材进场检验—槽上分段热熔焊接—下管及固定口焊接—水压试验—基槽回填。
(1)因聚乙烯管道施工槽上焊接工作寬度为5～7m，所以全线基槽均为一侧堆土，另一侧为聚乙烯管焊接、运输、吊装机械施工场地。河道清淤后，为现场施工提供较好的施工场地。
(2)聚乙烯管材到货后，监理人员按《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T3663-2000的有关规定进行外观检验。检验内容为管材合格证书、长度、不圆度、管壁厚度。在运输、装卸及施工过程中应避免管材表面被锐利器物划伤，若管材表面不慎被划伤，划痕深度超过管材壁厚的1/10，则该管材不能使用。
管材进场后沿河底基槽北侧顺序摆放，并按照施工进度陆续进场，避免占用过多的施工场地，缩短管材露天堆放时间。
(3)聚乙烯管道热熔对接焊接：管道焊接为槽上分段焊接，每段36～60m（即3～5根管），固定口连接均在基槽内施工，减少基槽开挖工程量。
聚乙烯管道接口采用专用热熔焊机，其型号为SDH-1000型。该焊机可以焊接DN900及DN1000的管材，外形尺寸：长×宽×高为2500mm×1500mm×1600mm。电源采用小型可移动式发电机。槽下焊接时要求槽底最小宽度为2.5m。
3 提高PE管道焊接质量控制的有效措施
主要从四个阶段进行：装夹校正阶段、端头刨平阶段、加热熔融及加热板取出阶段、对接及冷却阶段。聚乙烯管的热熔焊接是工程的主要质量控制点，所以监理人员对该工序采取旁站监理进行质量控制。
(1)管道夹具校正机具要求作业场地平整。夹具分为自由端和固定端，将两管头分别搁置在机架左右的夹具上，各伸出夹具10～15cm并校直。利用环行夹具把两端管口夹紧，同时修正管口椭圆度，两管口间留出插入铣刀的间距。夹具所有螺栓要用扳手对称拧紧，以防管口局部变形。质量检验要求管端在同一轴线上，错边不超过管材壁厚的10%。
(2)管口端头刨平前先用干净棉丝擦干净，然后用吊车将铣刀平稳放入管口间隙处，将铣刀固定在夹具上保证不移动。铣刀开始进行两端管口接触面的铣刨，要求铣刀在两管口接触面上运行2min左右，并保证管口端面平齐与管材轴线垂直，两管端面应相吻合，切割断面应平整、光滑、无毛刺。
(3)在管口夹具校正时，热熔电加热板就已经开始通电加热，其加热板温度一定要控制在(220±5)℃。管口铣刨完毕并保证两管口端口平齐、端面相吻合后，用棉丝擦去表面遗留物，将已达到热熔温度的加热板徐徐插入管口之间，放置在夹具间的机架拉杆上。
(4)当施加压力值到0.8MPa时，开始稳压进入管口翻边冷却阶段，热熔管口接头温度冷却到40℃左右时，卸掉压力。当冷却到环境温度后，松开机架夹具，取出连接管材。冷却阶段持续时间与环境温度有关，该工程施工季节为春季，其冷却时间最少为30min。冷却时间直接关系到管口之间的黏结力和与母材之间的牢固强度。冷却阶段管材不得移动或施加任何外力。
(5)焊接工艺曲线与焊接工艺参数：温度、压力、时间是管道热熔焊接的重要参数。掌握三者之间在各阶段中的关系是保证焊口质量的重要依据。焊接工艺曲线图实际上是熔接过程中压力、时间关系图（见图1）。
图1 热熔对接工艺曲线示意图
图中，Pa1为带压加热压力；Pa2为去压加热压力；Pf1为熔接压力；Pf2为保压冷却压力；ta1为带压加热时间；ta2为去压加热时间；ta为总加热时间；tu为切换时间，指加热结束至对接开始的一段时间，包括加热工具的撤出时间；tf1为对接增压时间；tf2为保压冷却时间；tf为总熔接时间。
该工程在3～5月份施工，加热和保压冷却时间在45min左右，在起吊机械配合密切的情况下焊接一个接头要80min。
4 管道水压试
验管道水压试验前必须编制专项水压试验方案，经审批后方可实施。试压分段进行，通常试验段长度不大于1000m。管道采用多级高压水泵加压，采用0～1.6MPa压力表，最少刻度为0.01MPa。满水时要保证管道能充分排气。按照该工程设计要求，试验压力为0.8MPa。
因聚乙烯管材与传统的球铁、钢等管材不同，聚乙烯管材的黏弹性、受压蠕变及膨胀、失压收缩等特性，在水压试验时均有所表现。因此，聚乙烯管材的水压试验比其他管材水压试验要复杂一些。聚乙烯管道试验分为预试验与主试验两个阶段进行。
4.1 预试验阶段
(1)先将试压管道内的水压降至大气压，并持续60min。期间确保空气不进入管道。
(2)使用增压泵向试压管段注入净水，缓慢地使管道内水压升至试验压力并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力。
(3)停止注水补压并稳压60min。若60min后压力下降，但压力下降值小于试验压力的30%时，则预试验阶段的工作结束；若压力下降值大于试验压力的30%时，应停止试压，并应查明原因，采取相应措施后重新组织试压。
4.2 主试验阶段
(1)在预试验阶段结束后，迅速将管道泄水降压，降压量为试验压力值的10%～15%。此时要采用流量计准确计量所泄出的水量，设为ΔV（L）。并按下式计算允许泄出的最大水量ΔVmax（L）：
ΔVmax=1.2VΔP{1/Ew+di/(enEp)}
式中:
V为试压管段总容积（L）；
ΔP为降压量（MPa）；
Ew为水的体积模量（MPa）；
Ep为管材弹性模量（MPa），与水温及试压时间有关；
di为管材内径（mm）；en为管材公称壁厚（mm）。
若ΔV大于ΔVmax，应停止试压。泄压后排除管内过量空气，再从预试验阶段的“4.1.2”开始重新试验。
(2)若ΔV小于ΔVmax时，每隔3min记录一次管道剩余压力，应记录30min。当30min内管道剩余压力有上升趋势时，则水压试验结果合格。
(3)如30min内试压管道内剩余水压无上升趋势，再持续观察60min。如在整个90min内压力下降值不超过0.02MPa，则水压试验结果合格。
(4)若以上两条均不能满足时，则水压试验结果不合格。应查明原因并采取相应措施后再组织试压。
5 结束语
总而言之，随着聚乙烯管道的应用越来越广泛，聚乙烯管道的施工工艺也将不断的提高和完善。而其中聚乙烯管道热熔焊接的质量好坏，将直接关系到管道的运行效果和使用寿命。因此加强聚乙烯管道的热熔焊接质量控制，将是进一步扩大应用的关键所在。
参考文献
[1] 孙利民，浅谈聚乙烯PE管热熔焊接施工质量问题及控制措施[J]甘肃科技纵横，2011.03
[2] 朱正光，聚乙烯（PE）燃气管道工程焊接质量管理之探索[J]中国科技博览，2010.24
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。