2014年05月21日

PE管鞍形旁通焊接失效原因及改进措施

  管具有耐腐蚀性和可熔接性,很好地解决了传统管道的腐蚀和焊接接头的泄漏两题管及其管件以其独特的优越性在城市管道工程中异军突起,大量取代其他传统管材而占据主导地位。我国也在城市燃气工程中大量应用,但由于管理、不到位,以及我国城市管道工程施工人员素质普遍较低等原因,致使

  2011年12月,我公司某带气作业施工工地,工人将鞍形旁通焊接在被刮削过的管材上,管件被加热并充分冷却后,进行压力试验,试验压力为0.12MPa,从分支管进气,经用肥皂水检查鞍座与管材的焊接接口并确认无泄漏。随后,从鞍形旁通支管进刀对管材进行钻孔开口操作,当管壁钻透而退刀时,突然传出“咔”的声音,继而发现鞍形旁通与管材分离。鞍座与管材焊接接15的分离宏观形貌见图1、2。经核查,管件生产于2004年1月,设计熔接电压为(390.5)V,而实际焊接使用的焊机显示输出电压为39V时,用校准后的万用表实测只有35V。本文对焊接失效的原因进行分析。

  ①图l为PE管材与鞍形旁通焊接分离后的接口宏观形貌(孔为钻刀开15所形成),从管材焊接后的接合面可以看到,管材焊接前被刮削过,分离后的接合面上有直径约1mm的黑色坑点不均匀分布于接合区。

  ②图2为鞍形旁通与PE管材焊接分离后的熔融区宏观形貌,鞍座的整个熔融区(分线区、冷却区)没有明显的灰尘和其他污染痕迹(鞍形旁通的夹具则有明显的泥水渍),熔融区上有10个直径约1mm、深度约0.5mm的坑。

  ③针凸出明显,熔融区中有清晰的胶料熔融和移动的痕迹,说明加热和熔合正常。

  ④气孔存在于失效焊接接口的事实,表明接口表面存在水分或污染物,以致管件加热时发生气化或局部凝聚时产生了气孔,这影响了焊接接口的质量。

  ①焊机记录显示其测得该鞍形旁通管件的电阻为3.68,与用电阻仪测得的电阻相差0.5,超过国标GB /T20674.2-2006《塑料管材和管件聚乙烯系统熔接设备第2部分:电熔连接》的焊机对电阻值测量的相对偏差要求(应在5%之内)这说明焊机在焊接之前没有校准或校准有误,而焊接记录显示焊接日期与实际施工日期不相符则施工人员没有对焊机进行调校。

  ②焊机的焊接记录显示当时的焊接施工是连续进行的,这表明焊工不是准备好一个接口(刮削和固定)焊接一个,而是同时准备多个接口后集中焊接的,这使得刮削好的管材焊口存在被污染的可能。

  ①管材没有明显缺陷,椭圆度符合要求,夹具可将管件固定于管材之上,因此可排除焊接失效来自管材的因素。

  ②鞍形旁通上的条形代码显示其在20℃的标称电阻为3.14,由此可知合格品的实际电阻值应在3.14×(110%)范围,经实测后确认电阻为3.105,表明电热丝的电阻值符合设计要求。

  为确认管件储存时间长短、实际焊机操作电压大小及管材表面干净度对焊接质量的影响情况,特选用了2004年9月生产的电熔鞍形旁通与现用管材进行焊接,并进行分离试验,结果如下。

  ①将管材表面刮削干净,并使用35V的实际电压将鞍形旁通与管材进行焊接,然后进行分离试验(先试用螺丝刀分离鞍座与管材,后改用榔头敲击旁通管),但在旁通管被敲坏后仍无法将鞍座与管材分离,这表明焊接接口焊接牢固(见图3)。

  ②管材焊接接口未经刮削,鞍形旁通与PE管焊接后用手即可将鞍座与管材分离,从分离后的PE管焊接表面可以看出,焊接接口有明显的胶料熔融和移动的痕迹(表明加热和熔合正常),但焊口出现了与图l相似的坑点,见图4。

  ②施工现场的35 V电压能够满足鞍形管件焊接的要求,并不对焊接质量产生实质性影响。

  ③焊接接日表面的粉尘污染物能导致焊接接口气孔的产生,从而削弱焊接接口的结合力。

  由此可见,在施工过程中由于施工人员操作不合理,致使焊接接口表面不够干净,从而使得焊接接口形成气孔,这严重影响了管件与管材之间胶料熔融的接合质量,最终导致了本次焊接质量事件的发生。

  由于PE材料焊接质量确认的无损探测技术尚处于研发阶段[5],目前对PE管材焊接质量的检验仍只能依靠压力试验及气密性试验,而无法对焊接熔合的完整性进行检测,当焊接熔合不完整且通过压力试验及气密性试验时,将会使存在质量问题的焊接接头投入运行。因此,为尽可能地确保焊口焊接质量符合管网安全运行的要求,减少鞍形旁通焊接质量事件的发生,笔者提出如下4项:

  ①采用统一品牌的焊机,以确保施工人员对焊机参数及性能有足够了解并掌握,这样可以减少施工人员对焊机调整的次数,即使需要调整,也可减少出错的概率。

  ②加强施工现场对设备的校准,每次使用焊机之前均采用万用表对焊机输出电压进行测试并校准,以使其符合管件施工工艺要求,减少胶料熔融不完全的可能。

  ③加强现场施工操作的管理,进行现场焊接操作时,要求施工人员每刮削一个接口即焊接一个,以尽可能减少焊接接口被污染的概率,同时也可以防止多台焊机同时开机,造成供电电压不足而影响焊接质量的情况。

  ④实行持证上岗管理,以减少施工人员因自身技术因素导致焊接质量不均匀而形成质量安全隐患的情况。

  [2]李兴录,陈福元 聚乙烯(PE)管更适合于城市燃气系统[J].管道技术与设备,1998(6):30-32.

  [3] 市燃气用埋地聚乙烯管的应用[J].煤气与热力,2007,27(1):5-6.

  [4]罗艺 聚乙烯燃气管道施工技术的探讨(硕士学位论文)[D].重庆:重庆大学,2003:2.

  [5]李晓丽PF管多探头超声无损检测系统研制及复合材料的超声检测研究(硕士学位论文)[D].:首都师范大学,2009:1.

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