塑料压力管道焊接技术的发展现状

2014-02-26胡正求中国化学工程第三建设有限公司安徽省淮南市232038

化工管理 2014年15期

胡正求(中国化学工程第三建设有限公司安徽省淮南市 232038)

现今随着社会的发展，在我国的很多领域都需要应用塑料压力管道技术，比如在燃气输送、给水、排污、农业灌溉以及矿山细颗粒固体输送等领域，都是需要塑料管道，尤其是对于燃气输送方面应用非常普遍。在塑料管道应用逐渐普遍时，也产生了一些新的问题，管道的连接便成了一个问题，一直值得我们去深究。在塑料管道系统的制造与铺设过程中，塑料管道之间的连接直接影响着其结构的强度以及结构的持久性。在塑料管道中输送的液体中必然会含有部分的有害或是危险介质，比如天然气与煤气等，若是管道的结构被破坏，那么将会产生很大的后果，所以，现今对于塑料管道的焊接问题已经成为了主要的研究问题，对于塑料管道的连接技术已经成为了关键的研究技术。当前聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯都是利用焊接技术进行连接，焊接技术是一种高质量、高效率的塑料管道连接技术。

一、电熔焊技术的发展

电熔焊技术原理，主要是利用电流所产生的热效应来使塑料融化，并且利用聚合物分子的扩散，在冷却后能够使其连接到一起，以此来达到了焊接的目的。对于电熔焊技术的发展，主要有三个方面：①在美国的相关公司开发了可以利用导电填料与聚乙烯树脂结合制成的电熔焊管件。在树脂中带有导电的颗粒，可以使电流通过，并且最终主要是利用热效应的来达到焊接的效果，在二十世纪八十年代初，这种电熔焊管件成功的到了应用，但是随着社会的发展、新技术的产生，使其逐渐的被淘汰出了市场；②主要是将金属丝嵌入到管件中，这种设计思想是在二十世纪七十年代末到二十世纪八十年代初提出的一种设计理念。主要的原理就是在接头的部位连续施加一些变化的磁场，使其能够在金属丝中产生电流，并且使电流能够发生热效应，从而来对管件进行加热。在美国的相关的公司很好的采用了这一技术，并且取得了很好的效果；③第三种技术是最为普遍，同时也最为传统的技术，主要原理是将金属丝植入到塑料管件中作为发热源，当通电时，电流通过金属丝，由于焦耳效应最终会使接头的界面的塑料融化，并且通过分子扩散，在最后进行凝固，从而形成了焊接的效果。这种技术在最初是由比利时的相关公司开发的，并且逐渐的得到了应用，在很多特殊的领域都应用比较广泛。在随后，法国的相关公司将电熔焊技术作为法国唯一的管道连接技术，并且在这一领域进行大力的研究，在很大的程度上，推动了电熔焊技术的发展。在二十世纪八十年代时，欧洲已经全面的使用电熔管件进行了燃气管道的连接。随后，电熔焊技术得到了飞速的发展，在欧美等很多国家都得到了广泛的应用。

图一，电熔焊管件示意图

现今随着塑料压力管道的广泛应用，尤其是高密度的聚乙烯管道在燃气等领域中的应用不断的深入，最终使电熔焊技术就会得到广泛的应用。主要是体现在：①电熔管件的材质是随着管道材质的发展而发展，在现今的国际上已经有很多公司的电熔管件制造成进行了PE100材料生产的电熔管件；②电熔管件的结构在不断的改进完善，在瑞士的相关的公司，研究出了模块化设计的电容鞍形管件设计以及过渡管件系统，这种系统主要是利用相关的基本元件在车间以及施工的现场进行组合，形成所需要的管件，这样在很大程度上方便了使用，并且也减少了库存；③电熔焊设备具有多功能化，可以在施工的现场，对焊接的质量进行有效的控制，并且可以确保设备的安装的完整性；④电熔管件的自动识别系统实现了标准化，这种事别系统的类型主要是数字识别系统、机电识别系统以及自调节系统。

现今的大多数的电熔管件都是采用了数字识别系统，对于焊接的参数以及一些其他的参数都是利用代码的形式进行相应的记录，记录条形码以及磁卡等数据在载体上。而焊接控制器则是对上述载体的数据进行读取，以此来进行自动控制连接。利用条形码的形式对焊接的数据进行记录，这样可以为管件的制造商提供以及焊接控制器的制造商提供很大的方便。管件的制造商在条形码上记录出正确的参数，而焊接控制器的制造商自由的设计出自身所需要的软件与机器，并且可以根据自身的需要来决定哪些数据需要显示，并且可以决定出数据执行以及数据记忆的方式等。而磁卡不仅也具有以上的优势，同时磁卡的存储空间更大，因此磁卡更加有利于聚乙烯燃气管道的安装以及质量的控制。

而机电识别系统的主要特点则是，将设置在电熔管件之上的识别电阻的测试值转化为相应的焊接时间，同时，还具备管件识别功能。这种系统要求在电熔管件的两端，必须要有特殊的结构设置。

自调节系统主要是利用熔接时，管材与管件的接面处的电阻丝周围的聚乙烯材料，由固态转化为液态，并且通过体积膨胀导致了焊接区域压力增高，从而来切断电源。

二、管道焊接新方法的开发

热熔对接焊以及电熔焊在管道的焊接中应用非常广泛，但是这种方式也存在一些问题，就是焊接的时候有些过于长。针对这一点，相关的学者提出了红外线辐射的方式来进行管道焊接，焊接过程与前两种的焊接过程基本一致，只不过区别在于，其加热工具主要是由钨丝以及镍镉丝制成，这样可以利用钨丝与镍镉丝在加热时会出现红外线，利用红外线来对管道进行辐射加热。这种方式的主要优点是：减少了焊接的时间，并且在进行加热时，加热板不需要与管道的断面进行接触，有效的避免了热源污染等现象。但是这种红外线焊接方式本身也存在一些问题，有待完善，因此还在研究阶段，没有在实际中进行应用。

三、我国塑料焊接管道的发展

在我国，对于塑料管道焊接技术的研究起步比较的晚，因此在技术方面与发达国家依然一定的差距，而我国大多数的管道设备都是国外进口产品，我国的焊接设备比较的落后，主要是工人凭借自身的经验进行手动焊接，但是这样在很大程度上增加了劳动的强度，十分的耗费人力物力。并且工人在进行焊接时，无法保证焊接标准型，因此其质量无法保证。所以我国的相关学者也加强了对塑料管道焊接技术的研究，并且也逐渐的取得了不错的成绩。国内的各大高校的教授都对塑料管道进行了研究，比如相关高校教授，开发了新型的电熔管件，利用价格比较低的碳毡，作为了电流载体与聚乙烯采用层压复合法制备用于聚乙烯管道电熔焊接的复合材料，利用这种材料具有很大的优点，这种材料的价格很低、比较容易控制并且成本低，是一个十分理想的发热体，并且这种材料不会发生短路，具有很强的稳定性。因此这种材料具有很大的发展空间。

对于塑料压力管道的发展方向是，向着大直径、厚管壁的方向发展，并且压力也要向着高压的方向发展。随着社会的发展，塑料压力管的大力应用将会在更加有利的促进我国对于塑料压力管道理论的研究，并且进行大量的实验，来不断的改进并且完善其制造技术，从而开发出更为简便的设备。对于塑料压力管道的研究工作，我国必须要针对本国的国情，进行相应的研究，主要要注意以下几个方面：①开展国产塑料压力管道的焊接工艺对焊接接头力学的影响的研究，必须要经过长期的实验，进行全面的分析，从而取保整个线路的顺利运行；②热熔对接焊的焊接质量十分稳定，因此要加强对热熔对接焊的研究，电熔焊在大直径的塑料压力管道时质量不够稳定，因此，必须要加强对电熔焊的理论方面的研究，不断改进并完善其技术；③加强对热熔对接焊的自动化方面的研究，改善焊接质量。