摘 要：PE材料以其防腐蝕性好、流體阻力小、化學(xué)性能穩(wěn)定等特性被廣泛應(yīng)用。其連接方法主要有脹緊接頭連接、對接熔化焊連接、電熱熔焊連接和法藍(lán)連接四種形式。本文對此四種連接方式及工藝進(jìn)行說明。
關(guān)鍵詞：管道；安裝；PE材料；連接
1 概 述
PE材料因其防腐蝕性好、流體阻力小、化學(xué)性能穩(wěn)定等特性，具有廣泛的應(yīng)用范圍。目前主要應(yīng)用于飲用水、工藝水、廢液、天然氣等介質(zhì)。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裝，除非經(jīng)抗老化工藝處理(如添加抗老化劑) 。同時，PE材料比PP 材料略軟，地面上使用時，PE管需要密集的支架且外形不好，較大的熱脹冷縮性能在氣溫變化時會使管子彎曲下垂和破壞接頭密封。
2 PE管的連接方式
PE管通常使用的連接形式有脹緊接頭(或叫壓緊接頭，即通過絲扣推緊內(nèi)部的O 形圈密封，英文名稱叫Mechanical Fittings 或Compression TyPEFit2tings) 、對接熔化焊接頭(Butt Fusion Welding Joint) 、電熱熔焊接頭(Electro Fusion Welding Joint) 和法藍(lán)連接(Flange Jointing)。
2.1 脹緊接頭
脹緊接頭適用于直徑110 mm 及更小的管子連接，僅需根據(jù)圖紙下料和把緊接頭即可。脹緊接頭具有以下優(yōu)點： ① 同時適用于地上或地下； ② 操作方便，無須專用工具，易于安裝； ③ 自鎖式O 形圈在提供良好密封的同時可防止接頭被拉開； ④ 易于拆除更換或管件重復(fù)利用； ⑤有競爭力的價格。脹緊接頭的主要缺點是接頭的強(qiáng)度較薄弱，受沖擊或熱脹冷縮的影響，接頭密封性能易被破壞。
2.2 對接熔化焊接頭
對接熔化焊接頭適用于直徑大于40 mm 的管子，是PE材料最通用的連接形式，甚至PE膜材和板材也使用熔化壓力焊拼接。在同樣的密封和工作壓力下，其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。該接頭由管材與同材質(zhì)的管件熔合組成，與母材同材質(zhì)、等強(qiáng)度，焊接形成的翻邊具有良好的加強(qiáng)作用。但內(nèi)翻邊會減小管道的實際流通直徑增大介質(zhì)的流動阻力。
2.3 電熱熔焊接頭
電加熱熔焊接頭適用于當(dāng)空間過小無法使用對接熔化焊設(shè)備的情況和固定口的連接。它是由預(yù)埋在管件內(nèi)部的電加熱絲完成的。焊接時向加熱絲通過一個規(guī)定大小的電流。加熱絲產(chǎn)生熱量，將周圍的材料熔化并延伸至管材，使管子外表面熔化，最終達(dá)到管件與管子熔合。電熱熔焊管件相當(dāng)昂貴，且如果焊接失敗，只能將管件連同插入管件的管子一起切除，管件將廢棄，無法修整使用。
2.4 法藍(lán)連接
法藍(lán)連接多用于管道附件的連接，多為PE翻邊+ 松套碳鋼/ 鍍鋅法藍(lán)。對防腐要求嚴(yán)格時，法藍(lán)表面可包敷一層PE材質(zhì)保護(hù)層。法藍(lán)連接需與對接熔化焊或電熱熔焊連接相配合使用。
3 熔化焊接工藝及設(shè)備
3.1 對接熔化焊接設(shè)備
熔焊機(jī)械和設(shè)備可以從各PE材料制造廠購買或租賃。修整工具用于處理接頭連接端面以保證其平整度、垂直度和潔凈程度，通常是一套配雙面刨刀的電動旋削機(jī)械。修整工具能卡在焊接設(shè)備支架上并保持與卡具中心垂直。刨刀必須保持清潔和鋒利。
加熱板的工作表面要保持干凈以確保良好的熱傳導(dǎo)并防止接合表面污染影響焊接接頭質(zhì)量。加熱板表面的堆積物要在板冷卻后使用軟木鏟和/ 或浸入適當(dāng)溶劑如丙醇等的抹布小心清理。對加熱面的保護(hù)是相當(dāng)重要的。
大部分熔化設(shè)備是鋁制品。鋁制品具有良好的熱傳導(dǎo)性但硬度低，容易受到?jīng)_擊損傷。加熱板不使用時應(yīng)放在干凈的保溫筒內(nèi)。部分自動熔焊機(jī)械具有完全收縮式加熱板，可減小加熱板表面被污染和損傷的危險。
熔焊設(shè)備具有控制加在接頭內(nèi)表面熔化壓力的功能，并同時能提供很高的拉力以處理拖動接長的管子。常用裝置有手動對中推進(jìn)和液壓推動兩種，配合同心卡具，可提供平滑推力并有助于防止偏心。因PE材料的摩擦系數(shù)很大，焊接設(shè)備難以拖動較長的管子，對管子進(jìn)行多點滾動支撐有助于減小對設(shè)備的拉力，并防止對管子產(chǎn)生不必要的拉伸和刮擦。同時應(yīng)減小管子預(yù)制連接長度，如直徑大于4″、長度大于11.8 m 的管子敷設(shè)時應(yīng)避免多根連接預(yù)制。否則會出現(xiàn)動力裝置過載、焊接接頭粘合壓力不足等故障和缺陷。
3.2 對接熔化焊接頭施工工藝
(1) 清理管端；
(2) 將管子夾緊在熔焊設(shè)備上，使用雙面修整機(jī)具修整兩個焊接接頭端面；
(3) 取出修整機(jī)具，通過推進(jìn)器使兩管端相接觸，檢查兩表面的一致性，嚴(yán)格保證管端正確對中；
(4) 在兩端面之間插入210 ℃的加熱板，以指定壓力推進(jìn)管子，將管端壓緊在加熱板上，在兩管端周圍形成一致的熔化束(環(huán)狀凸起) ；
(5) 一旦完成加熱，迅速移出加熱板，避免加熱板與管子熔化端摩擦；
(6) 以指定的連接壓力將兩管端推進(jìn)至結(jié)合，形成一個雙翻邊的熔化束(兩側(cè)翻邊、內(nèi)外翻邊的環(huán)狀凸起) ；熔焊接頭冷卻至少30 min。
值得注意的是，加熱板的溫度都由焊機(jī)自動控制在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)。但如果控制設(shè)施失控，加熱板溫度過高，會造成溶化端面的PE材料失去活性，相互間不能熔合。良好焊接的4 ″管子焊縫能承受十幾磅大錘的數(shù)次沖擊而不破裂，而加熱過度的焊縫一拗即斷。
3.3 電熱熔焊接頭施工工藝
(1) 清理管子接頭內(nèi)外表面及端面，清理長度要大于插入管件的長度。管端要切削平整，最好使用專用非金屬管道割刀處理。
(2) 管子接頭外表面(熔合面) 要用專用工具刨掉薄薄的一層，保證接頭外表面的老化層和污染層徹底被除去。專用刨刀的刀刃成鋸齒狀，處理后的管接頭表面會形成細(xì)絲螺紋狀的環(huán)向刻痕。
(3) 如果管子接頭刨削后不能立即焊接，應(yīng)使用塑料薄膜將之密封包裝，以防二次污染。在焊接前應(yīng)使用廠家提供的清潔紙巾對管接頭外表面進(jìn)行擦拭。如果處理后的接頭被長時間放置，建議在正式連接時重新制作接頭。考慮到刨削使管壁減薄，重新制作接頭時最好將原刨削過的接頭切除。
(4) 管件一般密封在塑料袋內(nèi)，應(yīng)在使用前再開封。管件內(nèi)表面在拆封后使用前也應(yīng)使用同樣的清潔紙巾擦拭。
(5) 將處理好的兩個管接頭插入管件，并用管道卡具固定焊接接頭以防止對中偏心或震動破壞焊接熔合。每個接頭的插入深度為管件承口到內(nèi)部突臺的長度(或管箍長度的一半) 。接頭與突臺之間(或兩個接頭之間) 要留出5 ～10 mm 間隙，以避免焊接加熱時管接頭膨脹伸長互相頂推，破壞熔合面的結(jié)合。在每個接頭上作出插入深度標(biāo)記。
(6) 將焊接設(shè)備連到管件的電極上，啟動焊接設(shè)備，輸入焊接加熱時間。開始焊接至焊機(jī)在設(shè)定時間停止加熱。一般每個管件上都附有一張卡片，記錄著該管件要求的加熱電壓、加熱時間、冷卻時間等技術(shù)參數(shù)。Wavin 制造廠提供的新式焊機(jī)已內(nèi)置數(shù)據(jù)庫和光電掃描筆，并按管件的類型、直徑、材質(zhì)配以焊接參數(shù)卡片，焊接時只要用光電筆在相應(yīng)的卡片上掃入條形碼即可。管件上一般都帶有兩個異色的塑料按扭，在加熱過程中，按鈕會逐步跳起。到加熱時間過半、加熱快完成時，按鈕會完全跳起以指示加熱過程將結(jié)束。
(7) 焊接接頭開始冷卻。此期間嚴(yán)禁移動震動管子。實際上因PE材料的熱傳導(dǎo)率不高，加熱過程結(jié)束后再過幾分鐘管箍外表面溫度才達(dá)到最高，請注意避免燙傷。
4 異種PE材質(zhì)的連接
對接熔化焊適合于同樣尺寸、同一SDR 等級、相同類型的管子管件連接。不同等級、不同類型或不同壁厚材料的連接應(yīng)使用電熱熔焊方式。
能夠熱熔連接是聚烯烴（包括聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯）材料管道系統(tǒng)的突出優(yōu)點。能夠熱熔連接的含義是聚乙烯管材、管件可以通過熱熔連接起來并且連接處的強(qiáng)度超過管材管件的本體強(qiáng)度。聚乙烯管段可以通過熱熔對接連成長管并且直徑基本不變，這就為采用非開挖鋪設(shè)和應(yīng)用于管道內(nèi)襯修補(bǔ)創(chuàng)造了條件。
聚乙烯管道系統(tǒng)的熱熔連接方式有熱熔對接（包括鞍型連接）和熱熔承插連接。熱熔承插連接適用于直徑比較小的管材、管件（一般直徑在DN63mm以下），因為直徑小的管材、管件管壁較薄，截面較小，采用對接不易保證質(zhì)量。熱熔對接適合于直徑比較大的管材管件，比承插連接用料省、易制造，并且，在熔接前切去氧化表面層，熔接壓力可以控制，質(zhì)量較易保證。從發(fā)展動向看，給水管道才用熱熔對流是主流。
聚乙烯管道系統(tǒng)的熱熔連接的工藝和設(shè)備（工具）都比較簡單，熱熔連接質(zhì)量穩(wěn)定的保證主要是依靠嚴(yán)格遵守規(guī)定的操作規(guī)程（特別是要嚴(yán)格控制好溫度、壓力和時間三個參數(shù)）。
電熔鏈接
電熔連接包括電熔承插連接和電熔鞍型連接。電熔連接的突出優(yōu)點是質(zhì)量可靠（減少認(rèn)為因素）和施工效率高。但由于電熔管件的制造技術(shù)要求較高，其成本也較高。電熔連接主要應(yīng)用在直徑較小的燃?xì)夤艿老到y(tǒng)。電熔連接質(zhì)量穩(wěn)定的保證主要是依靠嚴(yán)格遵守規(guī)定的操作規(guī)程和電熔管件的質(zhì)量。
機(jī)械連接
機(jī)械連接包括卡箍式連接和卡壓式連接兩種。盡管聚乙烯管道系統(tǒng)主要采用熱熔連接和電熔連接，但是在某些應(yīng)用場合聚乙烯管道系統(tǒng)采用機(jī)械更方便、更經(jīng)濟(jì)。例如在聚乙烯管道系統(tǒng)的修理中，有時不方便或不可能采用熱熔連接或電熔連接。如在地坑中修理被損壞的埋地管道，現(xiàn)場條件不可能保證連接處無水；又如需要在野外連接少量大直徑管道時，采用熱熔連接需要專用設(shè)備可能很不經(jīng)濟(jì)；還有，在需要把聚乙烯管道和其它管道連接時，也需要采用機(jī)械連接。
聚乙烯非開挖鋪設(shè)技術(shù)
非開挖鋪設(shè)技術(shù)包括新管道的非開挖鋪設(shè)和舊管道的非開挖修復(fù)（避免重新開挖，既可以應(yīng)用于壓力管也可以應(yīng)用于無壓力管）在不少場合采用非開挖鋪設(shè)可以明顯的提高效率降低工程費用，甚至在某些場合是唯一可行的鋪設(shè)方法（例如要穿過繁忙的道路和失去）。近年來世界各國都在大量開發(fā)和推廣各種非開挖技術(shù)，因為不僅有經(jīng)濟(jì)上的效益，還有利于環(huán)境的保護(hù)（避免開挖后對環(huán)境的破壞）。
聚乙烯管道系統(tǒng)應(yīng)為具有柔韌和可以熔接的特點，特別適合采用非開挖鋪設(shè)技術(shù)。內(nèi)在此領(lǐng)域近年也有很快進(jìn)步，在新管道的非開挖鋪設(shè)和舊管道的非開挖修復(fù)兩方面都已經(jīng)有許多成功的工程案例。在新管道的非開挖鋪設(shè)方面主要采用定向鉆孔拖入聚乙烯長管的工藝，在舊管道的非開挖修復(fù)方面“滑襯方法”（襯于管徑略小于舊管內(nèi)徑）和“變形襯管方法”（聚乙烯長管略縮徑插入，恢復(fù)后貼襯于舊管內(nèi)壁）都已經(jīng)在廣泛使用。
HDPE管道安裝規(guī)程
1、熱熔承插安裝，DN20-DN63mm規(guī)格一般采用此法，具體流程如下：
（1）用管剪根據(jù)安裝需要將管材剪斷；
（2）在管材待承插深度處標(biāo)記號；
（3）將熱熔機(jī)模頭加溫至20左右；
（4）同時加熱管材、管件，然后承插（承插到位后待片刻松手，在加熱、承插、冷卻過程中禁止扭動；
（5）自然冷卻；
（6）施工完畢經(jīng)試驗壓驗收合格后投入使用；
2、熱熔對接安裝，DN110-DN1600mm規(guī)格一般采用此法，具體操作流程如下：
（1）將需安裝連接的兩根PE管材同時放在熱熔器夾具上（夾具可根據(jù)所要安裝的管徑大小更換夾瓦），每根管材另一端用管支架托起至同一水平面。
（2）用電動銑刀分別將管材斷面銑平整，確保兩管材接觸面能充分吻合；
（3）將電加熱板升溫到210度，放置兩管材端面中間，操作電動液壓裝置使兩管材端面同時完全與電熱板接觸加熱；
（4）抽調(diào)加熱板，再次操作液壓裝置，使以熔融的兩管材端面充分對接并鎖定液壓裝置（防止反彈）；
（5）保持一定冷卻時間松開，操作完畢；
（6）施工完畢，須經(jīng)試壓驗收合格后，方可回土投入使用；
（7）管材在加熱過程中作好防風(fēng)措施，冷卻過程中，應(yīng)逐步經(jīng)行，不宜急速降溫。
3、電熔連接（適用管徑dn630mm）：
（1）將PE管材完全插入電熔管件內(nèi)；
（2）將專用電熔機(jī)兩導(dǎo)線分別接通電熔管件正負(fù)兩級；
（3）接通電源加熱電熱絲使內(nèi)部接觸處FE熔融；
（4）冷卻完畢；
（5）施工完畢后需經(jīng)試壓驗收合格后，方可封管投入使用。
4、法蘭連接。
5、鋼塑連接。
6、鞍型對接安裝，這對解決主管道分流特別有效。
PE管道的應(yīng)用范圍
城鎮(zhèn)、農(nóng)村自來水管道系統(tǒng)
PE管衛(wèi)生無毒、不結(jié)垢，更適合城市及農(nóng)村供水主干管和埋地管，安全、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、施工方便，使用壽命長。
城鎮(zhèn)燃?xì)廨斔凸艿?nbsp;
由于PE管具有較好的抗蠕變性和經(jīng)濟(jì)性，以逐步取代墨筑管用于城鎮(zhèn)燃?xì)廨斔汀?nbsp;
可置換水泥管、鑄鐵管和鋼管
用于舊網(wǎng)改造工程，不用大面積開挖，施工方便，造價低，可廣泛應(yīng)用于老城區(qū)管網(wǎng)改造。
工業(yè)原料輸送管道
化工、化纖、食品、林業(yè)、制藥、輕工、造紙、冶金等工業(yè)原料輸送管。
園林綠化供水管網(wǎng)
園林綠化需大量輸水管道，PE管的柔韌性和低成本，使之成為最佳選擇。
污水排放用管材
PE管道具有獨特耐腐蝕性能，可用于工業(yè)廢水、污水排放，成本及維護(hù)費用低。
礦砂、泥漿輸送
PE管道具有高度抗應(yīng)力、耐磨損和耐腐蝕性，可廣泛應(yīng)用于輸送礦砂、煤灰及河道清淤泥漿。
農(nóng)用灌溉管道
PE管內(nèi)壁光滑、流量大、可跨道路施工，抗沖擊性好，是農(nóng)用灌溉理想管材。
船用管道
PE管質(zhì)量輕、連接方便，可廣泛應(yīng)用于大型船舶內(nèi)部給排水。
海水淡化用管道
PE管具有使用壽命長、性價比高，被廣泛應(yīng)用于海水淡化工程。
農(nóng)村沼氣管道
由于PE具有較好的經(jīng)濟(jì)性，正被大面積地使用于農(nóng)村沼氣工程。
