摘要：根據相關(guān)標準、國內外企業(yè)和行業(yè)協(xié)會(huì )的相關(guān)資料，對焊制管件的焊制原理進(jìn)行了介紹；同時(shí)對熱熔焊制管件的承壓性能進(jìn)行了試驗分析和說(shuō)明。

　　關(guān)鍵詞：聚乙烯 焊制管件 近年來(lái)國家大力推廣化學(xué)建材，聚乙烯作為一種工程樹(shù)脂得到了最廣泛的應用，特別是聚乙烯壓力管材隨著(zhù)化學(xué)樹(shù)脂合成技術(shù)更深入的研究和提高，日益表現出優(yōu)良的物理力學(xué)性能和巨大的社會(huì )經(jīng)濟價(jià)值，被廣泛用于市政給排水、燃氣管道、農業(yè)灌溉等領(lǐng)域。熱熔焊制管件作為聚乙烯壓力給水管道一種主要連接形式的管件被大量采用，在應用過(guò)程中，人們不斷地對其工藝控制和應用方法進(jìn)行探索和研究，積累了大量的經(jīng)驗和數據。在這里我們通過(guò)相關(guān)資料和試驗數據對焊制管件承壓性能進(jìn)行某種探討。

　　一、熱熔連接原理

　　聚乙烯是一種具有半結晶的熱塑性高分子聚合物，具非極性的長(cháng)鏈分子結構，分子之間相互纏繞和貫穿，具有非常典型的玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三個(gè)物態(tài)區間。熱熔焊制連接充分運用擴散原理，在晶體的融熔溫度附近，聚乙烯分子吸收足夠的能量，導致其劇烈運動(dòng)，在外力的作用下，熔融界面的分子相互滲透和纏繞，進(jìn)行分子鏈的物理重組和再結晶。因此，對于熱熔焊制連接過(guò)程而言，加熱溫度、焊制壓力、冷卻和加熱時(shí)間決定了焊縫品質(zhì)的高低。

　　二、試驗目的

　　整個(gè)管道系統中，在工作壓力下，其安全性是由系統內壓力等級最低的部件決定的。焊制是PE管件制造的主要方法，PE焊制管件如三通、彎頭等，存在多處的轉折處，承受的應力較高，可能成為管道系統的薄弱環(huán)節，所以必須對焊接管件進(jìn)行靜液壓強度的對比試驗，以確定在同等壓力等級下，同級別管材和焊制管件能否同時(shí)使用，或在使用中考慮是否對管件進(jìn)行壓力折減。試驗的目的是驗證PE焊制管件的耐壓等級有所下降，通過(guò)數據說(shuō)明下降了多少。

　　三、試驗材料

　　試驗材料采用PE80的焊制管件和管材；外徑：φ110；壓力等級：PN1.0MPa和PN0.8MPa；品種：管材、90°彎頭和等徑三通；數量：每個(gè)品種每個(gè)壓力等級各取3個(gè)試樣。

　　四、試驗方法

　　嚴格按國家標準：GB/T6111－2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內壓試驗方法》進(jìn)行靜液壓試驗；根據PE80的長(cháng)期靜液壓強度性能曲線(xiàn)，確定1小時(shí)的聚乙烯管材專(zhuān)用料的環(huán)向應力值取13MPａ；壓力等級為PN1.0MPa的管材和管件1小時(shí)試驗壓力暫定為：2.00MPａ；壓力等級為PN0.8MPa的管材和管件1小時(shí)試驗壓力暫定為：1.60MPａ；若在試驗過(guò)程中發(fā)生破裂滲漏現象，應重新取樣；試驗壓力下降一個(gè)等級（原值除1.25倍）再次進(jìn)行靜液壓試驗，以此類(lèi)推，直到試驗合格通過(guò)。

　　五、試驗結果和試驗樣品圖片

　　注：在試驗時(shí)除按照上面的試驗方法進(jìn)行外，還將壓力等級提高一個(gè)級別進(jìn)行了破壞性試驗。壓力等級SDR17口徑dn110規格三通試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.6MPa，保壓23分鐘試樣破裂靜液壓強度1.28MPa，保壓22分鐘試樣破裂靜液壓強度1.00MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂試樣圖片試樣編號45試驗結果靜液壓強度1.00MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.00MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂壓力等級SDR17口徑dn110規格90°彎頭試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂（試樣鼓脹明顯）靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂（試樣鼓脹明顯）靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂（試樣鼓脹明顯）壓力等級SDR17口徑dn110規格管材　試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂注：SDR17三通在2.0MPa的靜液壓強度下加壓過(guò)程中破裂；SDR17 90°彎頭管材在2.0MPa的靜液壓下保壓19分鐘破裂；SDR17管材在2.0MPa的靜液壓下保壓45分鐘破裂。

　　壓力等級SDR13.6口徑dn110規格三通　試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂壓力等級SDR13.6口徑dn110規格90°彎頭，試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂壓力等級SDR13.6口徑dn110規格管材　試樣編號123試驗結果靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂靜液壓強度1.60MPa，保壓60分鐘試樣無(wú)破裂注：SDR13.6三通在2.0MPa靜液壓強度下保壓22分鐘破裂；SDR13.6 90°彎頭在2.0MPa的靜液壓下無(wú)破裂繼續加壓至2.80MPa破裂；SDR13.6管材在2.54MPa靜液壓強度下保壓52分鐘破裂。

　　六、試驗結果分析

　　根據試驗結果，PE80焊制管件的壓力等級較同級別的管材要低，對于焊制等徑三通而言更是如此。試驗結果表明，PE80焊制90°彎頭的短期耐壓能力與同級別管材相比并無(wú)明顯區別；而PE80焊制三通較同級別管材相比，其短期耐壓能力則有較大下降。

　　試驗分析：同級別的90°彎頭與管材的短期承壓能力大體上是一致的，從試驗表面現象上看：管材的短期耐壓能力略高于同級別的90°彎頭。從90°彎頭的結構特點(diǎn)上分析彎頭的整體應力載荷不是均勻的，這說(shuō)明對于90°彎頭承壓能力分析應從在進(jìn)行較為全面的受力分析以后才能進(jìn)行判定。焊制三通的受力情況更復雜一些。通過(guò)觀(guān)察發(fā)現破壞處均發(fā)生在焊制接縫處。焊制三通的接縫較多，而且存在兩處焊縫較叉的情況，破壞正是在交叉處發(fā)生的。這說(shuō)明PE80焊制三通的耐壓能力與焊縫較叉處的焊接品質(zhì)有較大關(guān)系�，F場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現，SDR17的焊制三通（dn110）在1小時(shí)靜液壓壓力為1.28MPa的情況下，三個(gè)試樣中有一個(gè)發(fā)生滲漏，兩個(gè)沒(méi)有被破壞，但是沒(méi)有被破壞的管件發(fā)生了較大的變形，其外形嚴重鼓脹。

　　而試驗結果表明，SDR17、dn110的管材僅能通過(guò)試驗壓力1.60MPa的1小時(shí)靜液壓試驗，三通則需要將靜液壓強度降至1.0MPa才通過(guò)試驗。焊縫交叉處的工藝過(guò)程是熔融結晶（三次結晶）的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程對焊制管件的品質(zhì)產(chǎn)生多大的影響，長(cháng)期量化的數據還需進(jìn)一步研究。

　　通過(guò)對PE80焊制管件生產(chǎn)過(guò)程的工藝分析可以得知，在焊制生產(chǎn)過(guò)程中，加熱溫度、加熱時(shí)間、熔接壓力、冷卻時(shí)間的控制以及操作工人的技術(shù)水平是影響管件質(zhì)量的重要因素，任何一個(gè)因素發(fā)生變化都會(huì )影響熔接界面的晶區結構的形成，從而影響焊接接頭的質(zhì)量。另外生產(chǎn)環(huán)境也有一定的影響，如室內溫度、是否有風(fēng)等等。以上均說(shuō)明，PE80焊制管件生產(chǎn)過(guò)程控制對產(chǎn)品的品質(zhì)有較大影響。

　　另外我們在做PE80的管材和管件液壓破壞試驗時(shí)發(fā)現：一部分破壞點(diǎn)出現在藍色標線(xiàn)處（脆性破壞），另一部分出現在管材的其他位置（韌性破壞），不難看出藍色標線(xiàn)處是管材的耐壓能力相對薄弱處。

　　七、結論

　　根據相關(guān)文獻介紹，美國Northern Specialty公司生產(chǎn)的焊制三通和異徑三通的壓力等級降低25%，而45°、60°、67.5°、90°彎頭的使用壓力需下降10%.澳大利亞塑料工業(yè)管道協(xié)會(huì )對于PE焊制管件的壓力折減的要求最低達到40%，即只能按照60%取耐壓等級。

　　1、經(jīng)過(guò)對試驗結果的分析比較，認為在實(shí)際工程應用中90°彎頭的耐壓等級應較同級別的管材低一個(gè)耐壓等級使用，而等徑三通則應降兩個(gè)耐壓等級使用。

　　2、應對PE焊制管件的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴格控制；制定合理的工藝參數，操作人員需嚴格進(jìn)行培訓，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

　　3、推動(dòng)焊制管件相關(guān)標準的制定，設定可靠的管件使用安全系數。

　　4、在具體工程應用時(shí)，應采取有效措施對焊縫處進(jìn)行包縛增強或澆筑混凝土加強。

　　附錄：聚乙烯熱熔焊制管件的相關(guān)標準：

　　1、管件產(chǎn)品及品質(zhì)判定標準：ISO/DIS 8085-2.3-2001、PrEN 12201-1998、PrEN 1555-1998.

　　2、關(guān)于聚乙烯管材熱熔連接的密閉性、可熔焊性及焊口拉伸強度測試標準：ISO 3458-1976、ISO 3503-1976、ISO 11414-1996、ISO/TR 11647-1996、ISO 1393-2001.

　　關(guān)于聚乙烯壓力管道系統的設計、安裝和配套設備的標準：ISO/TS 10839-2000、ISO 12176-1-1998.