聚乙烯(PE)管用于城市燃氣管網(wǎng)在西方發(fā)達國家已有近50年歷史。80年代初，我國開始用于輸送天然氣。隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，PE管已廣泛應用于輸水、輸氣工程中。近幾年在我市的煤氣低壓管網(wǎng)中得到廣泛應用。同傳統(tǒng)的鑄鐵管、鋼管相比，PE管的使用壽命可長達50年，且密封性能和耐腐蝕性能好，這點在輸送可燃氣體的埋地工程中尤為可貴。PE管重量輕，施工方便，輸送介質(zhì)壓力損失小，對地基沉降和地震波動有較強的適應性。正是基于以上優(yōu)點，在城市中、低壓輸氣管網(wǎng)中，以塑代鋼已成為必然的趨勢。
同鋼管工程相比PE管燃氣工程在某些環(huán)節(jié)尤其是焊接及其檢驗方面有其特殊性，本文將對此作一粗略的探討，供同行們參考。
1 PE管熱熔焊接原理
PE管的熱熔焊接，因操作簡便等原因，較電熔焊接應用廣泛，其焊接原理：當PK材料在加熱超過其熔融溫度Tm(高密度HDPETm=130-137℃)后，變成粘滯的流體，在焊接壓力作用下，其大分子相互擴散，產(chǎn)生范德華作用力，從而牢固地焊接在一起。
對于PK管，最常用的熱熔焊接是承插焊接和熱板對接焊接。以下所述焊接接頭均對上述接頭而言。
2 PE管的焊接質(zhì)量
焊接是管道施工的一個重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。焊接質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、焊接缺陷及焊接接頭使用性能。使用性能又是確保焊接接頭在服役期內(nèi)安全使用的基礎(chǔ)，主要有力學性能、彎曲性能、耐腐蝕性能等等。鋼管燃氣工程中，外觀質(zhì)量和焊接缺陷由外觀檢查和無損檢測來控制，使用性能則由焊接工藝評定和鋼材焊接性能來保證，而PE管因其材料的特殊性，對焊接接頭的質(zhì)量檢驗開展的較少，在CJJ63-95《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》中僅要求操作工人上崗前必須經(jīng)過培訓，考試合格，并要求“管道連接結(jié)束后，應進行接頭外觀質(zhì)量檢查。”作為埋于地下的輸送易燃氣體的壓力管網(wǎng)，其最薄弱的焊接接頭的質(zhì)量僅憑目視檢驗合格即正式投入運行長達數(shù)十年，筆者認為欠妥。如果施工單位在施工經(jīng)驗或責任心方面有所欠缺，則必將帶來嚴重的隱患。 PE管焊接原理雖簡單，但影響質(zhì)量的因素卻很多，某一環(huán)節(jié)控制不嚴，即會影響焊接質(zhì)量。例如某工程隊施工時，焊好的PE管剛一搬動，其焊接接頭處即發(fā)生斷裂，查找原因，因焊接壓力稍高于規(guī)定值，導致熔融區(qū)高溫處被擠出，低溫區(qū)結(jié)合，接頭強度自然大大降低。故對PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗決不能掉以輕心。
3 PE管焊接質(zhì)量檢驗方法的選擇
PE管焊接的外觀質(zhì)量可以通過外觀檢驗來評價。對焊接缺陷現(xiàn)尚無成熟可靠的方法。在常規(guī)的無損檢測方法中，超聲波探傷是最有希望的。但PE管焊接接頭的 UT檢測的難點不在于能否找到缺陷的反射訊號，而在于弄清反射訊號與缺陷的關(guān)系以及這種缺陷對接頭質(zhì)量的影響，準確地說是對焊接接頭持久強度的影響進而進一步弄清何種程度的影響能被工程上所接受，從而反推測出UT檢測的驗收標準。在這一切未進行深人研究之前，單純地談論何種NDT方法能夠用于PE管焊接接頭的檢測是毫無意義的。PE管焊接接頭的使用性能中，焊接接頭強度是我們最關(guān)心的，對焊接接頭強度的影響因素，目前還停留在實驗研究階段，一般可用強度系數(shù)F來描述：
F——焊接接頭強度母材強度
F實際上反映了焊接接頭對母材的削弱強度，依檢測方法的不同F(xiàn)又分為短時強度FZ和持久強度FS。一般有FS≤FZ≤1，PE管的FS一般為0．8-0．9，即理論上的PE管焊接接頭持久強度比線材低10％-20％，從而形成整個管道系統(tǒng)中的一個薄弱環(huán)節(jié)。但實際操作中，因擠壓效應形成雙卷邊，增大了焊縫處截面積，故熱板對接接頭在保留卷邊時，焊接接頭強度常高于母材，即短時強度系數(shù) FZ>I，這是在評價PE管焊接接頭質(zhì)量時非常有價值的一個結(jié)論。
既然焊接缺陷尚無成熟方法能保證可靠檢出，而耐腐蝕性能等其它使用性能可通過材料自身的性能加以保證，我們?nèi)裟茌^準確地評價焊接接頭的強度，則可大大地增強使用中的安全因素。嚴格地說，一個PE管焊接接頭只有通過了輸送介質(zhì)環(huán)境下的持久拉伸試驗后才算強度合格，但這種試驗時間長，設備要求高，將此作為工程上常規(guī)檢測手段是不切實際的，焊接接頭拉伸試驗，即接頭的短期強度試驗就被自然而然地提了出來。從理論上講，短期強度高于母材并不代表其持久強度也一定高于母材，但在工程上，作為對持久強度最好地近似模擬，短期強度試驗不失為一種目前最切實可行的PE管焊接接頭質(zhì)量檢驗方法。
4 PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗
(1)預焊：正式施焊前，應預焊承插焊和熱板對接焊接頭各一個，割開作內(nèi)外表面外觀質(zhì)量檢驗并作拉伸彎曲試驗，均合格后方能正式施焊。
(2)抽檢：在PE管安裝過程中的檢驗檢員應隨機抽檢不低于10％的焊接接頭，同樣進行外觀質(zhì)量檢驗和拉伸彎曲試驗。
(3)取樣：將待檢的焊接接頭從管道上割開，試樣長度應大于250mm，當管壁厚大于10mm時，試樣長度應大于300mm，試樣中焊縫應居中。
(4)外觀檢測：將接頭從中沿軸向?qū)ΨQ切割開，進行焊縫內(nèi)外部外觀檢驗。合格承插焊接口：內(nèi)外表面均有熔融焊道，焊縫無間隙和孔隙，深度滿足要求，交界面完全消失。合格熱板焊接口：焊縫形狀大小均勻，焊道反卷到外表面上，無氣孔，鼓包，裂紋。
(5)不合格焊接接頭圖示(熱板對接焊)見表1。對外觀不合格的焊接接頭應割除重新焊接。
(6)拉伸和彎曲試驗：
拉伸試驗，保留卷邊，管壁厚小于10mm，試樣寬取15mm，長取200mm；管壁厚大于等于10／mm，試樣寬取30mm，長取300mm。試樣數(shù)目以5個為宜，小口徑管取樣數(shù)目不足5個時，在材料尺寸允許的情況下盡量多取。拉伸時應緩慢加載，試樣斷于焊縫區(qū)域外為合格。彎曲試驗，去除卷邊，按表2制作彎曲試樣，試樣數(shù)目規(guī)定同拉伸試樣。
試驗時試樣外表面與壓頭接觸，應緩慢加載，以拉伸面不出現(xiàn)裂紋為合格。
表1 制作彎曲試樣 單位：mm
管壁厚
同鋼管工程相比PE管燃氣工程在某些環(huán)節(jié)尤其是焊接及其檢驗方面有其特殊性，本文將對此作一粗略的探討，供同行們參考。
1 PE管熱熔焊接原理
PE管的熱熔焊接，因操作簡便等原因，較電熔焊接應用廣泛，其焊接原理：當PK材料在加熱超過其熔融溫度Tm(高密度HDPETm=130-137℃)后，變成粘滯的流體，在焊接壓力作用下，其大分子相互擴散，產(chǎn)生范德華作用力，從而牢固地焊接在一起。
對于PK管，最常用的熱熔焊接是承插焊接和熱板對接焊接。以下所述焊接接頭均對上述接頭而言。
2 PE管的焊接質(zhì)量
焊接是管道施工的一個重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到管道系統(tǒng)的安全和壽命。焊接質(zhì)量主要包括外觀質(zhì)量、焊接缺陷及焊接接頭使用性能。使用性能又是確保焊接接頭在服役期內(nèi)安全使用的基礎(chǔ)，主要有力學性能、彎曲性能、耐腐蝕性能等等。鋼管燃氣工程中，外觀質(zhì)量和焊接缺陷由外觀檢查和無損檢測來控制，使用性能則由焊接工藝評定和鋼材焊接性能來保證，而PE管因其材料的特殊性，對焊接接頭的質(zhì)量檢驗開展的較少，在CJJ63-95《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》中僅要求操作工人上崗前必須經(jīng)過培訓，考試合格，并要求“管道連接結(jié)束后，應進行接頭外觀質(zhì)量檢查。”作為埋于地下的輸送易燃氣體的壓力管網(wǎng)，其最薄弱的焊接接頭的質(zhì)量僅憑目視檢驗合格即正式投入運行長達數(shù)十年，筆者認為欠妥。如果施工單位在施工經(jīng)驗或責任心方面有所欠缺，則必將帶來嚴重的隱患。 PE管焊接原理雖簡單，但影響質(zhì)量的因素卻很多，某一環(huán)節(jié)控制不嚴，即會影響焊接質(zhì)量。例如某工程隊施工時，焊好的PE管剛一搬動，其焊接接頭處即發(fā)生斷裂，查找原因，因焊接壓力稍高于規(guī)定值，導致熔融區(qū)高溫處被擠出，低溫區(qū)結(jié)合，接頭強度自然大大降低。故對PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗決不能掉以輕心。
3 PE管焊接質(zhì)量檢驗方法的選擇
PE管焊接的外觀質(zhì)量可以通過外觀檢驗來評價。對焊接缺陷現(xiàn)尚無成熟可靠的方法。在常規(guī)的無損檢測方法中，超聲波探傷是最有希望的。但PE管焊接接頭的 UT檢測的難點不在于能否找到缺陷的反射訊號，而在于弄清反射訊號與缺陷的關(guān)系以及這種缺陷對接頭質(zhì)量的影響，準確地說是對焊接接頭持久強度的影響進而進一步弄清何種程度的影響能被工程上所接受，從而反推測出UT檢測的驗收標準。在這一切未進行深人研究之前，單純地談論何種NDT方法能夠用于PE管焊接接頭的檢測是毫無意義的。PE管焊接接頭的使用性能中，焊接接頭強度是我們最關(guān)心的，對焊接接頭強度的影響因素，目前還停留在實驗研究階段，一般可用強度系數(shù)F來描述：
F——焊接接頭強度母材強度
F實際上反映了焊接接頭對母材的削弱強度，依檢測方法的不同F(xiàn)又分為短時強度FZ和持久強度FS。一般有FS≤FZ≤1，PE管的FS一般為0．8-0．9，即理論上的PE管焊接接頭持久強度比線材低10％-20％，從而形成整個管道系統(tǒng)中的一個薄弱環(huán)節(jié)。但實際操作中，因擠壓效應形成雙卷邊，增大了焊縫處截面積，故熱板對接接頭在保留卷邊時，焊接接頭強度常高于母材，即短時強度系數(shù) FZ>I，這是在評價PE管焊接接頭質(zhì)量時非常有價值的一個結(jié)論。
既然焊接缺陷尚無成熟方法能保證可靠檢出，而耐腐蝕性能等其它使用性能可通過材料自身的性能加以保證，我們?nèi)裟茌^準確地評價焊接接頭的強度，則可大大地增強使用中的安全因素。嚴格地說，一個PE管焊接接頭只有通過了輸送介質(zhì)環(huán)境下的持久拉伸試驗后才算強度合格，但這種試驗時間長，設備要求高，將此作為工程上常規(guī)檢測手段是不切實際的，焊接接頭拉伸試驗，即接頭的短期強度試驗就被自然而然地提了出來。從理論上講，短期強度高于母材并不代表其持久強度也一定高于母材，但在工程上，作為對持久強度最好地近似模擬，短期強度試驗不失為一種目前最切實可行的PE管焊接接頭質(zhì)量檢驗方法。
4 PE管焊接接頭的質(zhì)量檢驗
(1)預焊：正式施焊前，應預焊承插焊和熱板對接焊接頭各一個，割開作內(nèi)外表面外觀質(zhì)量檢驗并作拉伸彎曲試驗，均合格后方能正式施焊。
(2)抽檢：在PE管安裝過程中的檢驗檢員應隨機抽檢不低于10％的焊接接頭，同樣進行外觀質(zhì)量檢驗和拉伸彎曲試驗。
(3)取樣：將待檢的焊接接頭從管道上割開，試樣長度應大于250mm，當管壁厚大于10mm時，試樣長度應大于300mm，試樣中焊縫應居中。
(4)外觀檢測：將接頭從中沿軸向?qū)ΨQ切割開，進行焊縫內(nèi)外部外觀檢驗。合格承插焊接口：內(nèi)外表面均有熔融焊道，焊縫無間隙和孔隙，深度滿足要求，交界面完全消失。合格熱板焊接口：焊縫形狀大小均勻，焊道反卷到外表面上，無氣孔，鼓包，裂紋。
(5)不合格焊接接頭圖示(熱板對接焊)見表1。對外觀不合格的焊接接頭應割除重新焊接。
(6)拉伸和彎曲試驗：
拉伸試驗，保留卷邊，管壁厚小于10mm，試樣寬取15mm，長取200mm；管壁厚大于等于10／mm，試樣寬取30mm，長取300mm。試樣數(shù)目以5個為宜，小口徑管取樣數(shù)目不足5個時，在材料尺寸允許的情況下盡量多取。拉伸時應緩慢加載，試樣斷于焊縫區(qū)域外為合格。彎曲試驗，去除卷邊，按表2制作彎曲試樣，試樣數(shù)目規(guī)定同拉伸試樣。
試驗時試樣外表面與壓頭接觸，應緩慢加載，以拉伸面不出現(xiàn)裂紋為合格。
管壁厚
