水之龙铝合金衬电热熔管件

1、水之龙电热熔管件陕西水之龙管业有限公司近年来我国非金属管材发展迅速，尤其以PPR为基础材料的各种复合管材更为突出。此类复合管的连接基本上全部采用PPR热熔连接，其性能、结构、生产设备以及安装施工工艺已有很多，但对于大口径很少做到极致的连接。水之龙管业有限公司，从多年的研究与实践，研究出了一种铝合金衬点热熔管件（DN63-DN160）大口径连接方式。从事铝合金衬点热熔管件制造、试验及施工多年，现重点介绍电熔管件熔接参数的确定以及施工中必须注意的事项。铝合金衬电热熔管件结构形式如图1所示。图1 铝合金衬电热熔铝合金衬电热熔管件熔接前的准备：管材、管件内外表面保持干燥，如有水或潮湿应采取干燥措施；用

2、割管器割去铝合金衬塑管材的外层铝合金，使其表面光滑，以保证熔合两表面受热均匀。熔合良好：用丙酮擦拭管件内表面，去除水、油、锈等污物；根据管件的配合深度在管材上作记号，保证管材插入到位。加电焊接 (1)熔接原理铝合金衬塑管材电热熔熔接的基本原理是通过给嵌于管件内壁的铜丝通电加热。使熔合区部位塑料树脂发生相变，高分子链段在一定压力下互相渗透、交织，通过冷却材料重新结晶排列使熔合部位结合成一个牢固的整体。(2)电熔熔接方法的确定根据专用电熔焊机的特点，对电熔管件的热阻丝可采用恒电压法和恒电流法。恒流熔接的特点：随着通电时间的增加，电熔熔接过程中电热熔焊机输出功率不断增大，单位时间内输入到熔接区的热量

3、不断增大。面受热均匀，相态一致，由于铝合金衬塑管材材料的热导率和热扩散率都很小因此需经一定时间扩散热阻丝产生的热量。1 熔接电压的确定聚乙烯是一种对称无极性材料在材料的微观结构中同时存在结晶区和无定形区2种排列形式，其中结晶区占7080。电熔熔接时如果给连接界面输入比较多的热量，将大大延长冷却时间，势必造成连接界面的晶粒过于粗大，降低界面强度。为控制热量的输入，同时又保证界面处得到足够的热量使高分子链段有足够的活动能力，因此对电热熔管件应采用“快速加热” 的方式。即在较短的时间内获得一个窄而平滑的熔融区，迅速使链段获得活动能力，由于聚乙烯导热性较差，在连接界面温度达到熔融时，在厚度方向是一个相

4、对陡峭的温度场分布，这种温度场分布特性既保证了界面处高分子材料的互相渗透、交织，又由于熔后冷却时间相对较短，避免产生粗大的组织晶粒。目前，国外及国内使用的小口径电熔管件，熔接电压基本为395 V，这是可以保证“快速加热”的。对于大口径、承压高的管材连接，采用此电压就不能满足“快速加热” 的要求。为实现“快速加热”，根据电热阻丝的物理特性，可以推导出熔接电压的计算公式为：公式中：d 为计算直径mm；n为电热阻丝圈数。参数取值见表1。根据工作经验，所计算的熔接电压值是否合适，可以用一个简单的方法判断，取一个成品管件连接到电熔机上，熔机电压设定为计算电压，启动熔机，观察电流，如果启动电流为0809倍

5、的热阻丝熔断电流，此电压为合适的熔接电压。2 熔接时间的确定铝合金衬塑电热熔管件通电加热时铜丝电阻、电流、单位时间内输出的功率都是变化的；同时熔融部位的温度场分布及环境散热的情况也十分复杂，对于聚乙烯材料来说，其所吸收的热量并不是全部用于升高温度而是有一部分消耗于聚合物晶体相态的转变上，这些情况都给定量计算熔接时间带来较大的困难。因此采用熔接理论分析与试验相结合的方法来确定。电热熔管件采用恒压熔接时，熔接电流是变化的，稳定的熔接过程电流显示为初始值较大，下降也较快，逐渐呈现一个缓降的现象。如果管件热阻丝螺距设计合理，熔接电压选择适当，在熔接快结束时熔接电流几乎稳定在某一数值不变。此现象可以用电

6、工学的知识解释，热阻丝受热，温度升高，电阻率变大，电压不变，电流变小。当熔接过程进入后期时，通过对电熔管件的合理设计，保证熔合界面处的温度处于高分子材料的熔融温度而不再变化。此时热阻丝产生的热量与传递的热量相等，热阻丝温度也不再上升，电阻率不再变化，因此电流趋于稳定。熔接电流趋于稳定是进行熔接试验时判定接头是否熔合良好的一个重要标志。由于受到管材、管件配合间隙、圆度等方面的影响，确定熔接时间主要依据熔接试验结果。其试验步骤如下：(1)保证环境温度为室温，所选用管材管件合格。(2)按照熔接前准备要求，作好清理、准备和组装工作。(3)按照管件规格，计算出所需熔接电压。(4)熔接开始后，保持电压不变

7、，熔接过程中作好参数和试验结果的记录。参数记录为各时间段的熔接电流，通过多组试验结果做出熔接电流一时间变化曲线：熔接现象重点观察电熔管件观察孔凸起的高度、熔接区内壁的温度和变形等。(5)熔接后进行连接件的水压试验。(6)水压试验合格后，对熔合部位解剖，分别进行熔合面的观察和撕裂试验。熔合面应以呈锯齿形交错为最佳，如果两面仍呈平面，则时间过短；如管件料已进入钢骨架下方，则证明时间过长，都不是最佳时间。撕裂试验以断裂面不在熔合面为合格。只有以上各试验结果和观察现象都为最佳时，才可以把试验的熔接时间确定为室温下的最佳熔接时间。2 熔接设备的选用电熔焊机应该具备2种基本功能。一是电压或电流调节功能，以

8、便在施工现场电源波动或是电源负载变化时能按预定的电压(电流)值向管件的热阻丝供电；二是时间控制功能，当管件熔接时的电压(电流)确定后，对管件输入的能量问题就转化为时间的控制问题，电熔焊机应有较高的时间控制精度；同时要求时间控制系统电源独立供电，避免受到现场用电不稳的影响。管材、管件在存放的过程中，由于环境温度及存放等原因，不可避免地出现变形，因此管材、管件装配后存在局部装配间隙不均匀的情况，容易引起熔接过程的不稳定，这就需要在熔接过程中进行动态控制。鉴于此，电熔焊机应该能够进行电流和电压的动态调整，同时还要满足输出功率的要求。目前市场上的电熔焊机大致分两类：一类自动化程度较高，熔接参数自动识别

9、或人工输入后自动完成熔接，这类电熔机无法实现电流、电压的动态控制，输出功率一般在5 kW以下，此类电熔焊机已经有了国家标准；另一类电熔焊机自动化程度较低，熔接过程中电压需手动控制，能够即时显示回路中的电流，参数可以随时调整，此类电熔焊机输出功率较大(最大为18 kW)，完全满足大口径管件熔接的需要。3 工装卡具的应用在电熔接过程中。聚乙烯由于受热膨胀，因而在熔合面上产生一定的压力。管材在轴向分力的作用下，使原本紧靠的两端面分开。由于管材、管件的相对运动，使得熔融区的母材在外力作用下运动，熔融母材的运动带动了热阻丝的运动，容易造成热阻丝碰到一起(俗称搭线)，一旦出现这种情况，在搭线部位温度急速上

10、升，使该部位的聚乙烯快速分解气化，出现“冒烟”现象。这种情况在大口径管件熔接过程中极易发生。此外由于熔接过程中管材的移动，使得熔合面处压力降低，冷却后宜造成组织疏松，降低了管道的使用压力等级。为解决这一问题。在熔接时应使用工装卡具，其结构及安装如图2所示。图2 熔接卡具安装示意图在图2中，管材被工装卡具固定住，消除了管材的移动，也就避免了上述问题。注意在使用工装的过程中，不要使卡具直接作用于管件，以免管件加热过程中受到外力作用产生较大的变形，出现熔接质量问题。4 熔接施工过程中的注意事项由于施工现场比较复杂，既有环境温度的变化，又有管材、管件等自然变形而引起的装配间隙等问题，所以在现场熔接时应

11、注意以下几点：(1)根据现场的环境温度，适当调节熔接参数，在有条件的情况下应进行现场首件的试验。(2)熔接起始电压应从“0” 位上调，调节速度不宜过快，以避免起始电流过大。对大口径管件来说，电压从0到设定电压在20 s左右为佳。(3)熔接过程中如遇到熔接不稳的情况，一般表现为熔接电流不是缓降而是缓升。这种情况多出现在熔接中期，此时需将熔接电压降到设定电压值的12。稳定10 s左右，再将熔接电压调回到设定值即可解决。这是由于热阻丝线圈通电受热产生振动而引起的偶尔短路容易调节。如果在熔接后期出现电流急剧上升的情况，表明界面处的熔融材料运动较剧烈，有较多的热阻丝出现短路，此时应结束熔接，熔接质量并不受影响，否则熔接部位很快就会出现“冒烟”现象，影响熔接质量。(4)熔后冷却过程