钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材连接技术
前言
钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道在使用中主要承受几个方面的力量。首先是管道内流体的径向压力，其次是管道周围环境发生位移变化时施加给管道的力。由于整个管道系统具有柔性而管道连接处的柔性最小，导致这个力量会集中到管道连接处；再次是管道系统内的流体在转弯、截面突变处产生很大的轴向推力。由于这些力量都容易对管件造成破坏，所以在保证管材管件可靠连接的同时，还需要采取一些辅助措施提高管道连接处的强度。本文主要探讨如何使管材管件更可靠地焊接连接，同时提出一些提高连接处强度的辅助措施。本文所说的管材均是指钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材，管件均是指聚乙烯电热熔管件。
一、 钢丝骨架聚乙烯管材连接施工现状
目前，钢丝网骨架聚乙烯管材在普通的民用领域缺乏统一的焊接施工规范，不同厂家的电熔焊机以及不同厂家的管材管件采用的电熔焊接参数都不一致，甚至同一个厂家的不同施工人员采用的焊接施工方法都有可能不一致，这样就导致工程质量参差不齐，管道连接部位破裂泄漏现象时有发生，对这个行业的发展造成了不良的影响。本文将从如何保证管材管件焊接质量，以及如何建立可靠性好、成本低廉的辅助设施入手，阐述该管道系统的连接施工中的注意事项，以期望抛砖引玉，让更多业内人士提出更多更好的解决方案来提高连接施工质量，提升整个行业的竞争力。
二、 连接施工前期工作
首先，在设计这种管道时，要了解其使用环境有一定的限定，高温环境和超低温环境都不能使用，具体的温度与原材料有关，需要向管道的生产厂家了解。其次，在设计这种管道时，必须
保证与其它供热管道、电路管道、铁轨和公路路面等特定设施具有一定的距离，必要时还需要考虑管道保护措施。具体的要求要参照相关行业的标准CECS181-2005给水钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管管道工程技术规程。
其次，施工方甚至管材管件的供应商在施工的前期，要注意管材管件之间的材质是否一致并符合标准；管材管件的不圆度是否符合标准，对于不圆度超标的管材应当先校圆后再焊接；同时还要注意管材外径与管件内径的尺寸配合是否便于安装并能保证质量；另外还需要根据管材管件生产厂家的要求准备电熔焊接机和辅助工装。由于管件生产厂家提供的焊接参数的试验条件有可能与实际的施工条件有差异，必要时可以参考厂家提供的焊接参数在施工环境下做焊接试验，并将试验样品剖开观察焊接效果，以此作为依据进行参数调整，直到得到满意的焊接效果为止。
三、 连接施工过程控制 1、熔接区氧化层的处理
管材管件从生产出来并到达施工现场，一般都需要很长的时间，管材管件熔接区域的表面可能会有油污、灰尘和氧化层等，管材插入管件前必须将这些东西去除掉，并（至少）把管材表面均匀刮掉0.1毫米以上，才能保证焊接时熔接区域的塑料能相互粘接。去掉熔接区域的油污、灰尘、氧化层后，还需要用酒精或专用的清洁剂擦拭干净，才可以开始将管材插入管件承口内。为了避免将管材表面刮削后直径偏小而导致配合间隙过大的情况，生产管材管件时，需要考虑被刮掉这部分尺寸而将管材直径稍微做大。刮削管材外表面时，应尽量采用专门的刮刀以提高刮削管材表面的效率和质量如图（1）所示：
图1 刮削外表面
2、管材与管件的配合间隙
管材管件焊接质量要好，合适的装配间隙是必要的条件。经过大量的试验和实际施工实践，我们认为最合适的管材管件配合间隙为：公称直径Dn50-Dn110为单边0.1毫米；公称直径Dn140-Dn250为单边0.2毫米；Dn315以上为单边0.4毫米左右。装配间隙超过以上数值，焊接时熔焊区融化的塑料可能会从间隙内溢出并飞溅到周围，这些飞溅物容易烫伤施工人员，并且会使管件管材熔融不密实产生小空洞。这些小空洞可能在做验收试验时没有被流体压力击穿，而验收后的实际使用过程中逐步产生泄漏，这时管道系统已经完工并回填或者在管道上方建设了其它工程，导致维修和更换相当麻烦并给企业带来巨大损失。因此管材管件的配合间隙应当控制在上述合适的范围内。另一方面，管材与管件配合太紧则不容易将管材插入管件，这时就需要专门的工装将管材插入管件，如：在管材与管件外圆上安装抱箍，再用紧绳器的两端分别连接到管材管件的抱箍上，收紧紧绳器便可将管材装入管件内，也可使用其它专门的施工机具，如扶正器等。
3、电热熔连接过程
管材插入管件前，为了便于识别管材是否插入到管件承口底部，应当在管材外圆上标一个插
入到位的记号，记号距管材端面的距离等于管件的承口深度。如果管材端面没有插入到管件承口底部就开始焊接，除了容易在管件熔融区形成空焊导致短路，还会使融化的塑料流入管材内，冷却后阻挡管材内流体的流动，所以必须将管材插入到管件承口底部后，才能开始焊接。
电熔焊接的过程中，熔焊区的温度、熔接的时间和熔焊区塑料受热膨胀产生的熔胀压力是最重要的三个参数。为达到最佳的熔接结果，所提供的焊接参数必须准确实现对温度、时间、熔胀压力的控制。焊接时，各参数间的相互作用是非常重要的，只要有一个参数未进行充分的考虑，即使其它参数达到极限，也不能实现最佳的焊接效果。影响熔焊区的温度、时间熔胀压力三个参数的因素很多。管件加热线圈的设计和熔接参数决定了温度参数，已刮削的管材与电熔管件内径所形成的间隙以及温度影响熔胀压力。焊接参数一般由管件生产厂家提供，这个参数可能只适用于专用的电熔焊接机，不建议采用与参数不配套的电熔焊机，若特殊条件下必须采用不配套的电熔焊机，则需要另做新的首次焊接试验。整个焊接过程，秉承的原则是逐步加热使熔焊区的塑料融化并粘接到一起。聚乙烯塑料的热传导速度很慢，如果熔焊区电热丝加热的ΔQ/ΔT值（ΔQ指热量增量，ΔT值时间增量）过大，意味着电热丝周围急剧增加的热量无法及时传递出去而聚集在电热丝周围，使电热丝周围的塑料发生老化、分解影响焊接质量。聚乙烯电热熔管件在焊接时的，其加热和散热的机制受管材管件壁厚、管材内加强钢丝和施工环境的影响，非常复杂导致很难从理论上加以计算，所以现在各企业提供的焊接电参数和时间参数都是通过实验所得。由于施工焊接时的环境温度可能与企业所做焊接实验的条件有差异，虽然很多电热熔焊机都有熔接时间自动补偿系统对不同的环境温度进行校正，但是为了保险起见建议在焊接施工时，厂家提供的焊接参数仅供参考，需要根据实际的环境情况和管件上观察针的反应对厂家提供的焊接参数做出适当调整，避免虚焊和假焊的发生。此外，焊接前要保证电熔焊接的接头与管件上的接线柱可靠的连接，焊接过程中，需要施工人员随时注意电熔焊机显示屏和管件的状况，便于及时处理可能出现的问题。
4、电热熔连接后期注意事项
管材管件刚刚完成电热熔焊接时，熔接处温度很高，不能用水冷却只能让其自然冷却，也不能使管材管件受到外力的作用，待完全冷却后才可以进行下一步的施工操作。
四、 管道系统接头处的辅助装置。
虽然管材管件电热熔连接后可以保证其在一般的环境中承受一定的压力，但是为了保证其长久地在较高压力下可靠运行，一些辅助的装置是必不可少的，比如电熔法兰连接时采用的高性能密封垫、可限制法兰大端径向蠕变的钢法兰盘片、电熔三通（弯头）连接处的拉杆、三通（弯头）连接处的支撑墩等，以下将详细介绍这些辅助装置。
1、电熔法兰连接时采用的高性能密封垫
电熔法兰一端通过电热熔与管材连接，另一端通过螺栓与钢制管件或阀门的法兰连接，由安装在塑料法兰和钢制法兰贴合面的密封垫来实现密封。密封垫的密封性能和其抗老化性能很关键，常常会因为密封垫老化产生管道泄漏，为了避免这些状况的发生，可以采用高性能的密封垫来保证密封的可靠性，如氟橡胶密封垫等。
2、可限制法兰大端径向蠕变的钢法兰盘片
聚乙烯法兰与阀门管道附件的钢法兰连接时，需要用到钢制法兰盘片，通过螺栓拉紧钢制法兰盘片和管道附件的法兰盘片，用这个压应力使安装其间的密封垫片受压产生密封效果，同时这个力也会作用到聚乙烯法兰的大端上，使该处的塑料产生管道径向方向的蠕变，这种蠕变会降低螺栓对密封垫的压力从而导致泄漏。为了解决这个问题，我们经过大量的试验和施工实践，设计出一种内孔套住聚乙烯法兰法兰大端外径的钢法兰盘片，限制其受轴向压力时的径向蠕变，可以有效提高法兰连接的密封性能，已申请并获得国家专利，专利号为ZL200920298611.3，目前大量应用于工程实践中，如图（2）所示。
图2
3、三通、弯头连接处管材固定拉杆
钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道属于柔性管道的范畴，在这个柔性管道系统中，不难发现各个部分的柔性是不一样的，也就是说各个部分能容许的变形量是不一致的。在管道系统设有三通、弯头的地方变形容许量最小，其余的地方柔性大。这种柔性分布的不均匀会导致管道系统在承受外力时力量容易集中到三通、弯头连接处而产生破坏。因此，为了提高管道系统承受外力的能力，有必要对管道系统的三通、弯头的地方采取加强措施，通过大量的实验和施工实践，发现在管道三通、弯头的地方安装一个拉杆可以改善这个问题，如图（3）所示。这个拉杆安装在距离管件端面一米左右的管材外圆上，与管件两端的管材形成一个稳定的三角形支架，使管道受到外力时能很好地保护接头处的管件。
图3
4、管道关键地方的支撑墩
钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道在使用过程中，除了承受管道内流体对管壁径向的压力外，在管道三通、弯头或异径直接处还会产生一个轴向的冲击力。该力量可以通过理论进行计算，其大小与管道口径的大小和管道内流体的流动速度有关。小口径的管道系统中这个力量不大，但是到了DN160以上的口径且使用压力较高时，这个力量就容易对管道系统造成破坏。采用上述安装拉杆的方法可以在一定程度上保护该部位连接的管件，可仍然不够，还必须在三通、弯头、异径直接处设立支撑墩，并将管道接头处可靠地固定在支撑墩上如图（3）所示。支撑墩必须是刚性的，可以是水泥、石头或其它材料，并且要将支撑墩安装在夯实的土层上，用来承受管道系统遭受的轴向冲击力。
五、 不规范施工案例解析 1、弯头破裂
图4 弯头破裂
图4中弯头没有安装拉杆，也没有设置水泥支撑墩，导致试压时弯头破裂。
2、管材没有插入到管件承口的底部
图5
图5是在管道内拍摄的管材没有插入到管件承口底部的局部照片，从中可以看到管件的部分过塑电热丝仍露在外面，容易造成空焊并导致焊接时短路或管件自燃。
3、阀门悬空和三通未设置支撑墩
图（6）
图6中阀门和三通直接悬空，没有安装支撑墩，且三通的支端与主端不处于同一水平面上，导致管件连接处破裂产生泄漏。
4、三通支端应与主端处于同一水平面上。
图（7）
图7中异径三通的支端与主端没有处于同一水平面，且没有安装支撑墩，导致三通支端产生破裂导致泄漏。
六、 总结
总之，为了保证钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道更可靠的使用，必须从设计、生产、施工设计及施工等各个环节注重产品和施工质量，行业内应普遍采取更规范的施工方法来保证管道系统可靠持久的运行，为这个行业创建更好的美誉度。本文提出的解决方案需要在具体的施工中根据实际情况加以变通实施，给企业带来经济、社会效益的同时更好地促进这个行业的发展。
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