?摘　要：由于聚乙烯燃?xì)夤懿拇娣怒h(huán)境因素的影響，在實(shí)施對(duì)接焊時(shí)，在對(duì)接焊焊口處可能會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)影響運(yùn)行管線的安全。本文簡(jiǎn)要介紹了對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)形成的原因，開(kāi)展了不同材料聚乙烯燃?xì)夤懿膶?duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)，研究了不同材料管材的吸水性能以及水分含量對(duì)不同材料管材對(duì)接焊焊口質(zhì)量的影響程度，并進(jìn)行了采用熱烘法減少聚乙烯對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)的試驗(yàn)研究，找出了簡(jiǎn)單有效的減少焊口麻點(diǎn)的方法。

1　前言

熱熔對(duì)接焊在20世紀(jì)60年代就成功應(yīng)用于聚乙烯燃?xì)夤艿赖倪B接，是聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕ぶ兄饕倪B接方法之一。隨著聚乙烯燃?xì)夤艿涝趪?guó)內(nèi)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中應(yīng)用得越來(lái)越普遍，存放環(huán)境太潮或存放時(shí)間過(guò)久的聚乙烯燃?xì)夤懿倪M(jìn)行熱熔焊接，在焊口處產(chǎn)生麻點(diǎn)的現(xiàn)象在施工中經(jīng)常出現(xiàn)，過(guò)大過(guò)密的氣孔會(huì)導(dǎo)致焊接接頭安全性能不足甚至失效，如何減少麻點(diǎn)提高焊接接頭的安全性成為各施工單位亟待解決的突出問(wèn)題。

2　對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)形成原因

聚乙烯燃?xì)夤懿氖鞘褂萌細(xì)鈱Ｓ镁垡蚁┗炫淞蠑D出加工成型制造而來(lái)。所謂燃?xì)鈱Ｓ镁垡蚁┗炫淞鲜侵冈诰垡蚁┲屑尤氡匾?、均勻分散的助劑后得到的專用混配料。這些加入到聚乙烯中均勻分散的助劑主要是一些光穩(wěn)定劑、著色劑和抗氧化劑等，可以提高聚乙烯的抗紫外線輻射能力、增強(qiáng)其耐候性和熱穩(wěn)定性，保證聚乙烯燃?xì)夤懿?0年的使用壽命。目前國(guó)內(nèi)外燃?xì)鈱Ｓ昧仙a(chǎn)中所使用的光穩(wěn)定劑絕大部分都是炭黑，這種專用料顏色呈黑色。也有出于多方面考慮，如易于識(shí)別燃?xì)夤艿缹傩院凸艿拦芾淼男枰?，易于通過(guò)肉眼檢查和檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)現(xiàn)制品缺陷，避免受到再生料、回用料以及摻雜混假制品的困擾等囚素，國(guó)際七采用非炭黑助劑的黃色或橙色燃?xì)庥镁垡蚁┕艿缹Ｓ昧先〈谏珜Ｓ昧系那闆r也越來(lái)越普遍。

雖然聚乙烯樹(shù)脂本身無(wú)極性，吸水性差，但因其在生產(chǎn)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸中，受聚乙烯粒料中炭黑助劑強(qiáng)吸水性的影響，或溫度和環(huán)境變化時(shí)的水分凝結(jié)，不管是專用料還是管材，其中都將含有一定的水分，特別是長(zhǎng)期暴露存放在潮濕環(huán)境中。對(duì)于專用聚乙烯混配料而言，水分含量會(huì)嚴(yán)重影響其加T性能，水分含量高不僅會(huì)造成擠出管材表面有凹凸不平或氣泡等外觀缺陷，或因水解作用而剝蝕，而且管壁內(nèi)也將產(chǎn)生氣泡，這些缺陷將導(dǎo)致管材提前發(fā)生脆性破壞。為保證原材料具有良好的加工性能，應(yīng)對(duì)聚乙烯混配料進(jìn)行烘干處理，烘干后的水分含量一般應(yīng)控制在200mg／kg以下，才能有效保證生產(chǎn)出的聚乙烯管材無(wú)麻點(diǎn)或氣泡。對(duì)于聚乙烯燃?xì)夤懿亩?，存放在潮濕環(huán)境中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或燃?xì)夤艿缆裼诘叵?，水分子?huì)附著在管材內(nèi)外表面及端門(mén)處，并逐漸向管材內(nèi)部滲透，從而導(dǎo)致管材水分含量過(guò)高。在進(jìn)行對(duì)接焊接時(shí)，如不經(jīng)過(guò)特殊處理，由于加熱溫度較高，管端吸收的水分汽化、揮發(fā)、氣泡破裂，將根據(jù)管材所附著水分的程度在焊口處產(chǎn)生程度不一的麻點(diǎn)或氣泡。

一般而言，因管材吸水造成的對(duì)接焊翻邊上產(chǎn)生的細(xì)小麻點(diǎn)，對(duì)接頭焊接質(zhì)量影響不大。但如果麻點(diǎn)過(guò)多過(guò)密或在焊口接縫處出現(xiàn)大量氣泡將對(duì)焊口質(zhì)量造成不利的影響，甚至影響整個(gè)運(yùn)行管線的安全。

3　不同材料管材對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)

3．1　試驗(yàn)管材

為了驗(yàn)證不同等級(jí)及有無(wú)炭黑聚乙烯燃?xì)夤懿牡奈潭?、?duì)接焊麻點(diǎn)出現(xiàn)程度及其影響大小，該試驗(yàn)分別選取了中密度聚乙烯原材料ME3440(含炭黑)、高密度聚乙烯原材料HE3490LS(含炭黑)及橙色高密度聚乙烯原材料XSl0 Orange YCF(不含炭黑)生產(chǎn)出的管材(詳見(jiàn)表1)；為保證水份充分滲透，將管材浸泡在常溫水中，浸泡時(shí)間為2年。

??????3．2　水分含量測(cè)試

試驗(yàn)儀器選用C30梅特勒卡式水分測(cè)定儀，用庫(kù)侖法進(jìn)行測(cè)試。水分含量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

測(cè)試結(jié)果表明：3種材料聚乙烯燃?xì)夤懿木哂形?，并且水分含量相差不大，均大?00mg／kg。

3．3　熱熔對(duì)接焊試驗(yàn)

選用PBF2508熱熔對(duì)接焊機(jī)，將3種管材擦拭干凈后按照焊接技術(shù)規(guī)程進(jìn)行熱熔對(duì)接焊焊接，焊口照片見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

由于內(nèi)部分子支鏈及結(jié)構(gòu)性差異，雖然水分含量較相近，但同樣的水分含量對(duì)中密度聚乙烯燃?xì)夤懿牡挠绊懸雀呙芏染垡蚁┕懿囊蠛芏唷?/p>

由上面試驗(yàn)可以明顯看出：不含炭黑的高密度橙色管材基本不受高水分含量影響，其焊口翻邊不產(chǎn)生麻點(diǎn)或稍微產(chǎn)生少量麻點(diǎn)，不影響焊口質(zhì)量；含炭黑的高密度黑色管材受高水分含量的影響也不大，焊口翻邊上的氣孔深度都很小，且不存在焊縫接口處，對(duì)焊口質(zhì)量影響不大；含碳黑的巾密度黑色管材受高水分含量影響較大，氣孔多而密集、深度大，分布與整個(gè)焊口翻邊和焊縫處，如果不采取一定措施而直接焊接使用可能會(huì)導(dǎo)致焊口失效或接頭強(qiáng)度達(dá)不到使用要求，產(chǎn)生安全隱患。

下文就如何利用熱烘法來(lái)減少M(fèi)E3440 PE80，SDR11 DN110巾密度聚乙烯燃?xì)夤懿?含炭黑)對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

4　熱烘法減少對(duì)接焊焊口麻點(diǎn)試驗(yàn)

麻點(diǎn)的形成原因是在熱熔對(duì)接連接時(shí)，加熱溫度較高，管端吸收的的水分汽化、揮發(fā)、氣泡破裂形成。要減少或消除氣孔，就必須采取一定的措施降低焊接管材端面的水分含量。該措施即要實(shí)用于施工現(xiàn)場(chǎng)，又要簡(jiǎn)便易行，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的辦法就是將待焊管材的2個(gè)端面銑屑好后置于加熱板兩邊先進(jìn)行烘烤，利用熱板的溫度將管材端面所含的水分揮發(fā)后再實(shí)施焊接。這樣方法又有兩個(gè)因素需要確定：一是管材端面離熱板的距離，因?yàn)椴煌木嚯x烘烤溫度不一樣；二是烘烤的時(shí)間，因?yàn)榫垡蚁┕懿挠幸粋€(gè)耐氧化時(shí)間的問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間在空氣中處于高溫狀態(tài)，聚乙烯材料會(huì)被氧化，焊口也會(huì)失效。

烘烤溫度要求能烘出管材端面所含水分但不能過(guò)高導(dǎo)致管材端面熔融無(wú)法焊接。水的沸騰汽化溫度是100％，聚乙烯管材的熔融溫度是190℃，ME3440，PE80，中密度聚乙烯管材的焊接溫度(加熱板的溫度)為200％～220％，管材斷面到熱板吸熱面對(duì)距離為2cm～3cm的烘烤溫度適宜。烘烤時(shí)間不能超過(guò)聚乙烯管材的氧化時(shí)間，ME3440，PE80，巾密度聚乙烯燃?xì)夤懿牡?10℃氧化誘導(dǎo)時(shí)間為40min左右，取烘烤時(shí)間為20min、30min來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，焊接中加熱板溫度為最低焊接溫度210℃，焊接效果見(jiàn)圖4、圖5。

從圖6可以看出，間距2cm熱烘30min端面后，翻邊上有一些稀疏小氣孔，焊口接縫處基本無(wú)氣泡或麻點(diǎn)，焊接質(zhì)量得到很大改善；從圖7可以看出，間距3cm熱烘30min端面，翻邊上僅見(jiàn)零星氣孔，光亮圓滑，焊口接縫處無(wú)麻點(diǎn)或氣泡，改善效果最好。

對(duì)圖6、圖7兩種熱烘法處理后的對(duì)接焊試件進(jìn)行熱熔對(duì)接焊口拉伸和80℃，165h靜液壓試驗(yàn)均通過(guò)，焊口質(zhì)量合格。

5　結(jié)論

聚乙烯燃?xì)夤懿脑诖鎯?chǔ)及使用過(guò)程中，由于環(huán)境的影響，管材吸水，在實(shí)施對(duì)接焊操作時(shí)，可能會(huì)在對(duì)接焊口處出現(xiàn)麻點(diǎn)或氣泡，對(duì)焊接質(zhì)量造成不利影響。經(jīng)試驗(yàn)表明：水分含量對(duì)PE80級(jí)中密度聚乙烯(含炭黑)影響較大，對(duì)PE100級(jí)高密度聚乙烯影響較小。本文開(kāi)展了利用熱烘法減小對(duì)接焊麻點(diǎn)的試驗(yàn)，在對(duì)接之前采用210℃熱板距管材端口2cm～3cm處熱烘30min的方式來(lái)減輕或消除麻點(diǎn)或氣泡。此方法不需要另外的助劑或設(shè)備，適用于施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)減少焊口麻點(diǎn)，保證焊口質(zhì)量的具有很好的效果。