塑料管道的发展与应用及其连接技术

1 塑料管道的发展与应用 塑料管道具有质量轻(密度约为钢管的1/7)，耐腐蚀性强，对流体的阻力小，导热率低(约为钢的1/100)，工程造价低(材料成本约为钢管的1/4，安装成本约为钢管的1/3)，施工方便且寿命长等特点。这些特点使塑料管道迅速发展并被广泛应用。 1936年，德国开始出现塑料管材。20世纪50年代以后，塑料管材获得了迅速发展，1989年在德国西部塑料管的消费量近40万吨。目前，德国的饮用水管中，采用PVC饮水管已占50%以上，总计达500万米。发达国家的煤气输送管道采用塑料管道的比例分别为: 美国100%、英国92%、法国68%、德国65%。 我国从20世纪60年代开始研制生产和应用PVC塑料管道，70年代进行了聚乙烯、聚丙烯塑料管道的开发与应用，80年代初期开始系统地研究塑料管道在市政工程和建筑工程中使用。在近20 年来，我国在塑料压力管道的开发、生产与应用方面有了很大的发展,在我国大规模铺设塑料压力管道已经是国家基础设施建设的一项重要内容。 塑料管道广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送方面得到了普遍的应用。塑料管道的应用场合，决定了其连接技术始终是一个不可忽视的问题。在塑料管道的制造和传输系统铺设过程中，管道之间的连接是影响结构完整及持久强度的重要因素。由于塑料管道输送的流体中不乏危险介质，如天然气和煤气等，结构一旦破坏后果不堪设想，因此管道的连接技术是影响塑料管道是否广泛应用的关键技术之一。 2 塑料管道的焊接技术 2.1 塑料管道的电熔焊 塑料管道的电熔焊是利用电熔管件内表面的电热丝通电加热，从而使管件的内表面及管道(或管件)的外表面熔化，由塑料焊管自身的热涨效应，使塑料管道和其连接件熔在一起，然后冷却到要求的时间，达到焊接的目的，如图1所示。电熔焊的特点是连接方便、迅速，外界因素干扰小，目前至少有10个国家的20多家公司生产这种电熔管件，管径从12mm到400mm。 影响塑料管道电熔焊质量的主要参数有：接头和管道交界面熔融塑料的温度和压力，这些参数受加热时间和加热电压或电流的影响。因此，塑料管道电熔焊中，要控制加热时间和加热电压或电流来保证温度和压力达到合适的值，从而获得合格的焊接接头。 图1 塑料管道的电熔焊示意图 2.2 塑料管道的热熔对接焊 塑料管道的热熔对接焊是采用热熔对焊机来加热管道端面，使其熔化，迅速将其贴合，保持有一定的压力，经冷却使管道连接，如图2所示。一般地，各种规格的PE管都可采取热熔对接方式连接，公称直径大于90mm的管材推荐采用热熔对接焊，该方法焊接时不需要其他附件，经济可靠，其接口在承拉和承压时都比管材本身的强度更高。热熔对接焊的过程大体上可以分为准备、加热、切换、压焊和冷却4个阶段。其中加热是热熔对接焊过程中最重要的阶段，按加热板与被焊管道或管件的接触方式可分为接触加热和辐射加热两种方式。影响热熔对接焊质量的参数主要有:加热压力、加热时间、切换时间、焊接压力和压焊时间等。 图2塑料管道的热熔对接焊示意图 2.3 塑料管道的热熔承插焊 塑料管道的热熔承插焊是利用加热工具的内环面和外环面分别对被焊塑料管道和管件相应的外环面和内环面加热，使之熔化，快速拔出加热工具，再将管材迅速插入管件，并施加一定压力，冷却后即达到焊接目的，如图3 所示。一般，热熔承插焊适用于公称直径小于125mm塑料管道的焊接。 图3 塑料管道的热熔承插焊示意图 3 塑料管道的机械连接技术 除了焊接方法，有时塑料管道或管件也采用机械连接，塑料管道系统中，经常见到塑料管道与金属管道的连接，一般需使用过渡接口；塑料管道与阀门、流量表、压力表、减压阀等器件的连接也需要使用过渡接口；同时不同材质的塑料管道间相互连接也可采用机械连接的方式。 3.1 钢塑过渡接头 钢塑过度接头是塑料管道或管件机械连接的方式之一，是可以实现钢管向塑料管过渡或塑料管向钢管过渡的专用管件，可用于燃气系统或给水系统。如图4所示，钢塑过渡接头一端为塑料管材，另一端为钢管，，对于公称直径≤63mm的塑料管道，一般采用一体式钢塑过渡接头。使用时注意，钢塑过渡接头的塑料管端与塑料管道的连接可采用热熔对接焊或电熔焊；钢塑过渡接头钢管端与金属管道的连接采用焊接；钢塑过渡接头钢管端与钢管焊接时，应采取降温措施。 3.2 钢塑法兰连接组件 钢塑法兰连接一般适用于公称直径>63mm的塑料管道，采用螺栓锁紧，密封胶垫密封，可保证连接处不泄露，如图5所示。使用时注意，塑料管道与塑料法兰的连接可采用热熔对接焊或电熔焊；钢管与金属法兰的连接采用金属焊接；金属法兰和塑料法兰活套形式连接，活套法兰片应防腐处理以提高使用寿命。 图4 钢塑过渡接头示意图图 5钢塑法兰连接组件示意图 4 塑料管道的溶剂粘接技术 溶剂粘接适用于UPVC、CPVC、ABS塑料管道的连接，在其铺设和安装中，正确的溶剂粘接是关键的步骤。溶接剂一般由高分子树脂及其溶剂按一定的比例混合而成。为适应不同管径和气候环境的粘接操作，溶接剂可分为低、中、高粘度溶接剂，其粘度值为:90-500mPa·s,500-1600mPa·s,1600mPa·s以上，一般管径越大所使用的溶接剂粘度要越高，以便于大口径管道的涂刷，其中使用“中粘型”的溶接剂对管径的适用范围较广。使用时应注意，溶剂及溶接剂大都为易燃、易挥发、刺激性物质。 如图6所示，塑料管道的溶剂粘接型承口一般为锥形承口,即承口口部直径比根部稍大。对锥度尺寸的规定是确保承口内表面与插口外表面经溶解后能溶合或粘合成一整体,且达到相应强度的必要条件。溶剂粘接过程是，将适量的溶接剂(必要时需预粘剂) 涂刷塑料管道的承、插面,使其充分溶解、软化,在承、插面湿润软化状态下,施加均和的外力令承、插面连接起来并初步固化,再经一定固化过程后达到使用强度。 图6 塑料管道的溶剂粘接示意图 采用溶剂粘接时，获得良好粘接效果的因素主要有：①粘接表面要充分溶解、软化和渗透；②涂胶层要有足够厚度填充空隙；③连接时粘接表面要处于均匀的湿润软化状态；④插口插至承口根部时要保持施力至初步固化以免滑脱；⑤足够的固化时间。 5 结语 塑料管道在燃气、供排水等领域得到了广泛应用，其连接技术保证了管网系统的安全运行。随着科学技术的发展，塑料管道的连接技术将向自动化、智能化和信息化方向发展。研究塑料管道连接技术及其基础理论将促进塑料管道在我国的推广应用，并具有重大的社会效益和经济效益。 参考文献 [1] 完颜华, 邵文忠.塑料管道及其应用.甘肃科技，2003(7):62-63 [2] 陈振耀.塑料管道的技术特性与进展.上海塑料，2002(4):9-12 [3] 潘红斌.塑料压力管道的应用及其焊接技术.太原科技，2002(4):15-17 [4] 阳代军，霍立兴，张玉凤.塑料压力管道焊接技术的发展现状.焊接技术，2003(4):3-8 [5] 顾纪清，阳代军.管道焊接技术.北京：化学工业出版社，2005：292-317 [6] 王永峰.塑料管道的溶剂粘接工艺及其控制.特种结构，2002(1):71-74