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PE80焊制管件的承压性能试验分析
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摘要：根据相关标准、国内外企业和行业协会的相关资料，对焊制管件的焊制原理进行了介绍；同时对热熔焊制管件的承压性能进行了试验分析和说明。（参考《建筑中文网》）
关键词：聚乙烯 焊制管件 近年来国家大力推广化学建材，聚乙烯作为一种工程树脂得到了最广泛的应用，特别是聚乙烯压力管材随着化学树脂合成技术更深入的研究和提高，日益表现出优良的物理力学性能和巨大的社会经济价值，被广泛用于市政给排水、燃气管道、农业灌溉等领域。热熔焊制管件作为聚乙烯压力给水管道一种主要连接形式的管件被大量采用，在应用过程中，人们不断地对其工艺控制和应用方法进行探索和研究，积累了大量的经验和数据。在这里我们通过相关资料和试验数据对焊制管件承压性能进行某种探讨。
一、热熔连接原理
聚乙烯是一种具有半结晶的热塑性高分子聚合物，具非极性的长链分子结构，分子之间相互缠绕和贯穿，具有非常典型的玻璃态、高弹态、粘流态三个物态区间。热熔焊制连接充分运用扩散原理，在晶体的融熔温度附近，聚乙烯分子吸收足够的能量，导致其剧烈运动，在外力的作用下，熔融界面的分子相互渗透和缠绕，进行分子链的物理重组和再结晶。因此，对于热熔焊制连接过程而言，加热温度、焊制压力、冷却和加热时间决定了焊缝品质的高低。
二、试验目的
整个管道系统中，在工作压力下，其安全性是由系统内压力等级最低的部件决定的。焊制是PE管件制造的主要方法，PE焊制管件如三通、弯头等，存在多处的转折处，承受的应力较高，可能成为管道系统的薄弱环节，所以必须对焊接管件进行静液压强度的对比试验，以确定在同等压力等级下，同级别管材和焊制管件能否同时使用，或在使用中考虑是否对管件进行压力折减。试验的目的是验证PE焊制管件的耐压等级有所下降，通过数据说明下降了多少。
三、试验材料
试验材料采用PE80的焊制管件和管材；外径：φ110；压力等级：PN1.0MPa和PN0.8MPa；品种：管材、90°弯头和等径三通；数量：每个品种每个压力等级各取3个试样。
四、试验方法
严格按国家标准：GB/T6111-2003《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》进行静液压试验；根据PE80的长期静液压强度性能曲线，确定1小时的聚乙烯管材专用料的环向应力值取13MPa；压力等级为PN1.0MPa的管材和管件1小时试验压力暂定为：2.00MPa；压力等级为PN0.8MPa的管材和管件1小时试验压力暂定为：1.60MPa；若在试验过程中发生破裂渗漏现象，应重新取样；试验压力下降一个等级（原值除1.25倍）再次进行静液压试验，以此类推，直到试验合格通过。
五、试验结果和试验样品图片
注：在试验时除按照上面的试验方法进行外，还将压力等级提高一个级别进行了破坏性试验。压力等级SDR17口径dn110规格三通试样编号123试验结果静液压强度1.6MPa，保压23分钟试样破裂静液压强度1.28MPa，保压22分钟试样破裂静液压强度1.00MPa，保压60分钟试样无破裂试样图片试样编号45试验结果静液压强度1.00MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.00MPa，保压60分钟试样无破裂压力等级SDR17口径dn110规格90°弯头试样编号123试验结果静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂（试样鼓胀明显）静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂（试样鼓胀明显）静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂（试样鼓胀明显）压力等级SDR17口径dn110规格管材 试样编号123试验结果静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂注：SDR17三通在2.0MPa的静液压强度下加压过程中破裂；SDR17 90°弯头管材在2.0MPa的静液压下保压19分钟破裂；SDR17管材在2.0MPa的静液压下保压45分钟破裂。
压力等级SDR13.6口径dn110规格三通 试样编号123试验结果静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂压力等级SDR13.6口径dn110规格90°弯头，试样编号123试验结果静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂压力等级SDR13.6口径dn110规格管材 试样编号123试验结果静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂静液压强度1.60MPa，保压60分钟试样无破裂注：SDR13.6三通在2.0MPa静液压强度下保压22分钟破裂；SDR13.6 90°弯头在2.0MPa的静液压下无破裂继续加压至2.80MPa破裂；SDR13.6管材在2.54MPa静液压强度下保压52分钟破裂。
六、试验结果分析
根据试验结果，PE80焊制管件的压力等级较同级别的管材要低，对于焊制等径三通而言更是如此。试验结果表明，PE80焊制90°弯头的短期耐压能力与同级别管材相比并无明显区别；而PE80焊制三通较同级别管材相比，其短期耐压能力则有较大下降。
试验分析：同级别的90°弯头与管材的短期承压能力大体上是一致的，从试验表面现象上看：管材的短期耐压能力略高于同级别的90°弯头。从90°弯头的结构特点上分析弯头的整体应力载荷不是均匀的，这说明对于90°弯头承压能力分析应从在进行较为全面的受力分析以后才能进行判定。焊制三通的受力情况更复杂一些。通过观察发现破坏处均发生在焊制接缝处。焊制三通的接缝较多，而且存在两处焊缝较叉的情况，破坏正是在交叉处发生的。这说明PE80焊制三通的耐压能力与焊缝较叉处的焊接品质有较大关系。现场观察发现，SDR17的焊制三通（dn110）在1小时静液压压力为1.28MPa的情况下，三个试样中有一个发生渗漏，两个没有被破坏，但是没有被破坏的管件发生了较大的变形，其外形严重鼓胀。
而试验结果表明，SDR17、dn110的管材仅能通过试验压力1.60MPa的1小时静液压试验，三通则需要将静液压强度降至1.0MPa才通过试验。焊缝交叉处的工艺过程是熔融结晶（三次结晶）的过程，这个过程对焊制管件的品质产生多大的影响，长期量化的数据还需进一步研究。
通过对PE80焊制管件生产过程的工艺分析可以得知，在焊制生产过程中，加热温度、加热时间、熔接压力、冷却时间的控制以及操作工人的技术水平是影响管件质量的重要因素，任何一个因素发生变化都会影响熔接界面的晶区结构的形成，从而影响焊接接头的质量。另外生产环境也有一定的影响，如室内温度、是否有风等等。以上均说明，PE80焊制管件生产过程控制对产品的品质有较大影响。
另外我们在做PE80的管材和管件液压破坏试验时发现：一部分破坏点出现在蓝色标线处（脆性破坏），另一部分出现在管材的其他位置（韧性破坏），不难看出蓝色标线处是管材的耐压能力相对薄弱处。
七、结论
根据相关文献介绍，美国Northern Specialty公司生产的焊制三通和异径三通的压力等级降低25%，而45°、60°、67.5°、90°弯头的使用压力需下降10%.澳大利亚塑料工业管道协会对于PE焊制管件的压力折减的要求最低达到40%，即只能按照60%取耐压等级。
1、经过对试验结果的分析比较，认为在实际工程应用中90°弯头的耐压等级应较同级别的管材低一个耐压等级使用，而等径三通则应降两个耐压等级使用。
2、应对PE焊制管件的生产过程进行严格控制；制定合理的工艺参数，操作人员需严格进行培训，确保产品质量。
3、推动焊制管件相关标准的制定，设定可靠的管件使用安全系数。
4、在具体工程应用时，应采取有效措施对焊缝处进行包缚增强或浇筑混凝土加强。
附录：聚乙烯热熔焊制管件的相关标准：
1、管件产品及品质判定标准：ISO/DIS 8085-2.3-2001、PrEN 12201-1998、PrEN 1555-1998.
2、关于聚乙烯管材热熔连接的密闭性、可熔焊性及焊口拉伸强度测试标准：ISO 3458-1976、ISO 3503-1976、ISO 11414-1996、ISO/TR 11647-1996、ISO 1393-2001.
关于聚乙烯压力管道系统的设计、安装和配套设备的标准：ISO/TS 10839-2000、ISO 12176-1-1998.
来源: 《建筑中文网》.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200708/7287.htm
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