一、概述
聚烯烴塑料管材包括由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP-R，PP-B）樹脂，經(jīng)擠出成型獲得的管材。如果將其擴展，還可包括鋼編織增強、鋼板孔網(wǎng)增強、玻纖增強等復合塑料管材。
當把這些管材用管路元件連接起來時，則構成了管道系統(tǒng)。可以用來輸送氣體或液體介質(zhì)。
聚烯烴塑料管材與管路元件一般可以采用以下兩種連接形式：
● 對接熱熔連接
● 電熔連接
電熔連接對上述管材具有普遍的適應性，它是將預埋了電阻絲的電熔管件套在管材或管路元件上，然后通以電流，電阻絲發(fā)熱使管材與管件上的連接部位熔融，在樹脂熔脹壓力的作用下連接界面兩側的樹脂分子重新繞結，冷卻后達到連接目的。近年來,大口徑聚乙烯纏繞管也有電熔連接的應用。
電熔連接是電熔管件在電熔焊機的支持下連接管材的一個過程。
二、電熔管件的設計
電熔管件依據(jù)其與管材的連接型式可以分為: 電熔套筒、三通、變徑、鞍型三通、鋼塑過渡。大口徑PE纏繞管的電熔連接則將電熱絲制成帶狀體,將其敷設相應連接界面內(nèi)。
電熔連接大量地用于輸配燃氣的聚乙烯管道系統(tǒng)中，在這一系統(tǒng)中電熔管件的技術標準亦相對最為完善。
目前，設計制造電熔管件有二個標準可以遵從：
1、GB15558.2《燃氣用埋地聚乙烯管件》
2、ISO/8085-2000《燃氣用聚乙烯管件》
上述標準對電熔管件的材料，幾何特性，機械、物理性能等指標和測試方法都做出了詳細的規(guī)定。
國家標準《燃氣用埋地聚乙烯管件》（GB15558-2）亦在修訂中，相信隨著這些標準的修訂與完善將為管件制造商提供更為完善的技術條件，促進國內(nèi)電熔管件的產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。
除此之外,電熔管件設計的另一個重要環(huán)節(jié)是電熱絲發(fā)熱元件的設計,它往往決定著管件的連接性能，也是衡量管件品質(zhì)的最主要指標之一。
有多種思路設計電熱絲發(fā)熱元件，但遵從的原則都是一致的:
●在熔接全過程,發(fā)熱元件的溫升不能導致樹脂降解,但能使樹脂充分熔融。
● 盡可能選擇單一的電氣參數(shù)向發(fā)熱元件提供能量，如選擇:恒壓源；恒流源等。
依據(jù)上述原則,問題歸結為:合理地設計和選擇電熱絲表面積的功率負荷及熔接界面的功率負荷。
一個好的設計是以管件的容錯性強為表征的.而評價熔接的可靠性則可以按ISO/13954-1997《塑料管材管件-聚乙烯電熔焊組件的剝離試驗》； ISO/13955-1997《塑料管材管件-聚乙烯電熔焊組件的擠壓試驗》來進行。
另外，電熔管件設計的另一個問題是電熱絲的敷設方法，其實，這既是一個工藝問題也是一個設計思想問題，有些制造商將電熱絲裸繞在管件的表面以使熱傳遞獲得最好的效果（所謂的裸露式）；另一些則將電熱絲埋伏在管件的內(nèi)側以使電熱絲得到保護（所謂的埋敷式），各有說詞。應該說這是設計思想的爭論，而按工藝方法分類，可分為:
●一次注塑成型
●兩次注塑成型
●機械布線法
從獲得制品的性能上講，一次注塑成型是最理想的，在獲得彎頭,變
徑類管件時尤其可以顯示優(yōu)勢。但在控制管件幾何尺寸上不及機械布線法容易，另外，受注塑機注塑量的限制難以獲得大口徑管件。
兩次注塑成型法與一次注塑成型法基本上是一致的，只是先注一套繞絲的支架，再在支架上繞絲后進行注塑，可以得到“埋敷式”管件，也便于加工過程實現(xiàn)自動化。但有人對兩次注塑獲得的制品存有異議。
機械布線法最大的優(yōu)勢是可以利用厚壁管材加工大口徑電熔管件，避開了大型注塑機和模具的巨大投資。
目前，PE管件已在國內(nèi)形成了一定的投資熱點，應審慎地確定設計思想和工藝方案，防止低水平建設；也要防止不切實際地追求自動化，特別是管材企業(yè)投資管件生產(chǎn)還應考慮自身的市場容量對投資效益的影響。
三、電熔焊機
在電熔管件的應用早期，所有電熔管件的制造商都為自己的管件開發(fā)了適合其自身特點的電熔焊機。一般它具備兩種基本能力：
● 電壓或電流調(diào)節(jié)能力，以便在施工現(xiàn)場電源波動或是管件負載變化時能按預定的電壓（電流）值向管件的電熱絲供電。
● 時間控制能力，當管件在熔接時的電壓（電流）確定后，對管件輸入的能量問題，轉化為時間控制問題，焊機應有較高的時間控制精度。
隨著管件應用量的擴大，電熔連接過程自動化及不同品牌電熔管件與
電熔焊機的兼容性問題被提出。
電熔連接自動化的本質(zhì)問題是電熔焊機可以自動識別給定的電熔管件所需要的焊接參數(shù)。而兼容問題則要求電熔焊機對不同的電熔管件具有普遍的適應性。目前有以下三種形式的自動化識別系統(tǒng)。
● 電阻識別系統(tǒng)
生產(chǎn)管件時在電熔管件的電熱絲中串入了一個電阻（這個電阻的阻值很大，以至可以忽略管件自身用于發(fā)熱的電阻阻值）。在焊接過程開始前，焊機首先檢測該電阻，并按照焊機內(nèi)存中預存的表格，找出與這個管件對應的焊接參數(shù)，并按此參數(shù)控制供給管件的能量。
● 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)
它是基于控制輸入能量的設計思想建立起來的一個識別系統(tǒng)，當給管件加上一定的電壓（電流），管材和管件的接口界面受熱膨脹，多余的熔融樹脂從校準井溢出。電熔焊機設在校準井處的微動開關切斷電源。這是一個不需預先設置參數(shù)的焊接自動化系統(tǒng)。
● 條碼自動識別系統(tǒng)
在生產(chǎn)階段給管件貼上統(tǒng)一的條形碼做為識別的標識，生產(chǎn)廠商按照統(tǒng)一的編碼規(guī)則輸入必要的信息。
施工人員用焊機配置的光筆讀出這些信息，輸入給焊機的控制系統(tǒng)以保證焊機向管件提供所需的最佳能量。光筆將條形碼中的信息輸入給焊機的控制系統(tǒng)，避免了出現(xiàn)錯誤的危險。
這種識別系統(tǒng)適用于不同品牌、不同規(guī)格電熔管件的自動識別與控制，愈來愈受到用戶的認同。
目前，電熔焊機的國際標準（ISO/12176.2-1998）已經(jīng)公布，該標準對電熔焊機的分類、安全性能及主要的技術條件和指標都提出了系統(tǒng)的要求，使電熔焊機的制造過程更加規(guī)范。
四、電熔連接的操作
電熔連接的操作過程可以分為以下幾個步驟：
1．切割管材并標記管材插入管件的深度；
2．刮削管端口；
管材的端口應用刮刀去掉表面的舊層（刮削厚度一般為0.2mm），刮削完畢的表面不可再被污染。
3．擦拭管件
應用潔凈的棉織物或?qū)Ｓ檬眉埐潦霉芗娜劢訁^(qū)域。
4．裝夾管件
應盡可能使用專用的夾具固定要連接的組件，管子的不圓度不應超過管子外徑的1.5%,否則應在相應的夾具上進行校正。
管材與管件應有適合的間隙，一般以用微力插入為宜，（大口徑管件需用木錘敲入），間隙過大或過小都會影響接口的質(zhì)量。
5．熔接
按照電熔焊機的操作要求連接導線，并向焊機輸入必要的參數(shù)（當管件具有自動識別功能時，可按自動識別系統(tǒng)的要求操作），啟動焊機，熔接將自動完成。
6．冷卻
待熔接區(qū)達到冷卻時間后方可移開焊機的插頭并拆除夾具。
五、影響電熔連接接口質(zhì)量的幾個因素
1．電源波動對接口質(zhì)量的影響
對于給定的一個電熔管件，其內(nèi)部預埋的電阻絲的阻值是一定的，此時，電阻發(fā)熱消耗的功率只與焊機提供的電壓（電流）有關。
焊機提供的電壓（電流）值必須有一個上限，超出了這個上限，電熱絲表面的熱負荷過大會使其周圍的樹脂過熱分解。當然，電壓值也必須有一個下限，低于這個下限，電熱絲將無法充分地發(fā)熱，熔接界面的樹脂無法充分地繞結。
從這種意義上講，一個電熔焊機相當于一個穩(wěn)壓（穩(wěn)流）源，它必須具備在電源電壓波動很大的情況下，保持向電熔管件提供的電壓（電流）不超過允許的波動范圍。這一指標是焊機的最主要指標之一。因為實際施工現(xiàn)場，供電電源的電壓波動往往很大。當然，同種管件間其內(nèi)部電熱絲的電阻值也會存在一些差別，即使供電電壓（電流）一樣，也會造成一定的功率波動。
2．熔接時間對接口質(zhì)量的影響
在熱傳遞條件相同時，每種規(guī)格的管件在熔接時所消耗的能量應當是相同的，如果加熱能量恒定，消耗能量的大小僅與時間有關，實踐表明，熔接時間必須控制在一個合理的區(qū)間內(nèi)。
當加熱時間不足一個最短的熔接時間，即消耗的能量處在一個下限時，接口界面的分子無法充分繞結，機械強度和氣密性都無法達到可靠連接的目的。
當加熱時間超過最長時間時，即：消耗的能量過多，可能會造成大量的熔融樹脂溢出觀察孔，熱量積累過多，同樣也會造成樹脂分解產(chǎn)生煙霧。使接口質(zhì)量下降。
3．環(huán)境溫度對熔接質(zhì)量的影響
如果熔接過程的環(huán)境溫度不同，則意味著管件在熔接加熱過程的熱傳導條件發(fā)生了變化，會引起熔接時所需總能量的變化，同樣表現(xiàn)在熔接時間發(fā)生變化，實際測試表明：當環(huán)境溫度在–5～+40℃范圍變化時，熔接時間的修正值大約在0.5～1% ℃（電熔管件給出的熔接時間參數(shù)，一般都是以環(huán)境溫度20℃時為標準給出的）。
4．不良操作對焊接質(zhì)量的影響
所謂不良操作，一般指兩方面的內(nèi)容，一是指熔接時裝卡、定位管材與管件及在管材的刮削、擦拭管件時不符合規(guī)范要求；二是指對焊機輸入熔接參數(shù)時發(fā)生了錯誤，這些都會對接口質(zhì)量造成不良影響或使熔接失敗。
采用條形碼或磁卡的輸入方式可有效地避免輸入?yún)?shù)時造成的誤操作，但焊機一般無法判斷裝卡管材時出現(xiàn)的錯誤。
特別需要指出的是，刮削管材端口是十分重要和必要的。尤其是存儲期較長的管材，刮削更顯得重要，否則會大大增加不良接口的比率，甚至造成百分之百的熔接失敗。
六、可焊性的判別
當管材和管件來自不同的供應商時，其可焊性的判別是必須的，除非得到了兩個供應商的認可。這在目前的市場狀況下是十分重要的，因為很多管子材料品質(zhì)的差別實在太大。
可焊性的判別一般要在實驗室中通過剝離實驗的方法判別。在沒有實驗設備的施工現(xiàn)場，亦可以采用一個簡單的方法，粗略判斷管材和管件的可焊性及焊接的可靠性：
取一個熔焊完成的管件，沿管件的軸線方向鋸下一條10～15mm樣條，用兩只手鉗剝離兩側疊在一起的樣條。當二側的樣條受拉變形被伸長，而熔接的界面沒有被破壞時，一般可以認為管材與管件具備可靠性，而且焊接是可靠的。反之，應查找焊接失敗的原因。
七、自動調(diào)節(jié)焊接電熔管件
自動調(diào)節(jié)焊接電熔管件，我們也常把它簡稱為自動調(diào)節(jié)管件。其原理是利用焊接過程中材料熔融產(chǎn)生的壓力驅(qū)動焊機插頭上設置的微動開關來控制焊接的過程。
自動調(diào)節(jié)管件為電熔焊接提供了一個近乎理想的焊接概念。
在電熔焊接的過程中，影響焊接質(zhì)量的因素有：
1．電源波動造成的能量輸入偏差；
2．焊接參數(shù)輸入錯誤造成的錯誤焊接；
3．管件自身電阻偏差造成的能量輸入偏差；
4．環(huán)境溫度的影響；
5．管材嵌入不當，主要指嵌入的間隙及兩段管材不同軸時產(chǎn)生的外力干擾。
上述五種因素對焊接質(zhì)量的影響程度依次增大。在以往的概念中人們一般把注意力放在提升焊機的功能上，最典范的例子是條形碼系統(tǒng)用于焊接系統(tǒng)中，它有效地避免了手動輸入熔接參數(shù)時可能產(chǎn)生的錯誤，也可以拒絕管件自身電阻值超差時對管件進行焊接。但無論怎樣以往的焊接方式都有一個共同弱點：無法對一個多變量系統(tǒng)給出一個綜合的控制量。尤其無法修正嵌入間隙對焊接質(zhì)量的影響，其實這是對焊接質(zhì)量影響最大的一個因素。再如，具有條形碼輸入功能的焊機，可以使焊機讀出條形碼系統(tǒng)中焊接過程對環(huán)境溫度的補償量，但焊機實際測得的環(huán)境溫度，往往并不是焊接時管材或管件的表面的溫度，因此，這種補償實際只能是近似的。
自動調(diào)節(jié)管件控制焊接過程的基本思想則完全不同于以往的思想，其關注的是電熔焊接進程的效果，是綜合了各種影響因素的綜合效應來確定焊接的終止時刻。因此，它具有更高的可靠性。
正是由于上述特點，自動調(diào)節(jié)管件的設計思想也有一定的特點，如焊接區(qū)表面積的功率負荷一般要設計得小一些等等。
自動調(diào)節(jié)焊接管件與支持這種管件的電熔焊接機具構成了一個電熔管件的自動焊接系統(tǒng)，它具有如下顯著的特點：
● 焊接程序自動化;
● 焊接時間由操作現(xiàn)場的綜合參數(shù)確定，無需預先確定;
● 可避免重疊焊接;
● 可有效地發(fā)現(xiàn)管材嵌入不當?shù)那闆r。
與條碼技術相結合，自動調(diào)節(jié)焊接電熔管件將成為一種最優(yōu)秀的自動化焊接系統(tǒng)。
