一、概述
聚烯烴（tīng）塑（sù）料管（guǎn）材包括由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP-R，PP-B）樹脂，經擠出成型獲得的（de）管材。如果將其擴（kuò）展，還可包括鋼編織增強、鋼板孔網增強、玻纖（xiān）增強等複合塑料管（guǎn）材（cái）。
當把這些管材（cái）用管路元件連接起來時（shí），則構成了管道係統。可（kě）以用來輸送（sòng）氣體或液體介質。
聚烯烴塑料管材（cái）與（yǔ）管路元件一（yī）般可以（yǐ）采用以下兩種連接形式：
● 對接（jiē）熱熔連接
● 電熔連接
電熔（róng）連接對上述管材具有普遍的適應性（xìng），它是將預埋了電阻絲的（de）電熔管（guǎn）件（jiàn）套在管材或管路元件上，然後通（tōng）以電流，電阻絲發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麵兩側的樹脂分子重新繞結，冷卻後達到連接目的。近年來,大口徑聚乙烯纏繞管也有電熔連接的應用。
電（diàn）熔連接（jiē）是電熔管件在電熔焊機的（de）支持下連接管材的一個過程。
二、電熔管件的設計
電熔管件依據其與管材的連接（jiē）型式（shì）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（guǎn）的電熔連接則將電熱（rè）絲製成（chéng）帶狀體（tǐ）,將其敷（fū）設相應（yīng）連接界麵內。
電熔連接大量地用於輸配燃氣的聚乙烯管道係統中，在這一係統中電熔管件的技（jì）術標（biāo）準亦相對（duì）最為（wéi）完善。
目前，設計製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（yòng）聚乙烯管件》
上述標準對（duì）電熔管（guǎn）件的材料（liào），幾何（hé）特性，機械、物理性能（néng）等指標和測試方（fāng）法都做出了詳細的規定。
國家標準《燃（rán）氣用（yòng）埋地聚乙烯（xī）管件》（GB15558-2）亦在（zài）修訂中，相信（xìn）隨著這些標準的修訂與完善（shàn）將（jiāng）為管件製造商提（tí）供更為完善（shàn）的技術條件，促進國內電熔管件的產（chǎn）品質量不斷提高。
除此之外,電熔管件設計的另一個重要環節是電熱（rè）絲發熱元件的設計,它往往（wǎng）決定著管件的（de）連接性能，也是衡量管件品質（zhì）的最主要指標（biāo）之一。
有多種思（sī）路設（shè）計（jì）電（diàn）熱絲發熱元（yuán）件，但遵從的原則（zé）都是一致的:
●在熔接全過程,發熱元件的溫升不（bú）能導致樹脂（zhī）降解,但能使樹脂充分（fèn）熔融。
● 盡可能選（xuǎn）擇單一的電氣參數向發熱元件（jiàn）提供能量，如選擇:恒壓（yā）源；恒流源等（děng）。
依據上述原則,問題歸結為:合理地設計和選擇電熱絲表麵積的功率負荷及熔接界麵的功（gōng）率負荷。
一個好的設計是以管件的容錯性強為表征的.而評（píng）價熔接的可（kě）靠性則可以按ISO/13954-1997《塑料（liào）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（guǎn）件-聚乙烯電熔焊組件的擠壓試驗》來進行（háng）。
另外，電熔管件設（shè）計的另一個問題是（shì）電熱絲（sī）的（de）敷設方法，其實，這既是一個工藝問題（tí）也是一個（gè）設計思想問題，有些（xiē）製造（zào）商將電熱絲裸（luǒ）繞在管件的表麵以使熱傳遞（dì）獲得最好的效果（所謂的裸露式）；另一些則將電熱絲埋伏（fú）在管件的內側（cè）以使電熱絲得到保護（所（suǒ）謂的埋敷式），各有說詞。應該說這是設計思想的爭論，而（ér）按工藝方法分類，可分為:
●一次注塑成型（xíng）
●兩次注塑（sù）成（chéng）型
●機械布（bù）線（xiàn）法（fǎ）
從（cóng）獲得製品的性能上講，一次注塑成（chéng）型是最理想的，在（zài）獲得彎頭,變
徑類管件時（shí）尤其可以（yǐ）顯示優勢。但在控製管件（jiàn）幾何尺寸上不（bú）及機械布線法容易，另外，受注塑機注塑量的限（xiàn）製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（yī）致的，隻是（shì）先（xiān）注一套繞絲的支架，再在支架上繞絲後進行注塑，可以得到（dào）“埋敷式”管件，也便於加工過程實現自動化。但（dàn）有人對兩次注塑獲得的製品存有異（yì）議。
機械布線法最大（dà）的優（yōu）勢是可以利用厚壁（bì）管（guǎn）材加工大口徑電熔管件，避開（kāi）了大型注塑機和模具的巨大投資。
目前，PE管件已在國內形成了一定的（de）投資熱點，應（yīng）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（dì）追求自動化，特別是管（guǎn）材（cái）企業投資（zī）管件生產還應考慮自身的市場（chǎng）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，所有電熔管件的製造商都為自己的管件開發了適合其自身（shēn）特（tè）點的電熔（róng）焊機。一般它具備兩（liǎng）種基本能力（lì）：
● 電壓或電流調（diào）節能（néng）力，以便在施工現場電源波動或是管件負載（zǎi）變化時能按預（yù）定的（de）電壓（電流）值向管件的電熱絲供電。
● 時間控製能力，當管件在熔接時（shí）的電（diàn）壓（電流）確定後，對管件輸入（rù）的能量問題（tí），轉化為時間控製（zhì）問題，焊機應有較高的時間（jiān）控製精度。
隨著管件應（yīng）用量的擴大，電（diàn）熔連接（jiē）過程自動化及不同品牌電熔管件與
電熔焊機的兼容性問（wèn）題被提出。
電熔連接自（zì）動化的本質問題是電熔焊（hàn）機可以自動識（shí）別給（gěi）定的（de）電熔管件所需要的焊（hàn）接參（cān）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（yīng）性（xìng）。目（mù）前有以下三種形式的自動化識別係統。
● 電阻（zǔ）識別係統
生產管件時在電熔管件的電熱絲中串入了一（yī）個電阻（這個電阻（zǔ）的阻（zǔ）值很大，以至可以忽略管件自身用於發熱的電阻阻值）。在焊接過程開始（shǐ）前，焊機首先檢測該（gāi）電阻，並按照焊機內存中預存的表格，找出與（yǔ）這個管件對應的焊接參數，並按此（cǐ）參數控製供給管件的能量。
● 自動調節係統
它是基於控製輸入能量的設計思想建立起來的一個識別係統，當給管件（jiàn）加上一定的電壓（電流），管材（cái）和管件的接（jiē）口界麵受熱膨脹，多餘的熔融樹脂從（cóng）校準井溢出。電熔焊機設在（zài）校準井處的微動開關切斷電源。這（zhè）是一個不需（xū）預先設置參數的焊接自動化係統。
● 條碼自動識別係（xì）統
在生產階（jiē）段給管件貼（tiē）上統（tǒng）一（yī）的條形碼（mǎ）做為識別的（de）標識，生產廠商（shāng）按照統一的編碼規則輸入（rù）必要的信息。
施工人員用焊機配置的光筆讀出這（zhè）些信息，輸（shū）入給焊機的控（kòng）製（zhì）係統以保證焊機向管件提供所需（xū）的最佳能量。光筆將條形碼中（zhōng）的信息輸入給焊機的（de）控製係統（tǒng），避（bì）免了出現錯誤的危險。
這種識別係統適用（yòng）於不同（tóng）品牌、不同規格（gé）電熔管件（jiàn）的自動（dòng）識別與控製，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）已經公布，該標準對電熔焊機（jī）的分類、安全性能及主要的技術條件和指標都提出了係統的要求，使電熔焊機的製造過程更加規範。
四、電熔連接的操作
電熔連接的操作過程可以分（fèn）為以下幾個步驟：
1．切割管材並標記（jì）管（guǎn）材插入管件的深度；
2．刮削管端口；
管材的端（duān）口應用（yòng）刮刀去掉表麵的舊層（刮削厚度一般為0.2mm），刮削完畢的表麵不（bú）可再被汙染（rǎn）。
3．擦拭管件
應（yīng）用潔淨的棉織物或專（zhuān）用拭紙擦拭管件的熔接（jiē）區域。
4．裝夾管件
應盡（jìn）可能使（shǐ）用專用的夾具固定要連接的（de）組件，管子的（de）不圓度不應超過管子（zǐ）外徑的1.5%,否則應在相應的（de）夾具上進行校正。
管材與管件應有（yǒu）適合的間隙（xì），一般以用微力插入為宜，（大口徑管件需用（yòng）木錘敲入），間隙（xì）過大（dà）或過小都會影響接口的質（zhì）量。
5．熔接
按照電熔焊機的（de）操作要求連接導（dǎo）線，並向焊機輸入必要的參數（當管件具有自動識別功能時，可按自（zì）動識別係統的要求操作），啟動焊機，熔接將自動（dòng）完成（chéng）。
6．冷卻
待熔接（jiē）區達（dá）到冷卻時間後方可移開焊機的（de）插（chā）頭並拆除夾具。
五、影響電熔連接接口質（zhì）量的幾個因素
1．電（diàn）源波動對接口質量的影響
對於給定的一（yī）個電熔管（guǎn）件，其內部預埋的電阻絲（sī）的阻（zǔ）值是一定（dìng）的（de），此時，電阻發熱消耗的功率隻與焊機提供的電壓（電流）有關。
焊機提供的電壓（電流）值必須（xū）有一個上限，超出了這個上限，電熱絲表麵的熱負荷過大會使其周圍的樹脂（zhī）過熱分解。當然，電壓值（zhí）也必須有一個下限，低於這（zhè）個下限，電熱絲將無法充分地發熱，熔接界（jiè）麵的樹（shù）脂無法充分地（dì）繞結。
從（cóng）這種意義上講，一個電熔焊機相當於一個穩壓（穩流）源，它必須具備（bèi）在電源（yuán）電壓波（bō）動很大的情況下，保持向電熔管件提供的電壓（電流）不超過允許的波動範圍。這一指標是焊機的最主要指標之（zhī）一。因為實際施工現場，供電電源的電壓波動（dòng）往往（wǎng）很（hěn）大。當然，同種管件（jiàn）間其內部電熱絲的電阻值也會存在一些差別，即（jí）使供電電壓（電（diàn）流）一樣，也會造成一定的（de）功（gōng）率波動。
2．熔接（jiē）時間對接口質量（liàng）的影響
在熱傳遞條件相同時，每種（zhǒng）規（guī）格的管件在熔接時（shí）所消（xiāo）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，熔接時間必須控製在一個合理的區間內。
當加熱時間不足一個最短的熔接時間，即消耗的能量處（chù）在一（yī）個下限時，接口界（jiè）麵的分子無法充分繞結，機械強（qiáng）度和氣密性都無法達到可靠連接的目的。
當加熱時間超（chāo）過（guò）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生煙霧。使接口質量（liàng）下降。
3．環境溫度對（duì）熔接質量的影響
如果熔（róng）接過程的環境溫度不同，則意味著管件在熔接加熱過程的熱傳導條件發生了變化，會引起（qǐ）熔接時所需總能量的變化，同樣表現在熔接時間發生變化，實際測（cè）試表明：當環境溫（wēn）度在–5～+40℃範圍變化時，熔接時間的修正值大約在0.5～1% ℃（電熔管件給（gěi）出的熔接時間參數（shù），一般都是（shì）以環境溫度20℃時為標準給出的）。
4．不良操作對焊接質量（liàng）的影響
所謂不良操作，一般指（zhǐ）兩方（fāng）麵的內容，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（jiàn）時不符合規範要（yào）求；二是指對焊機（jī）輸入熔接參數時發生了錯（cuò）誤，這些都會對接（jiē）口質（zhì）量造成不（bú）良影（yǐng）響或使熔接失敗。
采用條形碼或磁卡的輸（shū）入方式可有效地避免輸（shū）入參數時造成的（de）誤（wù）操作（zuò），但焊機一般無法判斷（duàn）裝卡管材時出現的錯（cuò）誤。
特別需要指出的（de）是，刮削管材端口是十分重要和必要的。尤其是存儲期較（jiào）長的管材，刮削更顯得重要，否則會大大增加不良接（jiē）口的比（bǐ）率（lǜ），甚至造成百分（fèn）之百的熔接失敗。
六、可（kě）焊性的判別
當管材和管件來自不同的供（gòng）應（yīng）商時，其可焊性的判（pàn）別是必須的，除非得（dé）到（dào）了兩個（gè）供應（yīng）商的認（rèn）可。這在目前（qián）的市場狀況下是十分重要的，因（yīn）為很多管子材料品質的差別實在太大。
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（bèi）的施（shī）工現場，亦可以采用一個簡單的方法（fǎ），粗略判斷管材和管件的可焊性（xìng）及焊（hàn）接的可（kě）靠性：
取一個熔焊完成的管件，沿管件的軸線方向鋸下（xià）一條10～15mm樣條（tiáo），用兩隻手鉗剝離兩側疊在一起的樣條。當二側的樣（yàng）條受拉變形被伸長，而熔（róng）接的界（jiè）麵沒有被破壞（huài）時，一般可以認為管材與（yǔ）管件具備可（kě）靠性，而且焊接是可靠的。反之，應查找焊接失敗的（de）原因。
七、自動調節焊接電熔管件
自動調節焊接電熔（róng）管（guǎn）件，我們也常把它（tā）簡稱為自（zì）動調節管件。其原理是利用焊接過程中材料熔融產生的壓力驅動焊（hàn）機（jī）插頭上設置的微動開關來控製（zhì）焊接的過程（chéng）。
自動調節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（xiǎng）焊接質量的因素有：
1．電源波動造成的（de）能量輸入（rù）偏差；
2．焊接參數輸入錯誤造成的錯（cuò）誤焊接；
3．管件自（zì）身電阻偏差造成的能量輸入偏差；
4．環境溫度的影響；
5．管材嵌入不當，主（zhǔ）要指（zhǐ）嵌入的間隙及兩段管材不同軸時產生（shēng）的外（wài）力幹擾。
上述五種因素對焊接質量的影響程度依次增（zēng）大。在以往的概念中人（rén）們一（yī）般把注意力（lì）放在提升焊機的（de）功能上，最典範的例子是條形碼係統用於焊接係統中，它有效地（dì）避免了手動輸入熔接參數時可能產生的錯誤，也（yě）可以拒絕管件自身電阻值超差時對管（guǎn）件進行焊接。但無論怎樣以往的焊接方式都有一個共（gòng）同弱點：無法對一個多變量係統給出一個綜合的控製量。尤其無法修正嵌入間隙對焊接質量的影響，其實這是對焊接質量影響最大的一個因素（sù）。再如，具有條形碼輸入功能的焊機，可以使焊機讀出條形碼係統中焊接過程對環境溫度的補（bǔ）償量，但焊機實際測得的環境（jìng）溫度，往往（wǎng）並不是焊接時管材或管件的（de）表麵的溫度，因此，這（zhè）種補償（cháng）實（shí）際隻能是近（jìn）似的。
自動調節管件控製（zhì）焊接過程的基本思想則完全（quán）不（bú）同於以往的思想，其關注的是（shì）電熔焊接進程的效果，是綜合（hé）了各種影響因素的綜合效應來確定（dìng）焊接的終止時刻。因此，它具有更高的可靠性。
正是由於上述特點，自動調節管件的設計思想也有一定的特點，如焊接區表麵積（jī）的功率負（fù）荷一般要設計得（dé）小一些等等。
自動調（diào）節焊接管件與支持這（zhè）種管件的電熔焊接機具構成（chéng）了一個電（diàn）熔管件的自動焊接係統，它具有如下顯（xiǎn）著的特點：
● 焊接程序自動化;
● 焊接時間由操（cāo）作現（xiàn）場的綜合參數確（què）定，無需預（yù）先確定;
● 可避免重疊焊接;
● 可有效地發現（xiàn）管材嵌入不當的情況。
與條碼（mǎ）技術相結（jié）合，自動調（diào）節（jiē）焊（hàn）接電熔管（guǎn）件將成（chéng）為一種最優秀的自動化焊接係統。
