怎樣選擇聚乙烯管道系統(tǒng)電熔焊機(jī)設(shè)備

一、序言

      近年來，塑料管道在燃?xì)夂徒o水領(lǐng)域得到了赿來赿多的應(yīng)用。塑料管道從原料上主要分為PVC、PE和PP－R管道三大類。其中PE管道系統(tǒng)以其強(qiáng)度大、剛度高、經(jīng)久耐用、復(fù)合能力和抗斷裂能力強(qiáng)、易于生產(chǎn)和安裝、成本低等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了市場(chǎng)相當(dāng)大的分額，并且還處于上升期。特別因?yàn)槟透g、柔韌性、連接可靠等突出的優(yōu)點(diǎn)，在燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)（壓力在1.0MPa以下，不是長途高壓輸氣的主干管線）領(lǐng)域，世界各國都已經(jīng)公認(rèn)采用PE管道系統(tǒng)是最佳選擇。加之，因其無毒性、內(nèi)壁光滑阻力小、使用壽命長、重量輕、安裝勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工費(fèi)用少、抗震性能強(qiáng)、材質(zhì)柔韌性好等特點(diǎn)，PE管道系統(tǒng)也越來越受到供水企業(yè)、市政建設(shè)的歡迎與親睞，使其具有了良好的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
  二、選擇高性能電熔焊機(jī)的必要性
      隨著PE管道系統(tǒng)在燃?xì)夂徒o水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，PE管道的連接成為了一個(gè)不可避免的課題。
      一方面由于燃?xì)饧敖o水用PE管道屬于壓力管道，管道接頭的焊接質(zhì)量在管道系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，為了減少人為因素對(duì)管道焊接質(zhì)量的影響，提高焊接設(shè)備的可靠性就成了改善焊接質(zhì)量的主要途徑。因此，焊接設(shè)備的自動(dòng)化程度、焊接的穩(wěn)定性是管件廠家及施工單位選擇高性能焊機(jī)的主要指標(biāo)。 
      另一方面由于管道焊接多數(shù)是野外施工，施工環(huán)境惡劣，電網(wǎng)波動(dòng)較大，這些都將對(duì)管道焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，這就要求焊接設(shè)備要具備寬電源功能，能夠適應(yīng)不同的電網(wǎng)電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，并具有較輕的重量，便于野外搬運(yùn)。
      目前比較成熟的PE管焊接技術(shù)包括熱熔焊接和電熔焊接。其中屬于電熔焊接的電熔管件熔融焊接，由于便于搬運(yùn)，操作簡(jiǎn)單，焊接速度快，人為因素對(duì)焊接效果影響小，能有效提高焊口安全性等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中已得到了大力發(fā)展和推廣。
      因此，從以上情況分析可以得知，PE管道的快速發(fā)展必將使焊接設(shè)備也得到較快的增長與發(fā)展，電熔焊機(jī)在其中必將扮演一個(gè)非常重要的角色。
  三、電熔焊機(jī)發(fā)展情況分析
      1、 電熔焊機(jī)發(fā)展的國內(nèi)國際現(xiàn)狀
      電熔焊機(jī)的焊接領(lǐng)域主要集中于PE管道行業(yè)，進(jìn)入電熔焊機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域的企業(yè)大多數(shù)是PE管道生產(chǎn)企業(yè)或者熱板焊機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，專業(yè)的電力電子企業(yè)較少涉足該領(lǐng)域。由于電熔焊機(jī)能量控制技術(shù)屬于變流技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)門檻相對(duì)較高，許多企業(yè)的非專業(yè)制造導(dǎo)致現(xiàn)階段國產(chǎn)電熔焊機(jī)可靠性較差、穩(wěn)壓精度低，不能適應(yīng)大范圍的電壓波動(dòng)。因此PE管道的焊接質(zhì)量也就無法得到可靠保證。
      現(xiàn)階段國內(nèi)PE管道生產(chǎn)及施工企業(yè)采用的電熔焊機(jī)多數(shù)是一些國外品牌，進(jìn)口焊機(jī)相對(duì)國產(chǎn)焊機(jī)在焊接的穩(wěn)定性及自動(dòng)化程度上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)能力較差(AC220V±15%)。由于我國電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后，在野外施工時(shí)電網(wǎng)電壓(包括便攜式發(fā)電機(jī)供電)波動(dòng)經(jīng)常達(dá)AC220V±20%，通常情況下電熔焊機(jī)在焊接管道時(shí)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓超范圍后將會(huì)報(bào)警停機(jī)。由于塑料管件均是一次性焊接，如果中途停機(jī)將會(huì)使管件報(bào)廢，從而給施工單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。
      隨著PE管材生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電熔焊機(jī)也提出了更高的技術(shù)要求：如多段焊接、大功率焊接等。現(xiàn)階段大多數(shù)進(jìn)口電熔焊機(jī)功率均為3.5kW，且不具備多段可編程焊接功能。而國內(nèi)部份焊機(jī)企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了多階段可編程焊接功能和大功率焊機(jī)，如四川英杰電氣有限公司開發(fā)的IEFD電熔焊機(jī)就具有10階段可編程焊接功能，并有3.5kW、8kW、12kW三種不同的規(guī)格，滿足了不同口徑管件的焊接要求。
      2、 電熔焊機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)起草情況簡(jiǎn)介
      為了規(guī)范國內(nèi)的焊機(jī)市場(chǎng)，全國塑料制品標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(SCA/TC48)塑料管材管件及閥門分技術(shù)委員會(huì)(TC48/SC3) 于2004年4月啟動(dòng)了電熔焊機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料管材和管件聚乙烯系統(tǒng)融熔連接設(shè)備 第二部份：電熔連接》的制定工作，參與該標(biāo)準(zhǔn)起草的單位分別是西安塑龍熔接設(shè)備有限公司、亞大塑料制品有限公司、四川英杰電氣有限公司、港華輝信工程塑料(中山)有限公司，其中四川英杰電氣有限公司是唯一自主研發(fā)、生產(chǎn)、銷售電熔焊機(jī)的內(nèi)資企業(yè)。
      國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料管材和管件 聚乙烯系統(tǒng)融熔連接設(shè)備 第二部份：電熔連接》從我國國情出發(fā)，并參照ISO12176-2國際標(biāo)準(zhǔn)，從啟動(dòng)起草工作至標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿的完成，共經(jīng)過了西安、大連、北京、無錫、杭州、都江堰六次會(huì)議，參會(huì)單位在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，根據(jù)電熔焊機(jī)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了許多建設(shè)性意見，為標(biāo)準(zhǔn)的順利制定作出了積極努力。
      電熔焊機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定必將對(duì)國內(nèi)電熔焊機(jī)市場(chǎng)的規(guī)范起到重要作用，同時(shí)為管材和管件的連接質(zhì)量提供更高的質(zhì)量保證。
  四、怎樣選擇電熔焊機(jī)
      1、 電熔焊機(jī)的分類
      現(xiàn)在市場(chǎng)上的電熔焊機(jī)主要有三種類型：變壓器抽頭調(diào)壓、晶閘管調(diào)壓、可關(guān)斷功率 (IGBT、IPM、GTR)高頻開關(guān)器件調(diào)壓。
      變壓器抽頭調(diào)壓是一種十分粗糙的控制方式。在PE管道發(fā)展初期得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于變壓器的抽頭數(shù)不可能太多，因此調(diào)壓精度不高，對(duì)電網(wǎng)電壓、管件阻值等因素變化引起的輸出電壓波動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，屬于開環(huán)控制。而要得到良好的管件焊接質(zhì)量，這種控制方式是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，隨著PE壓力管道焊接質(zhì)量要求的提高，這種調(diào)壓方式已逐漸退出市場(chǎng)。
      晶閘管調(diào)壓是一種目前普遍采用的方案，國外產(chǎn)品基本采用此方案。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管件阻值變化等各種擾動(dòng)量通過無靜差的閉環(huán)控制可以得到消除，對(duì)環(huán)境溫度可以進(jìn)行加熱時(shí)間或能量上的補(bǔ)償，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可靠的技術(shù)方案。 可關(guān)斷高頻開關(guān)器件調(diào)壓的最大優(yōu)點(diǎn)是由于采用了高頻變壓器使整機(jī)重量、體積相對(duì)于晶閘管調(diào)壓方案有所減小，這一體積和重量上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于3KW以上功率焊機(jī)在野外施工和搬運(yùn)有利，缺點(diǎn)是成本相對(duì)略高，設(shè)計(jì)時(shí)可靠性和高頻干擾是難以解決的問題。
      從以上分析可以看出，晶閘管調(diào)壓是目前電熔焊機(jī)普遍采用的方案，相對(duì)其它兩種調(diào)壓方式在技術(shù)、價(jià)格等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，是一種符合我國國情的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的PE管道焊接設(shè)備。
      2、 電熔焊機(jī)的結(jié)構(gòu)
      電熔焊機(jī)在野外的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)操作，很可能降低電熔焊機(jī)的性能，所以優(yōu)質(zhì)的焊機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮了將化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，同時(shí)由于在運(yùn)輸和操作期間可能因踫撞而損傷控制面板，所以控制面板的設(shè)計(jì)也應(yīng)具有防止踫撞的保護(hù)措施。
      電熔焊機(jī)在野外使用時(shí)，容易遇到惡劣的天氣，為了防止野外使用時(shí)飛揚(yáng)的塵土或雨水濺入電熔焊機(jī)造成焊機(jī)內(nèi)部電路故障，電熔焊機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54,即防塵、防濺水。
      所以，只有當(dāng)電熔焊機(jī)具備了以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后才是適合野外焊接作業(yè)的優(yōu)質(zhì)焊機(jī)。
      3、 電熔焊機(jī)的性能要求
      ⑴ 電源要求
      電熔焊機(jī)主要用于野外使用，因此要求其在電網(wǎng)供電或發(fā)電機(jī)供電情況下均能正常工作，如果電熔焊機(jī)使用的是便攜式發(fā)電機(jī)，應(yīng)避免發(fā)電機(jī)的諧波、自感、互感的干擾，同時(shí)輸入電壓的允許偏差不得低于電熔焊機(jī)額定電壓的±15%。這些都是對(duì)電熔焊機(jī)的最低要求。由于我國電網(wǎng)波動(dòng)較大，要保證焊接過程連續(xù)進(jìn)行，并保證可靠的焊接質(zhì)量，應(yīng)選擇具有更寬電源調(diào)節(jié)范圍(±20%)的電熔焊機(jī)。
      ⑵ 能量輸出要求
      電熔焊機(jī)在熔接過程中，要保證輸出能量平穩(wěn)增長，滿足管件熔融要求，必須采用恒電壓、恒電流或恒功率的控制方式。
      電熔管件電阻絲的阻值是電阻絲溫度的函數(shù)，一般是正溫度系數(shù)，即溫度越高，阻值越大，為了保證管件在加熱過程中能量均勻傳遞和平穩(wěn)累積，避免管件由于能量增長過快或能量分布不均勻而導(dǎo)致管件碳化，采用恒電壓控制方式是最好的選擇，進(jìn)口電熔焊機(jī)也均是采用恒壓控制方式。
      選擇恒壓控制的電熔焊機(jī)要求其輸出電壓的允許偏差應(yīng)在設(shè)定電壓的±1.5%以內(nèi)，但不得超過±0.5V，同時(shí)要求其瞬時(shí)電流不得超過100A。
      ⑶ 有效值要求
      電熔焊機(jī)是對(duì)管件加熱所需的溫度(能量)進(jìn)行控制，因此必須引入電流、電壓或功率的有效值負(fù)反饋，之所以采用有效值負(fù)反饋是因?yàn)橛行е凳嵌攘咳我獠ㄐ坞娔馨l(fā)熱量的物理量(有效值定義：交流電流的有效值是指在同一電阻中分別通以直流電流或交流電流，如經(jīng)過一個(gè)交流周期時(shí)間 ，它們?cè)陔娮枭纤a(chǎn)生的熱量是相等的，則將該直流電流的大小作為交流電流的有效值)。
      有效值能夠真實(shí)的反映管件焊接時(shí)產(chǎn)生的能量，所以一臺(tái)真正意義上的焊機(jī)必須具有有效值功能或者具備有效值、平均值雙重功能。
      ⑷ 能量補(bǔ)償要求
      環(huán)境溫度變化會(huì)影響焊接時(shí)能量的消耗。因此，焊機(jī)要具備環(huán)境溫度補(bǔ)償功能，即電熔焊機(jī)能夠根據(jù)環(huán)境溫度及時(shí)調(diào)整焊接時(shí)間。
      電熔焊機(jī)環(huán)境溫度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的環(huán)境溫度值與環(huán)境溫度的真實(shí)值的精度應(yīng)保證在±1℃，因此電熔焊機(jī)必須采用高精度的溫度傳感器，將溫度信號(hào)通過測(cè)量輔助電路采集進(jìn)入電熔焊機(jī)后，和基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，如果有偏差的話則進(jìn)行焊接時(shí)間補(bǔ)償，從而保證焊接質(zhì)量。
      ⑸ 焊接可追溯性
      電熔焊機(jī)是保證壓力管道焊接質(zhì)量的重要設(shè)備，其焊接時(shí)的數(shù)據(jù)必須能夠保存，便于追溯查閱。
      電熔焊機(jī)內(nèi)部必須設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和數(shù)據(jù)輸出電路，用來存儲(chǔ)焊接結(jié)果、管件情況和操作者情況。為了實(shí)施焊接可追溯性，電熔焊機(jī)還要具備焊接數(shù)據(jù)存貯和通訊功能，從而將焊接數(shù)據(jù)上載到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存檔管理。
      4、 電熔焊機(jī)的安全要求
      為了保證操作者、焊接設(shè)備的安全，電熔焊機(jī)應(yīng)滿足以下安全要求：
      ⑴ 輸入電源
      電熔焊機(jī)的輸入電源電壓超過允許范圍的時(shí)間大于5S，熔接過程應(yīng)當(dāng)中斷；當(dāng)輸入電源的頻率超過允許范圍的時(shí)間大于5S，熔接過程也應(yīng)當(dāng)中斷。
      ⑵ 輸出電源
      電熔焊機(jī)的輸出電源電壓超過設(shè)定值的±2%，且持續(xù)時(shí)間超出額定熔接時(shí)間的5%，最長3S時(shí)，應(yīng)當(dāng)中斷熔接過程。
      電熔焊機(jī)通過輸出電纜在整個(gè)熔接過程中，應(yīng)始終監(jiān)測(cè)電路通斷性，當(dāng)輸出回路有中斷(開路)產(chǎn)生，電熔焊機(jī)應(yīng)在1S之內(nèi)關(guān)斷，并顯示錯(cuò)誤信息。
      ⑶ 管件阻值檢測(cè)
      為了保證操作者的安全，電熔焊機(jī)應(yīng)具有管件阻值檢測(cè)功能，當(dāng)管件電阻值大于200Ω時(shí)電熔焊機(jī)應(yīng)不能啟動(dòng)工作。