一种高密度聚乙烯壳预制直埋保温变径管热熔焊接工艺的制作方法

本技术涉及预制直埋保温管施工，尤其是涉及一种高密度聚乙烯壳预制直埋保温变径管热熔焊接工艺。

背景技术：

1、预制直埋保温变径管是热力管网系统的核心配套管件，主要用于管网管径过渡、分支接驳、高低区管网切换等关键节点，由内层输送钢管、中间聚氨酯硬质泡沫保温层、外层hdpe高密度聚乙烯防护壳三层结构组成。其中hdpe外护壳具备优异的耐腐蚀、抗冲击、防水防渗性能，是保护内部保温层与输送钢管、隔绝土壤及外界环境侵蚀的关键结构，其焊接质量直接决定整个直埋保温管网的密闭性与耐久性。随着我国市政热力管网建设规模化推进，老旧管网改造、新建片区供热管网工程逐年增多，管网施工对管件连接的密封性、稳定性、长效性要求持续提升。

2、目前行业内针对等径预制直埋保温管的热熔焊接工艺已形成一定规范，国家标准图集《供热用保温塑料管道直埋敷设》（24r426）附录中给出了pe-rtⅱ、pb管材热熔对接焊接参数及工艺要求，地方标准《预制直埋复合塑料保温管道应用技术规程》（db64/t1056-2014）附录中也涉及管道热熔对接焊接方法。但上述标准主要针对等径管材的常规热熔对接，并未涵盖变径管因大小头截面渐变、壁厚差异化带来的特殊工艺需求。变径管大小头管径、壁厚梯度差异显著，不同于等径直管的规整对接结构，常规热熔焊接工艺无法精准匹配变径段渐变截面的加热、施压及熔接需求，极易出现大小端熔接温度不均、熔边宽度不一致、对接同轴度偏差超标等问题。

3、变径管焊接过程中，加热板高温辐射、焊接施压错位、冷却收缩不均等情况，容易造成管体内部聚氨酯保温层焦化、塌陷、分层，破坏保温层连续性。户外施工存在的粉尘、水汽、低温、大风等不利条件，会导致hdpe外护壳焊接端面沾染杂质，形成虚焊、夹渣缺陷。传统焊接工艺缺乏针对性的变径保压参数标准，施工人员多套用等径管焊接参数，造成变径大端熔接不密实、小端过熔塌陷，焊接接口抗拉伸、抗沉降性能不足。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种高密度聚乙烯壳预制直埋保温变径管热熔焊接工艺。

2、本技术提供的一种高密度聚乙烯壳预制直埋保温变径管热熔焊接工艺，采用如下的技术方案：

3、一种高密度聚乙烯壳预制直埋保温变径管热熔焊接工艺，包括以下步骤：

4、s1：施工前期准备，完成人员、设备、材料、环境核查，设备参数误差控制在±2℃、±0.01mpa以内，核查变径管外观质量，搭建防风防尘防雨作业棚；

5、s2：端面预处理，采用切管设备垂直切割变径管焊接端面，保证端面平整度、垂直度误差不超过0.5mm，清除毛刺、碎屑，使用无水乙醇擦拭焊接界面及周边区域，在变径管内外侧加装耐高温隔热防护垫；

6、s3：精准对位校正，利用焊机可调夹具固定变径管大小端，根据变径梯度微调夹具间距，校准管道同轴度，确保错边量不超过管材壁厚的10%，锁定夹具位置；

7、s4：梯度热熔加热，依据hdpe材质特性设置加热温度，针对变径大端与小端的壁厚差异差异化调整吸热时间，大端吸热时间延长20%-30%，小端控制吸热时长，加热过程中端面与加热板紧密贴合；

8、s5：压力熔接成型，抽出加热板后梯度加压，大端提升熔接压力，小端稳压控压，施压过程匀速平稳；

9、s6：恒温保压冷却，保持恒定焊接压力，实行自然冷却，常温下冷却时长不低于30min，低温环境下延长冷却时间；

10、s7：成品验收与防护，检查焊接翻边，进行外观检测和气密性抽检，对接口包裹防护材料。

11、通过采用上述技术方案，在施工前期准备阶段，对人员、设备、材料、环境进行核查，将设备参数误差控制在极小范围，能保证施工设备的精准运行，为高质量焊接奠定基础；核查变径管外观质量可提前发现管材问题，避免使用有缺陷的管材影响焊接效果；搭建防风防尘防雨作业棚，可有效减少户外恶劣环境如粉尘、水汽、大风等对焊接的干扰，提高焊接质量。在端面预处理步骤，用切管设备垂直切割变径管焊接端面，能使焊接端面更好的贴合，有利于分子融合；清除毛刺、碎屑可避免这些杂质影响熔接效果；使用无水乙醇擦拭焊接界面及周边区域能进一步清洁焊接面，防止杂质导致虚焊等问题；在变径管内外侧加装耐高温隔热防护垫，可有效隔绝焊接高温对内部聚氨酯保温层的辐射损伤，保证保温层的连续性和完整性，降低管网热损耗。精准对位校正环节，利用焊机可调夹具固定变径管大小端，并根据变径梯度微调夹具间距，能适应变径管的特殊结构；校准管道同轴度并将错边量严格控制，可防止焊接后接口出现偏心受力问题，增强管道抗变形能力，提高管道在土壤压力、沉降应力等作用下的稳定性。梯度热熔加热步骤，依据hdpe材质特性设置合适的加热温度，针对变径大端与小端的壁厚差异差异化调整吸热时间，大端延长吸热时间可保证充分熔融，小端严格控制吸热时长能防止过熔塌陷，并且在加热过程中使端面与加热板紧密贴合，可形成均匀规整且符合厚度要求的熔接环，确保熔接深度达标，促进分子充分融合。压力熔接成型时，抽出加热板后进行梯度加压，大端提升压力保证深层熔合，小端稳压控压避免过度挤压变形，施压过程匀速平稳无冲击、无偏移，能使两端熔接界面分子充分扩散缠绕、融为一体，增强焊接接口的力学性能。恒温保压冷却阶段，保持恒定焊接压力实行自然冷却，并根据环境温度合理调整冷却时间，可避免强制冷却导致接口产生内部微裂纹、焊环开裂等问题，保证接口完全固化，提高接口的稳定性和耐久性。确保整个焊接工艺满足工程质量要求，从而保障热力管网的长期稳定运行，降低后期运维成本，同时提高管网的安全性和节能性。

12、可选的，步骤s1中，所述设备采用适配变径管件的可调式热熔焊接机，提前校准加热板温度和液压压力精度；所述材料核查包括检查hdpe外护壳无裂纹、凹陷、破损，内部保温层无空鼓、脱落，管径和壁厚符合设计标准；环境温度低于5℃时开启升温设备，高于35℃时进行遮阳降温。

13、通过采用上述技术方案，使用适配变径管件的可调式热熔焊接机，并提前校准加热板温度和液压压力精度，能精准满足变径管大小端管径、壁厚梯度差异带来的特殊焊接需求，避免因设备参数不准确导致的大小端熔接温度不均、熔边宽度不一致等问题，提高焊接接口的质量和力学性能。对环境温度进行调控，当环境温度低于5℃时开启升温设备，高于35℃时进行遮阳降温，低温会使焊接端面冷却过快，导致熔接不密实；高温则可能使材料性能发生变化，影响焊接效果，通过环境调节，能使焊接过程在适宜的温度条件下进行，确保焊接接口的可靠性和稳定性，提高整个预制直埋保温变径管的施工质量和长期运行安全性。

14、可选的，步骤s2中，所述无水乙醇擦拭范围为焊接界面及周边5cm区域，擦拭后自然晾干；所述耐高温隔热防护垫用于隔绝焊接高温对内部聚氨酯保温层的辐射损伤。

15、通过采用上述技术方案，将无水乙醇擦拭范围设定为焊接界面及周边5cm区域，能够清除该区域内的油污、粉尘、水汽等杂质，擦拭后自然晾干可确保焊接界面干燥洁净，为后续熔接创造良好的分子融合环境，同时，在变径管内外侧加装耐高温隔热防护垫，可隔绝焊接高温对内部聚氨酯保温层的辐射损伤，避免保温层出现焦化、塌陷、分层等情况，完整保留保温层的连续性与完整性，进而降低管网热损耗量，提高管网的节能性能和供热效率。

16、可选的，步骤s2中，所述切管设备为电动切管机，切割时先以大侧压力快速切除管口毛面，再以小侧压力慢速修平管口，确保端面平整，切割后使用专用刮刀去除管口内外壁毛刺，并用压缩空气吹扫端面碎屑。

17、通过采用上述技术方案，电动切管机在切割变径管焊接端面时，先施加较大侧压力，能快速将管口不平整的毛面切除，提高切割效率；随后运用较小侧压力进行慢速修平操作，使切割面更加光滑、细腻，保证了端面的平整度。接着使用专用刮刀去除管口内外壁的毛刺，让表面更加整齐，避免毛刺对后续焊接操作产生不良影响，如毛刺可能会导致焊接时出现局部过热、虚焊等问题。

18、可选的，步骤s3中，同轴度校准包括粗调和精调两个阶段：粗调阶段通过目测使两端面基本对齐，精调阶段通过百分表测量管壁圆周多点偏差，逐点微调夹具直至错边量满足要求。

19、通过采用上述技术方案，粗调阶段凭借施工人员的目测，能够快速使变径管的两端面基本对齐，让两端面初步处于相对合适的位置。精调阶段使用百分表测量管壁圆周上多个点的偏差，这种多点测量的方式能够全面、准确的反映出两端面的同轴度情况，确保变径管对接的高精度，在管道埋地后，能有效降低土壤压力、沉降应力对接口产生的持续性剪切力，减少焊接部位的破损风险，提高焊接接口的稳定性和可靠性。

20、可选的，步骤s4中，pe100材质外护壳的加热温度控制在225±10℃，pe80材质外护壳的加热温度控制在210±10℃；

21、所述差异化调整吸热时间具体为：变径大端因壁厚较大，吸热时间延长20%-30%，小端严格控制吸热时长以防止过熔塌陷，加热过程中形成均匀规整的熔接环，熔接环宽度均匀一致，厚度控制在管材壁厚的1/3至1/2范围内。

22、通过采用上述技术方案，根据hdpe不同材质精确设定加热温度，将pe100材质外护壳的加热温度控制在225±10℃，pe80材质外护壳的加热温度控制在210±10℃，能使不同材质的外护壳达到最佳的热熔状态，为后续的熔接提供良好基础。在吸热时间方面，针对变径管大端壁厚较大的情况，延长吸热时间20%-30%，可确保大端能够充分吸热，使厚壁部分彻底熔融，增强熔接的深度和强度，保证大端熔接密实；而小端严格控制吸热时长，能有效防止过熔塌陷，避免造成材料浪费和接口质量问题。在加热过程中，持续的加热使变径管两端面与加热板紧密贴合，从而形成均匀规整、宽度均匀一致、厚度在管材壁厚的1/3至1/2范围内的熔接环，使得两端熔接界面的分子能够更充分地扩散缠绕，进而提高焊接接口的密封性、抗拉伸和抗沉降性能，实现变径管件焊接的精准适配。

23、可选的，步骤s4中，加热板提前预热至设定温度并恒温保持至少10min，确保加热板温度场均匀；加热过程中，变径管两端面与加热板贴合压力保持一致，贴合时间由吸热时间控制。

24、通过采用上述技术方案，将加热板提前预热至设定温度并恒温保持至少10分钟，能够使加热板的温度场均匀，在后续的加热过程中，均匀的温度场可保证变径管两端面受热更加均匀，避免因温度差异而导致大小端熔接温度不均的问题，提高焊接质量；让变径管两端面与加热板贴合压力保持一致，可使两端面与加热板充分接触。

25、可选的，步骤s5中，所述梯度加压具体为：在规定拖动压力基础上，大端提升熔接压力以保证深层熔合，小端稳压控压以避免过度挤压变形，施压过程无冲击、无偏移，确保两端熔接界面分子充分扩散缠绕。

26、通过采用上述技术方案，对于变径大端，由于其壁厚较厚，提升熔接压力能够让深层材料也充分熔融并融合，保证了大端接口的熔接深度和稳固性，避免出现熔接不密实的情况；而小端则采取稳压控压的方式，因为小端壁厚较薄，这样可以防止过度挤压变形，保证小端的形状和结构完整。

27、可选的，步骤s5中，加热板抽出时间不超过3s，从抽出加热板至完成对接施压的总转换时间不超过5s，以防止端面散热过多影响熔接质量。

28、通过采用上述技术方案，严格控制操作能避免在关键转换阶段端面散热过多，由于变径管的大端和小端在经过梯度热熔加热后处于适宜熔接的状态，若转换时间过长，端面温度会快速降低，导致熔接所需的流动性和活性不足；而短时间内完成抽出加热板和对接施压操作，可使变径管两端面始终保持较高的温度水平，让两端熔接界面分子仍具有充足的能量进行扩散缠绕，从而保证熔接过程中分子能够充分融合，形成紧密、牢固的结合。

29、可选的，步骤s6中，所述自然冷却严禁浇水或吹风强制冷却，低温环境下冷却时间延长50%，待接口完全固化、温度降至常温后进入下一步骤。

30、通过采用上述技术方案，自然冷却严禁浇水或吹风强制冷却，可避免因快速降温使接口产生内部微裂纹、焊环开裂等问题；在低温环境下延长冷却时间50%，能使接口在低温条件下也有足够的时间缓慢冷却，确保接口充分固化，进一步提高接口的强度和密封性。

31、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

32、针对变径管大小端渐变结构、壁厚差异化特性，采用梯度化加热、稳压、吸热参数，彻底解决传统工艺统一参数导致的熔接不均、过熔、虚焊等问题，实现变径管件焊接的精准适配，焊接接口分子融合充分，力学性能大幅提升，工艺适配性强；

33、通过增设前置隔热防护工序，从源头杜绝焊接高温对内部聚氨酯保温层的损伤，完整保留保温层连续性与完整性，管网热损耗量显著降低，保温防护效果优异；

34、全程标准化工序管控，从端面处理、对位校准、参数控制到冷却固化均有明确操作标准，有效减少夹渣、裂纹、偏心、渗漏等隐性缺陷，接口质量一致性强，施工质量稳定性高；

35、焊接接口密封性、耐久性、抗疲劳性能优异，使用寿命与管道主体同步，大幅减少后期接口渗漏、破损、保温失效等故障，运维成本大幅降低。