聚乙烯注塑管件熔接线强度快速压扁检测方法探讨

吴出华，王文笔

[南塑建材塑胶制品(深圳)有限公司，广东 深圳 518111]

0 前言

PE注塑管件是管道系统中的重要组成与不可缺产品，是连接管材和阀门的必要元件，其产品品质将直接影响管道系统运行的安全性。相对而言，熔接线是注塑管件强度最薄弱的位置，其是塑料熔体射入与填充管件型腔时，最终两股或多股熔体汇合后生成的线痕，不同大小与结构的注塑管件会存在不同程度的熔接线，位置一般在浇口的对面，其强度与生产工艺和模具设计等息息相关的。与PE挤出管材相比，不同生产厂家的注塑管件的成型工艺差异比较大。成型模具一般为自行设计与定制，成型工艺参数也自行研制，不少厂家进入管件生产行列，但是由于管件生产的特殊性与差异性，存在压力管件在使用过程中发生熔接线开裂的现象，直接导致管道系统的严重破坏，如PE给水管件、燃气管件，这主要原因在于注塑管件熔接线质量的控制不完善或不成熟。

PE注塑管件熔接线质量评价与控制是产品质量与成型工艺控制的重要环节。目前常用于评价熔接线的检测方法主要有静液压强度试验，但该方法测试时间比较长，测试成本也比较高。当静液压强度试验检验出熔接线不合格时，已经生产的较多产品会批量报废而产生浪费，同时存在完全符合产品标准中的静液压强度试验要求，仍可能出现压力管件在实际使用中的熔接线开裂现象，造成不可评估的严重后果。经长期试验验证，压扁试验能快速、有效检测与评价PE注塑管件的熔接线强度。

1 实验部分

1.1 实验样品

PE100燃气压力管件，规格为SDR17.6 dn400电熔直通，南塑建材塑胶制品(深圳)有限公司；

PE80燃气压力管件，规格为SDR11 dn315×90 °弯头，南塑建材塑胶制品(深圳)有限公司。

1.2 主要设备及仪器

静液压试验机，204099，科唯仪器有限公司；

微机控制电子万能试验机， CMT4304，美特斯工业系统(中国)有限公司；

超声波探伤仪，EPOCH1000i，奥林巴斯(日本)公司。

1.3 试验方法及条件

压扁试验是将管件或裁样后管件径向、水平放置在微机控制电子万能试验机平板上，用2个互相平行的平板垂直方向对管件施加压力，管件熔接线必须处于2块平行平板的中间，如图1(a)所示，微机控制电子万能试验机对管件施加一定的压扁速率与压力，使管件产生规定的变形后，再目视或利用超声波探伤仪检测管件熔接线有无开裂来断定其强度是否满足相关要求。如压扁后管件的熔接线无裂缝证明产品熔接线强度是满足使用要求的，如图1(b)所示。相反，如压扁后管件的熔接线出现裂缝则证明该产品熔接线强度是存在缺陷或达不到使用要求，如图1(c)所示，可及时找出原因(如模具设计或工艺缺陷)进行改进。在压扁试验前，管件或裁样后管件应在(23±2)℃条件下状态调整60 min，压扁后的变形量要求为管件外径的50 %以上，外径≤250 mm的管件压扁速率为50 mm/min，外径>250 mm的管件压扁速率为25 mm/min，压扁到位后保持2 min再观察。

(a)压扁前 (b)压扁后 (c)压扁后(熔接线开裂)图1 压扁试验过程中管件的变形变化Fig.1 Deformation and change of tube in the process of flatting test

2 结果与讨论

2.1 PE注塑管件熔接线强度的压扁检测与探讨

前面已提到，相对而言熔接线是注塑管件强度较薄弱的位置，也是最容易出现开裂与泄漏的部位。现行业对压力管件强度检测基本上是通过静液压强度试验来检测与控制质量，但此试验存在较大不可控风险，因为该试验需要一个较长时间的预处理与实验运行，整个过程时间较长，比如完成一个PE注塑压力管件的165 h 80 ℃静液压强度试验时间，一般为8 d左右，甚至更长时间，最终该试验一旦不合格，整批产品全部报废，会产生巨大的生产浪费。另外影响最大的是静液压试验合格，在实际使用与运行中却发生熔接线开裂现象，轻则造成工程返工与较大的经济损失，严重情况会造成人员伤害等无法预估的后果。在此背景下，经过长期的研究与检测，发现压扁试验能解决以上存在的缺陷与风险。

2.2 试验对比及举例分析

(a)80 ℃静液压强度试验不合格 (b)产品熔接线处发生脆性开裂漏水图2 PE100燃气管件静液压强度试验Fig.2 PE100 gas pipe hydrostatic pressure test

(a)静液压强度试验合格 (b)外观合格品图4 PE80燃气管件80 ℃静液压强度试验结果Fig.4 The test results of 80 DEG C hydrostatic strength of PE80 gas pipe

(1)案例一：生产PE100燃气管件，规格为SDR17.6公称直径(dn)400电熔直通，依相关标准要求取样(开机生产的第二个外观合格品)进行165 h 80 ℃静液压强度试验(0.65 MPa)，试验结果如图2所示。通过图2(a)可知，当试验进行到32.5 h时，试验突然中断，压力曲线图无明显起伏或波动，而是直线下降。经查试验产品从熔接线脆性开裂漏水，管件无明显变形或膨胀，属熔接线强度不合格产品。实际上在取样做165 h 80 ℃静液压强度试验时，提前取样做了压扁试验(开机生产的第一个外观合格品)，结果也是压扁试验从熔接线明显开裂(如图3所示)，生产当即对工艺进行优化调整后，再取样进行了压扁试验，结果没出现熔接线开裂现象，同样对调整后产品做了165 h 80 ℃静液压强度试验(0.65 MPa)，结果合格。从此案例可以得出，压扁试验检测快速、便捷，及时发现了产品异常，而进行相关工艺优化调整，减少了异常产品数量，降低了生产成本，当然也提高了产品收率和产品质量。如果单纯依靠165 h 80 ℃静液压强度试验，等到结果出来，一旦不合格，工艺调整或模具改进已来不及，因为不合格产品已生产很多甚至订单够数停机，最终只能将已生产的不合格品全部报废。

图3 PE100燃气管件压平试验严重开裂Fig.3 Severe cracking of PE100 gas pipe flatting test

(2)案例二：生产PE80燃气管件，规格为SDR11dn315×90 °弯头，同样依相关标准要求取样(开机生产的第二个外观合格品)进行165 h 80 ℃静液压强度试验(0.91 MPa)，试验正常完成通过即合格(如图4所示)，生产时同时取样(开机生产的第一个外观合格品)进行了压扁试验，发现在管件熔接线出现了轻微裂纹(如图5所示)，同时用超声波探伤仪检测，发现熔接线内部也已开裂，超声波图出现明显波峰(如图6所示)，当即调整工艺后再取样进行压扁试验未发现开裂或裂缝，调整后的管件再次取样做165 h 80 ℃静液压强度试验，结果也是合格。小结：165 h 80 ℃静液压强度试验合格，进行压扁试验会存在2种情况，第一种为压扁试验后熔接线无裂缝，即165 h 80 ℃静液压强度试验与压扁试验均通过；第二种为压扁试验开裂，即165 h 80 ℃静液压强度试验通过，但压扁试验未通过的产品，存在缺陷，虽然满足现有产品标准要求，但存在严重的安全隐患或不可评估的严重后果，在工程使用中会出现熔接线开裂、泄漏的潜在危险与损失，此情况也是最为关注与研究的内容。目前，相关压力管件的标准没有压扁试验，而现有的静液压强度试验不能完全或有效检验出熔接线强度存在缺陷的管件。

图5 PE80燃气管件压扁试验轻微裂纹Fig.5 Slight crack in PE80 gas pipe flatting test

图6 超声波检测出熔接线处的波峰图Fig.6 Wave peak map of welding junction by ultrasonic wave

长期检测与研究表明，在生产过程中取样、预处理后进行压扁与80 ℃静液压强度试验，存在4点关系：(1)压扁试验检测无裂缝，165 h 80 ℃静液压强度试验也合格；(2)压扁试验检测开裂，165 h 80 ℃静液压强度试验会出现合格与不合格两种情况；(3)相反验证，对管件进行的165 h 80 ℃静液压强度试验合格，压扁试验检测会存在熔接线开裂(缺陷产品)与不开裂两种情况；(4)165 h 80 ℃静液压试验检测不合格且在熔接线开裂泄漏，管件进行压扁试验也会出现熔接线开裂现象。总之，相对管件熔接线而言，压扁试验检测无裂缝则165 h 80 ℃静液压强度试验也合格，而165 h 80 ℃静液压强度试验合格，压扁试验则存在有裂缝或无裂缝2种情况，所以压扁试验更快速、更有效，总之更适应于检测PE注塑管件的熔接线强度。

3 结论

(1)PE注塑管件的熔接线在生产检验或实际工程使用中偶会出现开裂现象，经分析与比较，压压扁试验检测无裂缝则静液压强度试验也合格，而静液压强度试验合格，压平试验则存在有裂缝或无裂缝2种情况；

(2)压扁试验更快速、更有效，还可降低生产成本，提高产品品质。

参考文献：

[1] 孙 逊.聚烯烃管道[M].北京：化学工业出版社，2002:301-318.

[2] 刘朝福.注塑成型实用手册[M].北京：化学工业出版社,2013:330-332.

[3] 全国塑料制品标准化技术委员会.GB/T 9647—2015热塑性塑料管材 环刚度的测定[S].秦皇岛：中国标准出版社，2016.