聚偏氟乙稀焊接技术的应用

邓丁华，潘文泉，王瑞家(青岛百海水海水淡化有限公司，山东 青岛 266043)

0 引言

在小口径的硫酸流体输送中，聚偏氟乙稀成为较理想的材料。青岛一家海水淡化厂使用输送硫酸的管道材质为即为此。其在应用过程中较多的使用热熔焊接技术，因其相较于衬塑和铸铁在硫酸管道上的应用有较强的优势。

聚偏氟乙稀在小口径(小于D40)流体输送过程中的优点如下，主要是相对于衬塑管道、铸铁管道而言：(1)不产生氧化膜，不易脆化、变形；(2)较细的管道以及有安装空间限制的部分可较方便制作安装；(3)因其透明特性，可易于观察液体的状态；(4)发生泄漏后易于发现、维修；(5)熔点较高，通常170°左右；屈服强度大约40 MPa，挤出加工温度在200～240 ℃之间[1]。

1 聚偏氟乙稀缺陷

(1)挠性好，其刚度差，不能受挤压；(2)相较于钢性管，其损坏后破裂喷溅较严重；(3)焊接受安装位置、技术影响较大。

海水淡化工艺中超滤是一个效率较高的海水预处理工艺，超滤膜清洗方式多样，该厂采用化学清洗的方式，其工艺要求主要有浸泡pH值，余氯等，加酸使浸泡水pH值在2以下的持续10 min以上，后再加碱使超滤膜pH值在10以上相同时间。在此工艺中要求使用浓硫酸(98%)做药剂使pH值维持在要求的范围内，这需要加酸管道流量要求600 L/h以上，并符合间断运行要求，每30 min投加80～120 s。为满足该工艺要求，该厂选用聚偏氟乙稀做为材质，管径选用D32，PN16做为浓硫酸的输送管道，使用背压阀(设定压力值以上开启，低于设定值流体不流动)作为保压的主要措施，以保证加药停止后整个硫酸主管线仍保持一定的压力。

此工艺段的现场管道敷设较为复杂，现场膜安装密度较大，管道集成化、模块化设计较多，管道安装位置受限，故浓硫酸管道选择主管道在地下沟漕内敷设，仅在加药口返上地面敷设并连接控制阀门等。这在初期建设时有优势，但后期改造、维护就比较麻烦。现场不能有效施展工具，特别是出与防漏考虑该厂预留了较少的活节接头。

聚偏氟乙稀管件的焊接成为安装、维修管道的一个重中之重，因为：(1)焊接小管径塑性管道稍有偏差就会造成管内壁结焊瘤，影响介质的流动；(2)焊接时间、位置调节不好，会导致虚焊，且补焊难度大；(3)该厂的安装空间要求不允许较大设备施工(管道井宽度为100 cm×100 cm)。

2 聚偏氟乙稀焊接工艺

聚偏氟乙稀焊接工艺大致分为两种，一种是红外熔接技术，一种是电熔焊接技术，工业管道中较多使用后者。电熔焊接根据其熔接面的不同又可分为承插焊和平面对焊。

红外熔接技术较高端，适用于精密仪器的管道安装制作，工业应用并不常见，使用红外对焊工艺焊接时零件与热源不接触，是对加热无件对焊技术的进一步改进[2]。

承插焊即将一管件外径与另一管件内径接熔后插入，此焊接方式也常应用在PE、PP小口径管道(小于D100)焊接过程中。

聚偏氟乙稀承插焊出现的问题多为焊接时位移较大，使整个管道轴向变形，冷却后不能调整。因焊接时需要挤压被焊部位(插入距离一般大于15 mm)，被加热熔化的部分挤压后会造成管件内壁结焊瘤。

聚偏氟乙稀平面对焊是一种精度较高的焊接方式，如中心度、时间控制、温度、预紧力大小都需要调整准确。聚偏氟乙稀焊接技术要点：(1)使用的焊机设备为温度可调(Max300℃)；(2)使用时要求两管件尺寸不应过大(小于D40)，过大的尺寸会使管件熔化间过长，导致对接时整个接口管件因温度过高发生软化，失去对接强度；(3)表面处理要彻底，类似焊后夹渣等问题致焊后管道承载压力不足、泄漏等问题时常出现；(4)施焊时，平行于管件轴向取出焊机，且要求倾斜度不得大于15°，过大的倾斜度会导致焊接变形。

平面对焊作业前准备工作有：(1)确定焊接管件的规格尺寸；(2)确定焊接地点，要求无尘、通风良好、平整、应尽量避免潮湿环境下作业；(3)人员配备，应2人以下配合作业，工序搭接时要求迅速；(4)焊接件管壁应一致；(5)针对该规格焊件做焊接试验，检验其试验强度是否符合要求。

平面对焊作业流程及技术要点(以D32聚偏氟乙稀，壁厚2.4mm为例) ：

(1)焊接件固定。PVDF管道和管件固定前，需要调节专用热熔夹具，使夹具导轨保持水平，利用水平尺进行校验管道、管件是否水平[3]。并试夹紧，调整其管壁在同平面上。

(2)焊接面切割。固定后的两管件焊接面需要进行平整处理，主要工具是环型切刀，切割深度以两管件管壁严密对合，目视无缝为合格。

(3)开启加热器。选用表面涂层不粘联的加热器，温度可调温度调到230～250 ℃之间(室温10 ℃)。加热器功率应大于1 500 W，较大的功率能使温度维持变得简单。达到设定温度后待用，过高的温度会使焊接表面产生流体，并与管件本体分离，过低的焊接温度可导致焊接面不粘接，有条件时可以使用外部测温仪对加热器进行温度校核。

(4)加热器与焊接面压紧。将加热器置于两管件焊接面中间，并以纵向位移的方式两两相碰，压强宜为2～3 kPa，触碰时间宜为30～60 s。触碰时间视施工室温而定，一般以35 s为宜(室温10 ℃)，过低的室温可适当延长触碰时间，但不宜大于60 s，过长与加热器接触容易使管件的热熔部分与未热熔部分发生分离，并增加管内壁的焊瘤，影响焊接质量。

(5)加热器与焊接面分离。在步骤4完成后，即两管件的焊接面与加热器压紧时间完成后，应立即松开管件的焊接面与加热器的接触，并取出加热器，使两管件焊接面接触，此操作应在3 s内完成。因过长的焊接面与加热器分离时间会导致焊接时接触温度过低，达不到粘接的效果。另外，此工序搭接过程中，应注意焊接面是否被焊机粘住，如有粘联的情况，应立即停止焊接，重新更换新焊机焊接。此时务两人协作，避免时间过长，导致焊接失败。

(6)焊接面压紧。两管件焊接面接触时的压强应与管件与加热器压紧时的压强一致，即2～3 kPa，两管件焊接面接触时压强自0 kPa升至2～3 kPa的时间不应大于3 s。过长的压紧时间也会导致焊接面强度不达标。

(7)冷却。当两管件焊接面压强达到2～3 kPa后，在此压强下，应至少冷却5 s，如作业时间充裕，应尽可能延长冷却时间。在该厂施工时，因工期不紧，焊接质量要求高，其冷却时间一度达到50 s。但经试验焊接，冷却时间5 s即可达到强度要求，如表1所示。

表1 试验焊接

在焊接完毕后会在管壁上形成一个圆周焊缝。可以通过目测焊缝来检查焊接质量。一个良好的焊缝，它在管壁圆周上的尺寸基本相同，而且焊缝表面光滑，不会有凹坑的出现。

该厂在维修聚偏氟乙稀管道初期使用承插热熔焊接方式，后鉴于平面对焊在应用中的表现，已基本将其取代。

3 结语

通过对比热熔承插焊和热熔平面对焊，可以知道，小口径(D40以内)聚偏氟乙稀管道使用热熔承插焊接不如平面对焊可靠，在作业过程中只要按照基本流程，掌握焊接技巧，即可完成对小口径管道的高质量焊接。其实际使用压力可达到1.0 MPa，符合工艺要求，并能焊接质量，减少聚偏氟乙稀管道焊接瑕疵。