席丹1 陳玉1 喬濤2 陳泂杉1

1.港華投資有限公司； 2.卓裕（廣東）工程建設有限公司

摘  要：聚乙烯管道焊接質(zhì)量關(guān)系到燃氣管網(wǎng)輸配系統的安全和使用壽命。利用TMS工程移動(dòng)應用信息化系統，實(shí)現了焊接記錄數據電子化永久儲存及焊接記錄數據自動(dòng)校驗，提升了焊接數據檢閱的準確性和智能化程度，為聚乙烯管道焊接記錄數字化和焊接質(zhì)量評定提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：聚乙烯管道；焊接；數據；檢閱；質(zhì)量評定；信息化

聚乙烯（PE）是一種熱塑性材料， PE管相對于鋼管、鑄鐵管而言，具有耐腐蝕性良好、使用壽命長(cháng)、柔韌性好、焊接性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已被國內外廣泛應用于城市燃氣輸配系統。

港華集團旗下港華燃氣有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)港華燃氣）下屬130余家燃氣企業(yè)，每年新建約6 000 km中低壓燃氣管道，幾乎全部使用PE管，如何確保管道工程建設質(zhì)量，保障城市燃氣輸配安全，是公司極為關(guān)注的問(wèn)題。

PE管道焊接質(zhì)量直接關(guān)系到燃氣管網(wǎng)輸配系統的安全和使用壽命。為實(shí)現PE管道焊接品質(zhì)控制與品質(zhì)保證，除了通過(guò)加強管材、管件的材料品質(zhì)控制，全面應用符合標準的全自動(dòng)焊機，規范焊接人員的操作過(guò)程，明確焊接質(zhì)量檢查標準等舉措，特別應用港華TMS（Towngas Management System， TMS）工程移動(dòng)應用信息化系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TMS系統），記錄操作信息及校驗焊機焊接記錄等加強監管，研究應用PE接口質(zhì)量的無(wú)損檢測技術(shù)[1]。筆者重點(diǎn)介紹TMS系統自動(dòng)校驗PE管道焊接記錄的方式和應用案例。

1 信息系統與焊機的連接分析

焊機是用來(lái)對PE管材/管件進(jìn)行熱熔/電熔焊接的專(zhuān)用設備，全自動(dòng)焊接設備能保證焊接操作的一致、可靠、可重復。熱熔全自動(dòng)焊機設定國內外成熟應用的焊接工藝參數，自動(dòng)完成加熱卷邊、吸熱、切換、加壓熔接、保壓冷卻等操作；電熔焊機內裝有數據輸入解碼器，管件生產(chǎn)廠(chǎng)家將電阻、焊接電壓、時(shí)間等工藝參數編入管件條形碼中，焊接時(shí)使用掃碼槍掃碼后解碼器自動(dòng)讀取管件信息及設置焊接參數。

焊接記錄真實(shí)地反映了焊接工藝參數執行情況，是判斷焊口是否合格的重要參考依據。以往焊接記錄需打印后人工進(jìn)行焊接記錄與設定參數比較，且打印一般使用熱敏紙，難以做到焊接記錄長(cháng)期、有效保存。因此，打通焊機與工程管理信息化系統的接口，利用信息系統對焊接記錄進(jìn)行永久保存和自動(dòng)檢閱，可以協(xié)助企業(yè)提升工程PE焊接質(zhì)量管理。

1.1 與全自動(dòng)熱熔焊機的連接

熱熔焊機的液壓系統穩壓性能是衡量其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標，即焊機實(shí)際作用于焊接界面的壓力（Pg，界面凈作用力），是影響熱熔對接焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，如Pg過(guò)高，則被加熱的PE管材端部熔融物料被擠出，容易造成假焊現象；如Pg過(guò)低，將造成PE管端部熔融物料不能充分融合。焊機的總焊接壓力（Pz）計算公式為：

式中： Pt為變量，隨被焊管材的規格、長(cháng)度的不同而變化； Pg應與焊接工藝規定的焊接壓力一致，按GB/T 20674.1―2006《塑料管材和管件 聚乙烯系統熔接設備 第1部分》規定：“熱熔對接焊機應具有拖動(dòng)壓力補償功能，且施加在管材端部的界面凈作用力應在規定焊接壓力的±20％范圍內�！币虼�，選擇熔接壓力校驗作為信息系統與熱熔焊機連接的主校驗規則，系統對壓力參數進(jìn)行自動(dòng)校驗，監控焊機液壓系統控制精度及穩定性；將溫度、抽板時(shí)間、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間等參數作為記錄指標，供焊接質(zhì)量監督及后續追溯焊口質(zhì)量。

1.2 與全自動(dòng)電熔焊機的連接

參考標準ISO 11413（聚乙烯管和電熔配件間試樣組裝件的制備）及GIS/PL 2―4（燃氣用聚乙烯管材和管件 第4部分：帶加熱件的電熔管件）中的有關(guān)規定，分析認為電熔接口焊接記錄中的焊接能量參數尤為重要，必須要掌握電熔管件供應商設計的焊接能量數據及偏差范圍，以此衡量每個(gè)接口焊接質(zhì)量的合格性。借鑒這一經(jīng)驗，選擇電熔焊接時(shí)的焊接能量作為信息系統與電熔焊機連接的主校驗規則，電阻、電壓、加熱時(shí)間等參數作為記錄指標。同時(shí)，開(kāi)展了以下工作。

（1）聯(lián)合供應商開(kāi)展大量焊接試驗，以確定不同品牌的焊機焊接不同品牌、規格的電熔管件時(shí)該管件應當產(chǎn)生的能量范圍，并據此在TMS系統后臺設置能量校驗規則。據ISO 11413―2008 Annex B，圖 1（a）為供應商設計的電熔管件需要溫度補償，圖 1（b）不需要，故前者需要在后臺設置時(shí)轉換為標準溫度能量范圍。

（2）解碼電熔焊機的焊接數據，將焊接記錄傳輸到TMS系統，由系統自動(dòng)識別及判斷焊接記錄的有效性，對于不在能量偏差范圍內的焊接記錄，系統自動(dòng)給出提示，幫助監督人員關(guān)注這些異常記錄的焊口。系統與焊機的連接大大提高了記錄檢查的及時(shí)性、準確性、真實(shí)性及工作效率。

2 實(shí)施經(jīng)驗

TMS系統于2017年上線(xiàn)啟用，目前已在港華集團130余家企業(yè)全面使用，上傳熱熔焊接記錄數據超過(guò)10萬(wàn)條，上傳電熔焊接數據超過(guò)8萬(wàn)條。

2.1 熱熔焊接數據檢閱

對于熱熔焊接記錄，系統校驗熔接壓力目標值P m與界面凈作用力Pg的差異不超過(guò)20%，則判定為該焊口熔接壓力合格。目前焊機解碼出的數據并未直接計算界面凈作用力Pg，而是記錄焊接實(shí)際壓力值，系統自動(dòng)檢閱時(shí)，將焊接壓力實(shí)際值Ps減去拖動(dòng)壓力滑動(dòng)值P t來(lái)計算界面凈作用力Pg。即：

熱熔焊接熔接壓力合格判斷條件為：

熱熔焊接數據通過(guò)接口傳到TMS系統后，系統首先對焊接數據進(jìn)行解碼，同時(shí)自動(dòng)根據上述公式對Pg進(jìn)行判斷，如超過(guò)目標范圍，則系統提示焊接結果超出范圍。此外，系統還將焊口號、加熱板溫度、抽板切換時(shí)間、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間等參數數字化并在系統中永久保存，以便追溯。如某公司上傳至TMS系統的焊接數據，系統校驗發(fā)現界面凈作用力Pg超出范圍，據此判定該臺熱熔焊機可能存在質(zhì)量問(wèn)題，要求對熔接壓力超標的焊口做進(jìn)一步的外觀(guān)檢查，必要時(shí)做破壞性試驗，并要求使用者及時(shí)聯(lián)系焊機供應商進(jìn)行檢修。表 1為某公司熱熔焊接記錄及焊接數據檢閱情況。

2.2 電熔焊接數據檢閱

TMS系統中電熔焊接數據是以某管件實(shí)際焊接能量值與管件供應商提供的標準能量范圍相比較進(jìn)行校驗，要求管件供應商通過(guò)大量試驗及結合設計方案確定該管件焊接能量范圍，同時(shí)系統記錄焊口號、焊接電壓、焊接時(shí)間、電阻值等其他焊接參數數字化數據并在系統中永久保存，以便追溯。對于能量超范圍 的焊口要求施工方、監理方著(zhù)重進(jìn)行外觀(guān)檢查，必要 時(shí)進(jìn)行破壞性試驗，同時(shí)也對管件供應商供貨的一致性、焊機性能的穩定性進(jìn)行了復核和校驗。表 2為電熔焊接記錄及焊接數據檢閱情況。

3 未來(lái)展望

借助TMS系統存儲PE管道焊接記錄，將原來(lái)的紙質(zhì)焊接記錄轉為信息化數據，解決了熱敏紙質(zhì)焊接記錄難以久存難題，又能以信息化的焊接記錄數據進(jìn)行焊接參數自動(dòng)檢閱，做到及時(shí)、真實(shí)、長(cháng)久保留PE管道焊接一手資料，為建立管道全生命周期管理提供真實(shí)、可追溯的數據資料；同時(shí)，可以清晰、直觀(guān)的判斷焊接結果是否在要求范圍內，為焊工自查PE焊口焊接質(zhì)量、監理方及甲方監督PE焊口焊接質(zhì)量、上級主管部門(mén)遠程監管PE焊口焊接質(zhì)量提供了真實(shí)和便利的工具。

以云計算、大數據和人工智能所代表的信息化、數字化展現的強大生產(chǎn)力和發(fā)展方向，已經(jīng)成為引領(lǐng)創(chuàng )新、驅動(dòng)轉型、塑造優(yōu)勢的先導力量，正深刻改變著(zhù)包括燃氣行業(yè)在內的所有行業(yè)。 PE管道焊接記錄信息化將焊接記錄轉化為大數據并存儲在云服務(wù)器中，作為構建燃氣管網(wǎng)信息化全生命周期管理的重要一環(huán)，未來(lái)為燃氣工程建設質(zhì)量AI評估、燃氣管網(wǎng)資產(chǎn)AI風(fēng)險評估等燃氣行業(yè)人工智能應用場(chǎng)景提供了重要的數據支撐。

參考文獻：

[1] 席丹，喬濤. 提高PE燃氣管焊接質(zhì)量的途徑[J].煤氣與熱力， 2019（8）： 30-33.

[2] 趙紅.聚乙烯管道焊接技術(shù)和評價(jià)方法[J].中國塑料， 2011(7)： 48-53.

作者簡(jiǎn)介：席丹，大學(xué)本科，高級工程師，就職于港華投資有限公司，長(cháng)期從事燃氣工程管理工作。聯(lián)系方式： 13510383772， echo.xi @towngas.com.cn。