PE/電熔管件的技術(shù)標準，應(yīng)該具備技術(shù)指標、試驗方法和判定準則三個內(nèi)容。焊接熱功量、焊接功率密度、加熱速度等技術(shù)指標直接決定了電熔管件的制造質(zhì)量和焊接質(zhì)量。2005年10月和12月，國家先後頒發(fā)了給水用PE電熔管件技術(shù)標準GB/T13663.2-2005和燃氣埋地用PE電熔管件技術(shù)標準GB15558.2-2005。按理說，標準的頒發(fā)應(yīng)當對行業(yè)起到規(guī)范作用，結(jié)束混亂局面。然而3年過去了，狀況依舊。原因何在？仔細看一下標準文本便知，標準中連電熔管件的設(shè)計方法和技術(shù)指標都定不出來，何以規(guī)范一個行業(yè)？有鑒於此，本文將對上述兩個電熔管件技術(shù)標準的核心內(nèi)容與提出單位、起草單位和組織管理單位以及頒發(fā)單位進行商榷，以期促成標準的早日修訂。

    電熔管件技術(shù)標準質(zhì)疑

    *，標準是針對具體的產(chǎn)品制定的，它是產(chǎn)品制造和檢測的技術(shù)規(guī)范和判定準則，其主要內(nèi)容由三部分組成：一是技術(shù)指標；二是試驗方法；三是判定準則。*部分是核心，後兩個部分是*部分的。作為電熔管件的技術(shù)標準，同樣應(yīng)該具備這些內(nèi)容。

    對於電熔管件，其技術(shù)性能可以分成兩部分：一是機械性能，包括幾何尺寸、熔區(qū)寬度、機械強度、材料配方等。機械性能是保證電熔管件在管網(wǎng)中能夠長期承受規(guī)定壓力的技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)容易確定也容易實現(xiàn)。二是電氣性能，包括固有熱功量、焊接熱功量、熔融材料的重量、焊接電壓、焊接時間、管件電阻、功率密度、加熱速度、電阻絲的材料、電阻溫度系數(shù)、電阻絲埋設(shè)深度、電阻絲的螺距、徑向熱負荷、軸向熱負荷、觀察孔深度等等。一個電熔管件能否焊好，主要是由電氣技術(shù)指標來保證的。如果一個電熔管件的電氣參數(shù)設(shè)計不合理，焊接質(zhì)量根本無法保證。所以筆者認為，電熔管件更應(yīng)該歸類為電氣產(chǎn)品，由精通電氣技術(shù)的人員來設(shè)計技術(shù)指標更合適。現(xiàn)在我們看一下兩個標準對電熔管件的“電氣技術(shù)指標”是如何規(guī)定的。

    在BG/T13663.2-2005中：

    6.3電熔管件的電阻值應(yīng)在下列范圍內(nèi)：

    zui大值：標稱值×（1+10%）+0.1Ω；

    zui小值：標稱值×（1-10%）。

    電熔管件竟然只有這一個電氣技術(shù)指標？標稱值到底該為多少？該如何確定？ 
 在GB15558.2-2005中：

    6.5電熔管件的設(shè)計

    電熔管件的設(shè)計應(yīng)當確保管件與管材或其他管件裝配時，電阻線和/或密封件不移位。一共35個字，這就是電熔管件的設(shè)計。

    6.6電熔管件的電氣性能：

    電熔管件應(yīng)根據(jù)工作時的電壓和電流及電源特性，設(shè)置相應(yīng)的保護措施。

    對於電壓高於25V的情況，當按照管件制造商和熔接設(shè)備制造商的規(guī)程操作時，在熔接過程中，應(yīng)確保人無法接觸到帶電部分。

    在23℃下，電熔管件的電阻應(yīng)在下列范圍內(nèi)：

    zui大值：標稱值×（1+10%）+0.1Ω；

    zui小值：標稱值×（1-10%）；

    zui大值內(nèi)+0.1Ω是考慮到測量時可能存在接觸電阻。

    把這兩段連起來看，本質(zhì)是*一樣的，沒有給出任何有用的電氣技術(shù)指標和設(shè)計方法。目前電熔管件市場技術(shù)現(xiàn)狀十分混亂的根源就在於此，任何廠家怎麼干都有理，而且誰也說服不了誰，所以應(yīng)當盡快修訂完善的標準。

    電熔管件應(yīng)具備的技術(shù)指標

    焊接熱功量Q

    對於一個電熔管件，其焊接過程就是做熱功的過程，如同我們平時燒開水一樣。圖1是一個電熔套筒和管材裝配後的剖面示意圖。我們知道，每一個電熔管件的熔區(qū)寬度是一定的，熔融深度也是可以確定的，圖中的紅線區(qū)域就是焊接時理想的熔融區(qū)。當管件的直徑（內(nèi)徑）確定以後，我們就可以計算出，要焊好一個管件，熔融區(qū)內(nèi)有多少克PE材料要升到230℃（230℃是PE比較好的熔融狀態(tài)）。這個重量為：
 

圖1電熔套荷裝配剖面示意圖

    W=3DL2δ/1000（克）（1）

    式中，D為管件直徑；L2為熔區(qū)寬度；δ為熔融深度。

    一克PE升到230℃所需的熱功為K焦耳，W克PE升到230℃需要的熱功量為：

    Q=WK=πDL2δ（焦耳）（2）

    由（2）式可知，Q是電熔管件的一個固有參數(shù)，我們稱為固有熱功，它的大小取決於管件直徑、熔區(qū)寬度和熔融深度三個參數(shù)。每個電熔管件的固有熱功是一定的，一個電熔管件能否焊好，主要取決於這個參數(shù)。

    由於電熔管件的焊接熱功是電阻絲產(chǎn)生的，要能焊好一個電熔管件，電阻絲產(chǎn)生的焊接熱功必須等於固有熱功，於是有：

    Q=U2T/R=PT（焦耳）（3）

    式中，U為焊接電壓，R為管件電阻，T為焊接時間，P為焊接功率。這樣，固有熱功和管件的電氣參數(shù)就起來了。由（3）式可知，焊接熱功的大小取決於焊接電壓、管件電阻和焊接時間三個參數(shù)。根據(jù)（2）式和（3）式我們馬上就可以判定一個電熔管件是否合格，因為一個電熔管件做成後，焊接電壓和焊接時間廠家已經(jīng)給出，電阻值R可用儀表測得，先根據(jù)（2）式計算出固有熱功，再根據(jù)（3）式計算出焊接熱功。如果焊接熱功等於固有熱功，管件是合格的；如果焊接熱功遠大於固有熱功，焊接時就可能出現(xiàn)過焊、炭化和噴漿甚至焊爆；如果焊接熱功遠小於固有熱功，肯定焊不好。
由於（3）式中Q是一個三元函數(shù)，當Q一定時，如何確定U、R、T的值，這是電熔管件設(shè)計的關(guān)鍵所在。要確定U、R、T的值，必須對它們進行數(shù)學(xué)優(yōu)化。

    焊接功率密度dp/ds

    焊接功率密度是電熔管件另一個重要參數(shù)，設(shè)計電熔管件時必須確定。電熔管件的直徑不同，焊接功率密度也不同。所謂功率密度就是熔區(qū)內(nèi)單位面積上容許施加的焊接功率，當它確定了之後，就可以計算出電熔管件的焊接功率：

    P=（dp/ds）S（4）

    式中，S為熔區(qū)面積。因為P=U2/R，如按照慣例，焊接電壓U取39.5V，於是管件電阻為：

    R=U2/P

    這樣管件電阻的大小就確定了。又根據(jù)（3）式得：

    T=Q/P或T=QR/U2

    焊接時間也就確定了?？梢钥闯觯@個時間并不等於管徑，所以“管徑多粗就焊多少秒”的說法是沒有根據(jù)的。可能對個別管件是對的，那是巧合，不是必然規(guī)律。這里舉一個Dn63電熔套筒的例子，根據(jù)筆者的優(yōu)化計算，管件固有熱工Q=55191（焦耳），熔區(qū)面積S=118.692cm2，功率密度dp/ds=5.167W/cm2，焊接功率P=5.167×118.692=613（W），如焊接電壓取39.5V，則管件電阻R=39.52/613=2.545（Ω），焊接時間T=55191/613=90（秒）。顯然焊接時間也不是63秒。

    加熱速度dQ/dt=P

    加熱速度也是一個很重要的電氣參數(shù)，由它可以算出一克塑料在不燃燒的條件下，升到230℃允許的zui短時間，進而算出一個特定電熔管件允許的zui小焊接時間，以驗證所確定的焊接時間是否正確。在優(yōu)化的條件下，dQ/dt|max=Q/T，據(jù)此我們可以判定一個管件給出的參數(shù)是否合格。如果管件給出的dQ/dt>>Q/T，焊接時間未到管件可能就焊噴了；同理，如果管件給出的dQ/dt<

    電阻絲的螺距s

    電阻絲的螺距是電熔管件極其重要的一個參數(shù)。一個電熔管件，如果電阻、焊接電壓、焊接時間、焊接功率等技術(shù)參數(shù)*按照前面的方法進行設(shè)計，如果螺距確定不正確，同樣焊不好，因為螺距直接決定著管件的軸向熱負荷和徑向熱負荷。軸向熱負荷與螺距成正比，為了達到理想的焊接效果，我們希望軸向熱負荷要小，於是螺距不能太大。而徑向熱負荷與熔融深度δ成正比，為了達到規(guī)定的熔融深度，在管件設(shè)計時，熱功的分配應(yīng)該徑向大，軸向小。減小螺距的直接效果就是減小軸向熱功，增大徑向熱功。那麼一個特定的電熔管件，電阻絲的螺距到底等於多少才合理呢？筆者通過分析推導(dǎo)，已經(jīng)得出了計算公式，在此不做詳述。
電阻絲的溫度系數(shù)λ

    據(jù)筆者所知，目前制造電熔管件所用的電阻絲有：合金絲、康銅絲、黃銅絲、紫銅絲，還有的用銅包鐵絲。它們的電阻隨溫度升高不斷增大，屬於正溫度系數(shù)。由前可知，焊接功率為：

    P=U2/R=U2/R0（1+λt）（5）

    式中，R0為冷態(tài)電阻，t為焊接過程中的溫度。由於溫度系數(shù)λ的存在，隨著溫度的升高，分母不斷加大，如果焊接電壓保持不變，則功率就會不斷減小，結(jié)果導(dǎo)致焊接熱功不夠，焊不好。如圖2所示，在焊接過程中，功率曲線不斷往下掉，這表明，總的焊接熱功達不到規(guī)定值，焊接質(zhì)量無法保證，所以電阻絲的溫度系數(shù)是一個非常重要的參數(shù)，要求越小越好，為0。但任何材料的電阻溫度系數(shù)都不可能為0，所以制造電熔管件時，應(yīng)當選用溫度系數(shù)低且穩(wěn)定的電阻絲。在上述幾種電阻絲中，康銅絲的電阻溫度系數(shù)zui低，銅包鐵絲zui大，且極不穩(wěn)定。為了保證電熔管件的質(zhì)量，標準應(yīng)對電阻絲的溫度系數(shù)作出強制規(guī)定，禁止使用高溫度系數(shù)且不穩(wěn)定的電阻絲。

    注意，圖中的P-R曲線并非直線，只是為了說明問題，幫助理解，才將其畫成直線。這對定性分析沒有影響。

    電阻絲的埋設(shè)深度h

圖2 不同電阻絲的P-R曲繞
 電阻絲的埋設(shè)深度也是電熔管件非常重要的技術(shù)指標。從理論上講，電阻絲與管件內(nèi)壁和管材外壁同時相切，裸絲電熔管件能做到這一點，但對於後布線工藝和過塑工藝的電熔管件，就無法做到這一點。電阻絲的埋設(shè)深度直接影響到徑向熱功的傳遞。如果埋設(shè)深度過深，徑向熱功傳遞性能大幅降低，管材表面得到的焊接熱功大幅減小，影響管材表面的熔融效果，從而影響焊接質(zhì)量。筆者認為，電阻絲的埋設(shè)深度不得大於0.5mm甚至應(yīng)更低，這一技術(shù)指標也應(yīng)在標準中進行強制限定，否則現(xiàn)場會留下很多事故隱患，威脅管網(wǎng)的安全。

    焊接電壓、焊接時間的確定

    焊接電壓和焊接時間是電熔管件必給的參數(shù)。焊接時間是根據(jù)固有熱功和焊接功率來確定。焊接電壓的確定有兩種方法：一是按照慣例定為39.5V，這樣做的好處是兼顧到了老式焊機，不利之處是，它沒有考慮加熱速度，往往容易使管件焊噴；二是先確定功率密度，再根據(jù)焊接功率來確定焊接電壓。這樣做的好處是，既保證了固有熱功的實現(xiàn)又保證了加熱速度的優(yōu)化，焊接效果比較理想，不會過焊和噴漿。但確定出來的焊接電壓就不是39.5V，只有39.5V固定輸出的老焊機就不能用。筆者認為，這種方法更科學(xué)一些。

    電熔管件的設(shè)計完夠給出一套完整的設(shè)計原則和計算方法，所有的參數(shù)都可以通過優(yōu)化計算*確定，這些參數(shù)也*可以作為標準的強制條款進行實施。因此，筆者建議標準的組織與歸口單位，盡快對上述2個標準進行修訂，組織一批既精通電氣技術(shù)又懂PE性能的技術(shù)專家，對“電熔管件的設(shè)計和電氣性能部分”進行修改和增補，爭取新頒發(fā)的標準既符合科學(xué)性，又有統(tǒng)一性和性，更有可操作性，對行業(yè)真正起到統(tǒng)一和規(guī)范的作用。