隨著PE管道系統(tǒng)在燃氣和給水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，PE管道的連接成為了一個不可避免的課題。
一方面由于燃氣及給水用PE管道屬于壓力管道，管道接頭的焊接質(zhì)量在管道系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，為了減少人為因素對管道焊接質(zhì)量的影響，提高焊接設(shè)備的可靠性就成了改善焊接質(zhì)量的主要途徑。因此，焊接設(shè)備的自動化程度、焊接的穩(wěn)定性是管件廠家及施工單位選擇高性能焊機的主要指標(biāo)。
另一方面由于管道焊接多數(shù)是野外施工，施工環(huán)境惡劣，電網(wǎng)波動較大，這些都將對管道焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，這就要求焊接設(shè)備要具備寬電源功能，能夠適應(yīng)不同的電網(wǎng)電壓，保證輸出電壓的穩(wěn)定，并具有較輕的重量，便于野外搬運。
目前比較成熟的PE管焊接技術(shù)包括熱熔焊接和電熔焊接。其中屬于電熔焊接的電熔管件熔融焊接，由于便于搬運，操作簡單，焊接速度快，人為因素對焊接效果影響小，能有效提高焊口安全性等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中已得到了大力發(fā)展和推廣。
因此，從以上情況分析可以得知，PE管道的快速發(fā)展必將使焊接設(shè)備也得到較快的增長與發(fā)展，電熔焊機在其中必將扮演一個非常重要的角色。
電熔焊機發(fā)展情況分析
電熔焊機發(fā)展的國內(nèi)國際現(xiàn)狀
電熔焊機的焊接領(lǐng)域主要集中于PE管道行業(yè)，進入電熔焊機生產(chǎn)領(lǐng)域的企業(yè)大多數(shù)是PE管道生產(chǎn)企業(yè)或者熱板焊機生產(chǎn)企業(yè)，專業(yè)的電力電子企業(yè)較少涉足該領(lǐng)域。由于電熔焊機能量控制技術(shù)屬于變流技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)門檻相對較高，許多企業(yè)的非專業(yè)制造導(dǎo)致現(xiàn)階段國產(chǎn)電熔焊機可靠性較差、穩(wěn)壓精度低，不能適應(yīng)大范圍的電壓波動。因此PE管道的焊接質(zhì)量也就無法得到可靠保證。
現(xiàn)階段國內(nèi)PE管道生產(chǎn)及施工企業(yè)采用的電熔焊機多數(shù)是一些國外品牌，進口焊機相對國產(chǎn)焊機在焊接的穩(wěn)定性及自動化程度上具有一定的優(yōu)勢，但是其對電網(wǎng)電壓波動適應(yīng)能力較差(AC220V15%)。由于我國電網(wǎng)建設(shè)相對滯后，在野外施工時電網(wǎng)電壓(包括便攜式發(fā)電機供電)波動經(jīng)常達AC220V20%，通常情況下電熔焊機在焊接管道時檢測到電網(wǎng)電壓超范圍后將會報警停機。由于塑料管件均是一次性焊接，如果中途停機將會使管件報廢，從而給施工單位造成較大的經(jīng)濟損失。
隨著PE管材生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對電熔焊機也提出了更高的技術(shù)要求：如多段焊接、大功率焊接等?，F(xiàn)階段大多數(shù)進口電熔焊機功率均為3.5kW，且不具備多段可編程焊接功能。而國內(nèi)部份焊機企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了多階段可編程焊接功能和大功率焊機，如四川英杰電氣有限公司開發(fā)的IEFD電熔焊機就具有10階段可編程焊接功能，并有3.5kW、8kW、12kW三種不同的規(guī)格，滿足了不同口徑管件的焊接要求。
電熔焊機國家標(biāo)準起草情況簡介
為了規(guī)范國內(nèi)的焊機市場，全國塑料制品標(biāo)準化委員會(SCA/TC48)塑料管材管件及閥門分技術(shù)委員會(TC48/SC3) 于2004年4月啟動了電熔焊機國家標(biāo)準《塑料管材和管件聚乙烯系統(tǒng)融熔連接設(shè)備 第二部份：電熔連接》的制定工作，參與該標(biāo)準起草的單位分別是西安塑龍熔接設(shè)備有限公司、亞大塑料制品有限公司、四川英杰電氣有限公司、港華輝信工程塑料(中山)有限公司，其中四川英杰電氣有限公司是唯一自主研發(fā)、生產(chǎn)、銷售電熔焊機的內(nèi)資企業(yè)。
國家標(biāo)準《塑料管材和管件 聚乙烯系統(tǒng)融熔連接設(shè)備 第二部份：電熔連接》從我國國情出發(fā)，并參照ISO12176-2國際標(biāo)準，從啟動起草工作至標(biāo)準報批稿的完成，共經(jīng)過了西安、大連、北京、無錫、杭州、都江堰六次會議，參會單位在標(biāo)準制定過程中，根據(jù)電熔焊機在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了許多建設(shè)性意見，為標(biāo)準的順利制定作出了積極努力。
電熔焊機國家標(biāo)準的制定必將對國內(nèi)電熔焊機市場的規(guī)范起到重要作用，同時為管材和管件的連接質(zhì)量提供更高的質(zhì)量保證。
怎樣選擇電熔焊機
電熔焊機的分類
現(xiàn)在市場上的電熔焊機主要有三種類型：變壓器抽頭調(diào)壓、晶閘管調(diào)壓、可關(guān)斷功率 (IGBT、IPM、GTR)高頻開關(guān)器件調(diào)壓。
變壓器抽頭調(diào)壓是一種十分粗糙的控制方式。在PE管道發(fā)展初期得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于變壓器的抽頭數(shù)不可能太多，因此調(diào)壓精度不高，對電網(wǎng)電壓、管件阻值等因素變化引起的輸出電壓波動無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)，屬于開環(huán)控制。而要得到良好的管件焊接質(zhì)量，這種控制方式是無法實現(xiàn)的。因此，隨著PE壓力管道焊接質(zhì)量要求的提高，這種調(diào)壓方式已逐漸退出市場。
晶閘管調(diào)壓是一種目前普遍采用的方案，國外產(chǎn)品基本采用此方案。這種方案的優(yōu)點是控制精度高，對電網(wǎng)電壓波動、管件阻值變化等各種擾動量通過無靜差的閉環(huán)控制可以得到消除，對環(huán)境溫度可以進行加熱時間或能量上的補償，是一個經(jīng)濟、可靠的技術(shù)方案。 可關(guān)斷高頻開關(guān)器件調(diào)壓的最大優(yōu)點是由于采用了高頻變壓器使整機重量、體積相對于晶閘管調(diào)壓方案有所減小，這一體積和重量上的優(yōu)勢，對于3KW以上功率焊機在野外施工和搬運有利，缺點是成本相對略高，設(shè)計時可靠性和高頻干擾是難以解決的問題。
從以上分析可以看出，晶閘管調(diào)壓是目前電熔焊機普遍采用的方案，相對其它兩種調(diào)壓方式在技術(shù)、價格等方面具有一定的優(yōu)勢，是一種符合我國國情的質(zhì)優(yōu)價廉的PE管道焊接設(shè)備。
電熔焊機的結(jié)構(gòu)
電熔焊機在野外的運輸和現(xiàn)場操作，很可能降低電熔焊機的性能，所以優(yōu)質(zhì)的焊機在設(shè)計時就已經(jīng)考慮了將化學(xué)腐蝕或機械損傷的風(fēng)險降到最低，同時由于在運輸和操作期間可能因踫撞而損傷控制面板，所以控制面板的設(shè)計也應(yīng)具有防止踫撞的保護措施。
電熔焊機在野外使用時，容易遇到惡劣的天氣，為了防止野外使用時飛揚的塵土或雨水濺入電熔焊機造成焊機內(nèi)部電路故障，電熔焊機的外殼防護等級應(yīng)達到IP54,即防塵、防濺水。
所以，只有當(dāng)電熔焊機具備了以上結(jié)構(gòu)特點后才是適合野外焊接作業(yè)的優(yōu)質(zhì)焊機。
電熔焊機的性能要求
?、?電源要求
電熔焊機主要用于野外使用，因此要求其在電網(wǎng)供電或發(fā)電機供電情況下均能正常工作，如果電熔焊機使用的是便攜式發(fā)電機，應(yīng)避免發(fā)電機的諧波、自感、互感的干擾，同時輸入電壓的允許偏差不得低于電熔焊機額定電壓的15%。這些都是對電熔焊機的最低要求。由于我國電網(wǎng)波動較大，要保證焊接過程連續(xù)進行，并保證可靠的焊接質(zhì)量，應(yīng)選擇具有更寬電源調(diào)節(jié)范圍(20%)的電熔焊機。
?、?能量輸出要求
電熔焊機在熔接過程中，要保證輸出能量平穩(wěn)增長，滿足管件熔融要求，必須采用恒電壓、恒電流或恒功率的控制方式。
電熔管件電阻絲的阻值是電阻絲溫度的函數(shù)，一般是正溫度系數(shù)，即溫度越高，阻值越大，為了保證管件在加熱過程中能量均勻傳遞和平穩(wěn)累積，避免管件由于能量增長過快或能量分布不均勻而導(dǎo)致管件碳化，采用恒電壓控制方式是最好的選擇，進口電熔焊機也均是采用恒壓控制方式。
選擇恒壓控制的電熔焊機要求其輸出電壓的允許偏差應(yīng)在設(shè)定電壓的1.5%以內(nèi)，但不得超過0.5V，同時要求其瞬時電流不得超過100A。
?、?有效值要求
電熔焊機是對管件加熱所需的溫度(能量)進行控制，因此必須引入電流、電壓或功率的有效值負反饋，之所以采用有效值負反饋是因為有效值是度量任意波形電能發(fā)熱量的物理量(有效值定義：交流電流的有效值是指在同一電阻中分別通以直流電流或交流電流，如經(jīng)過一個交流周期時間 ，它們在電阻上所產(chǎn)生的熱量是相等的，則將該直流電流的大小作為交流電流的有效值)。
有效值能夠真實的反映管件焊接時產(chǎn)生的能量，所以一臺真正意義上的焊機必須具有有效值功能或者具備有效值、平均值雙重功能。
?、?能量補償要求
環(huán)境溫度變化會影響焊接時能量的消耗。因此，焊機要具備環(huán)境溫度補償功能，即電熔焊機能夠根據(jù)環(huán)境溫度及時調(diào)整焊接時間。
電熔焊機環(huán)境溫度測量系統(tǒng)測量的環(huán)境溫度值與環(huán)境溫度的真實值的精度應(yīng)保證在1℃，因此電熔焊機必須采用高精度的溫度傳感器，將溫度信號通過測量輔助電路采集進入電熔焊機后，和基準溫度進行比較，如果有偏差的話則進行焊接時間補償，從而保證焊接質(zhì)量。
?、?焊接可追溯性
電熔焊機是保證壓力管道焊接質(zhì)量的重要設(shè)備，其焊接時的數(shù)據(jù)必須能夠保存，便于追溯查閱。
電熔焊機內(nèi)部必須設(shè)計有數(shù)據(jù)存儲電路和數(shù)據(jù)輸出電路，用來存儲焊接結(jié)果、管件情況和操作者情況。為了實施焊接可追溯性，電熔焊機還要具備焊接數(shù)據(jù)存貯和通訊功能，從而將焊接數(shù)據(jù)上載到計算機進行存檔管理。
電熔焊機的安全要求
為了保證操作者、焊接設(shè)備的安全，電熔焊機應(yīng)滿足以下安全要求：
⑴ 輸入電源
電熔焊機的輸入電源電壓超過允許范圍的時間大于5S，熔接過程應(yīng)當(dāng)中斷；當(dāng)輸入電源的頻率超過允許范圍的時間大于5S，熔接過程也應(yīng)當(dāng)中斷。
?、?輸出電源
電熔焊機的輸出電源電壓超過設(shè)定值的2%，且持續(xù)時間超出額定熔接時間的5%，最長3S時，應(yīng)當(dāng)中斷熔接過程。
電熔焊機通過輸出電纜在整個熔接過程中，應(yīng)始終監(jiān)測電路通斷性，當(dāng)輸出回路有中斷(開路)產(chǎn)生，電熔焊機應(yīng)在1S之內(nèi)關(guān)斷，并顯示錯誤信息。
?、?管件阻值檢測
為了保證操作者的安全，電熔焊機應(yīng)具有管件阻值檢測功能，當(dāng)管件電阻值大于200Ω時電熔焊機應(yīng)不能啟動工作。
