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(shè)有限公司

摘  要：聚乙烯管道焊接質(zhì)量關(guān)系到燃?xì)夤芫W(wǎng)輸配系統(tǒng)的安全和使用壽命。利用TMS工程移動(dòng)應(yīng)用信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了焊接記錄數(shù)據(jù)電子化永久儲(chǔ)存及焊接記錄數(shù)據(jù)自動(dòng)校驗(yàn)，提升了焊接數(shù)據(jù)檢閱的準(zhǔn)確性和智能化程度，為聚乙烯管道焊接記錄數(shù)字化和焊接質(zhì)量評(píng)定提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：聚乙烯管道；焊接；數(shù)據(jù)；檢閱；質(zhì)量評(píng)定；信息化

聚乙烯（PE）是一種熱塑性材料， PE管相對(duì)于鋼管、鑄鐵管而言，具有耐腐蝕性良好、使用壽命長(zhǎng)、柔韌性好、焊接性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)。

港華集團(tuán)旗下港華燃?xì)庥邢薰�司（以下�?jiǎn)稱(chēng)港華燃?xì)猓┫聦?30余家燃?xì)馄髽I(yè)，每年新建約6 000 km中低壓燃?xì)夤艿�，幾乎全部使用PE管，如何確保管道工程建設(shè)質(zhì)量，保障城市燃?xì)廨斉浒踩�，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?xì)夤芫W(wǎng)輸配系統(tǒng)的安全和使用壽命。為實(shí)現(xiàn)PE管道焊接品質(zhì)控制與品質(zhì)保證，除了通過(guò)加強(qiáng)管材、管件的材料品質(zhì)控制，全面應(yīng)用符合標(biāo)準(zhǔn)的全自動(dòng)焊機(jī)，規(guī)范焊接人員的操作過(guò)程，明確焊接質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)等舉措，特別應(yīng)用港華TMS（Towngas Management System， TMS）工程移動(dòng)應(yīng)用信息化系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TMS系統(tǒng)），記錄操作信息及校驗(yàn)焊機(jī)焊接記錄等加強(qiáng)監(jiān)管，研究應(yīng)用PE接口質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[1]。筆者重點(diǎn)介紹TMS系統(tǒng)自動(dòng)校驗(yàn)PE管道焊接記錄的方式和應(yīng)用案例。

1 信息系統(tǒng)與焊機(jī)的連接分析

焊機(jī)是用來(lái)對(duì)PE管材/管件進(jìn)行熱熔/電熔焊接的專(zhuān)用設(shè)備，全自動(dòng)焊接設(shè)備能保證焊接操作的一致、可靠、可重復(fù)。熱熔全自動(dòng)焊機(jī)設(shè)定國(guó)內(nèi)外成熟應(yīng)用的焊接工藝參數(shù)，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(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)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(shù)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(shè)置焊接參數(shù)。

焊接記錄真實(shí)地反映了焊接工藝參數(shù)執(zhí)行情況，是判斷焊口是否合格的重要參考依據(jù)。以往焊接記錄需打印后人工進(jìn)行焊接記錄與設(shè)定參數(shù)比較，且打印一般使用熱敏紙，難以做到焊接記錄長(zhǎng)期、有效保存。因此，打通焊機(jī)與工程管理信息化系統(tǒng)的接口，利用信息系統(tǒng)對(duì)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(jī)的連接

熱熔焊機(jī)的液壓系統(tǒng)穩(wěn)壓性能是衡量其質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，即焊機(jī)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(duì)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(xiàn)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(jī)的總焊接壓力（Pz）計(jì)算公式為：

式中： Pt為變量，隨被焊管材的規(guī)格、長(zhǎng)度的不同而變化； Pg應(yīng)與焊接工藝規(guī)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(tǒng)熔接設(shè)備 第1部分》規(guī)定：“熱熔對(duì)接焊機(jī)應(yīng)具有拖動(dòng)壓力補(bǔ)償功能，且施加在管材端部的界面凈作用力應(yīng)在規(guī)定焊接壓力的±20％范圍內(nèi)�！币虼耍�選擇熔接壓力校驗(yàn)作為信息系統(tǒng)與熱熔焊機(jī)連接的主校驗(yàn)規(guī)則，系統(tǒng)對(duì)壓力參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，監(jiān)控焊機(jī)液壓系統(tǒng)控制精度及穩(wěn)定性；將溫度、抽板時(shí)間、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間等參數(shù)作為記錄指標(biāo)，供焊接質(zhì)量監(jiān)督及后續(xù)追溯焊口質(zhì)量。

1.2 與全自動(dòng)電熔焊機(jī)的連接

參考標(biāo)準(zhǔn)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?xì)庥镁垡蚁┕懿暮凸芗?nbsp;第4部分：帶加熱件的電熔管件）中的有關(guān)規(guī)定，分析認(rèn)為電熔接口焊接記錄中的焊接能量參數(shù)尤為重要，必須要掌握電熔管件供應(yīng)商設(shè)計(jì)的焊接能量數(shù)據(jù)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(yàn)，選擇電熔焊接時(shí)的焊接能量作為信息系統(tǒng)與電熔焊機(jī)連接的主校驗(yàn)規(guī)則，電阻、電壓、加熱時(shí)間等參數(shù)作為記錄指標(biāo)。同時(shí)，開(kāi)展了以下工作。

（1）聯(lián)合供應(yīng)商開(kāi)展大量焊接試驗(yàn)，以確定不同品牌的焊機(jī)焊接不同品牌、規(guī)格的電熔管件時(shí)該管件應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生的能量范圍，并據(jù)此在TMS系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)置能量校驗(yàn)規(guī)則。據(jù)ISO 11413―2008 Annex B，圖 1（a）為供應(yīng)商設(shè)計(jì)的電熔管件需要溫度補(bǔ)償，圖 1（b）不需要，故前者需要在后臺(tái)設(shè)置時(shí)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)溫度能量范圍。

（2）解碼電熔焊機(jī)的焊接數(shù)據(jù)，將焊接記錄傳輸?shù)絋MS系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別及判斷焊接記錄的有效性，對(duì)于不在能量偏差范圍內(nèi)的焊接記錄，系統(tǒng)自動(dòng)給出提示，幫助監(jiān)督人員關(guān)注這些異常記錄的焊口。系統(tǒng)與焊機(jī)的連接大大提高了記錄檢查的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、真實(shí)性及工作效率。

2 實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

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

2.1 熱熔焊接數(shù)據(jù)檢閱

對(duì)于熱熔焊接記錄，系統(tǒng)校驗(yàn)熔接壓力目標(biāo)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(jī)解碼出的數(shù)據(jù)并未直接計(jì)算界面凈作用力Pg，而是記錄焊接實(shí)際壓力值，系統(tǒng)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(jì)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(shù)據(jù)通過(guò)接口傳到TMS系統(tǒng)后，系統(tǒng)首先對(duì)焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，同時(shí)自動(dòng)根據(jù)上述公式對(duì)Pg進(jìn)行判斷，如超過(guò)目標(biāo)范圍，則系統(tǒng)提示焊接結(jié)果超出范圍。此外，系統(tǒng)還將焊口號(hào)、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(shù)數(shù)字化并在系統(tǒng)中永久保存，以便追溯。如某公司上傳至TMS系統(tǒng)的焊接數(shù)據(jù)，系統(tǒng)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)界面凈作用力Pg超出范圍，據(jù)此判定該臺(tái)熱熔焊機(jī)可能存在質(zhì)量問(wèn)題，要求對(duì)熔接壓力超標(biāo)的焊口做進(jìn)一步的外觀(guān)檢查，必要時(shí)做破壞性試驗(yàn)，并要求使用者及時(shí)聯(lián)系焊機(jī)供應(yīng)商進(jìn)行檢修。表 1為某公司熱熔焊接記錄及焊接數(shù)據(jù)檢閱情況。

2.2 電熔焊接數(shù)據(jù)檢閱

TMS系統(tǒng)中電熔焊接數(shù)據(jù)是以某管件實(shí)際焊接能量值與管件供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)能量范圍相比較進(jìn)行校驗(yàn)，要求管件供應(yīng)商通過(guò)大量試驗(yàn)及結(jié)合設(shè)計(jì)方案確定該管件焊接能量范圍，同時(shí)系統(tǒng)記錄焊口號(hào)、焊接電壓、焊接時(shí)間、電阻值等其他焊接參數(shù)數(shù)字化數(shù)據(jù)并在系統(tǒng)中永久保存，以便追溯。對(duì)于能量超范圍 的焊口要求施工方、監(jiān)理方著重進(jìn)行外觀(guān)檢查，必要 時(shí)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)管件供應(yīng)商供貨的一致性、焊機(jī)性能的穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核和校驗(yàn)。表 2為電熔焊接記錄及焊接數(shù)據(jù)檢閱情況。

3 未來(lái)展望

借助TMS系統(tǒng)存儲(chǔ)PE管道焊接記錄，將原來(lái)的紙質(zhì)焊接記錄轉(zhuǎn)為信息化數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)進(jìn)行焊接參數(shù)自動(dòng)檢閱，做到及時(shí)、真實(shí)、長(zhǎng)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(shù)據(jù)資料；同時(shí)，可以清晰、直觀(guān)的判斷焊接結(jié)果是否在要求范圍內(nèi)，為焊工自查PE焊口焊接質(zhì)量、監(jiān)理方及甲方監(jiān)督PE焊口焊接質(zhì)量、上級(jí)主管部門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)管PE焊口焊接質(zhì)量提供了真實(shí)和便利的工具。

以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能所代表的信息化、數(shù)字化展現(xiàn)的強(qiáng)大生產(chǎn)力和發(fā)展方向，已經(jīng)成為引領(lǐng)創(chuàng)新、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型、塑造優(yōu)勢(shì)的先導(dǎo)力量，正深刻改變著包括燃?xì)庑袠I(yè)在內(nèi)的所有行業(yè)。 PE管道焊接記錄信息化將焊接記錄轉(zhuǎn)化為大數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在云服務(wù)器中，作為構(gòu)建燃?xì)夤芫W(wǎng)信息化全生命周期管理的重要一環(huán)，未來(lái)為燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)質(zhì)量AI評(píng)估、燃?xì)夤芫W(wǎng)資產(chǎn)AI風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等燃?xì)庑袠I(yè)人工智能應(yīng)用場(chǎng)景提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 席丹，喬濤. 提高PE燃?xì)夤芎附淤|(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(píng)價(jià)方法[J].中國(guó)塑料， 2011(7)： 48-53.

作者簡(jiǎn)介：席丹，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，就職于港華投資有限公司，長(zhǎng)期從事燃?xì)夤こ坦芾砉ぷ�。�?lián)系方式： 13510383772， echo.xi @towngas.com.cn。