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：聚乙烯管道焊接質量關系到燃氣管網輸配系統的安全和使用壽命。利用TMS工程移動應用信息化系統，實現了焊接記錄數據電子化永久儲存及焊接記錄數據自動校驗，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量評定提供參考和借鑒。

關鍵詞：聚乙烯管道；焊接；數據；檢閱；質量評定；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、柔韌性好、焊接性能好等諸多優點，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（以下簡稱港華燃氣）下屬130余家燃氣企業，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量，保障城市燃氣輸配安全，是公司極為關注的問題。

PE管道焊接質量直接關系到燃氣管網輸配系統的安全和使用壽命。為實現PE管道焊接品質控制與品質保證，除了通過加強管材、管件的材料品質控制，全面應用符合標準的全自動焊機，規范焊接人員的操作過程，明確焊接質量檢查標準等舉措，特別應用港華TMS（Towngas Management System， TMS）工程移動應用信息化系統（以下簡稱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接口質量的無損檢測技術[1]。筆者重點介紹TMS系統自動校驗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

焊機是用來對PE管材/管件進行熱熔/電熔焊接的專用設備，全自動焊接設備能保證焊接操作的一致、可靠、可重復。熱熔全自動焊機設定國內外成熟應用的焊接工藝參數，自動完成加熱卷邊、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，管件生產廠家將電阻、焊接電壓、時間等工藝參數編入管件條形碼中，焊接時使用掃碼槍掃碼后解碼器自動讀取管件信息及設置焊接參數。

焊接記錄真實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行永久保存和自動檢閱，可以協助企業提升工程PE焊接質量管理。

1.1 與全自動熱熔焊機的連接

熱熔焊機的液壓系統穩壓性能是衡量其質量好壞的一個重要指標，即焊機實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量的關鍵，如Pg過高，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。”因此，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，系統對壓力參數進行自動校驗，監控焊機液壓系統控制精度及穩定性；將溫度、抽板時間、加熱時間、冷卻時間等參數作為記錄指標，供焊接質量監督及后續追溯焊口質量。

1.2 與全自動電熔焊機的連接

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，以此衡量每個接口焊接質量的合格性。借鑒這一經驗，選擇電熔焊接時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、加熱時間等參數作為記錄指標。同時，開展了以下工作。

（1）聯合供應商開展大量焊接試驗，以確定不同品牌的焊機焊接不同品牌、規格的電熔管件時該管件應當產生的能量范圍，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，系統自動給出提示，幫助監督人員關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性、準確性、真實性及工作效率。

2 實施經驗

TMS系統于2017年上線啟用，目前已在港華集團130余家企業全面使用，上傳熱熔焊接記錄數據超過10萬條，上傳電熔焊接數據超過8萬條。

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，而是記錄焊接實際壓力值，系統自動檢閱時，將焊接壓力實際值Ps減去拖動壓力滑動值P t來計算界面凈作用力Pg。即：

熱熔焊接熔接壓力合格判斷條件為：

熱熔焊接數據通過接口傳到TMS系統后，系統首先對焊接數據進行解碼，同時自動根據上述公式對Pg進行判斷，如超過目標范圍，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、抽板切換時間、加熱時間、冷卻時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量問題，要求對熔接壓力超標的焊口做進一步的外觀檢查，必要時做破壞性試驗，并要求使用者及時聯系焊機供應商進行檢修。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行校驗，要求管件供應商通過大量試驗及結合設計方案確定該管件焊接能量范圍，同時系統記錄焊口號、焊接電壓、焊接時間、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、監理方著重進行外觀檢查，必要 時進行破壞性試驗，同時也對管件供應商供貨的一致性、焊機性能的穩定性進行了復核和校驗。表 2為電熔焊接記錄及焊接數據檢閱情況。

3 未來展望

借助TMS系統存儲PE管道焊接記錄，將原來的紙質焊接記錄轉為信息化數據，解決了熱敏紙質焊接記錄難以久存難題，又能以信息化的焊接記錄數據進行焊接參數自動檢閱，做到及時、真實、長久保留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、可追溯的數據資料；同時，可以清晰、直觀的判斷焊接結果是否在要求范圍內，為焊工自查PE焊口焊接質量、監理方及甲方監督PE焊口焊接質量、上級主管部門遠程監管PE焊口焊接質量提供了真實和便利的工具。

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力和發展方向，已經成為引領創新、驅動轉型、塑造優勢的先導力量，正深刻改變著包括燃氣行業在內的所有行業。 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器中，作為構建燃氣管網信息化全生命周期管理的重要一環，未來為燃氣工程建設質量AI評估、燃氣管網資產AI風險評估等燃氣行業人工智能應用場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和評價方法[J].中國塑料， 2011(7)： 48-53.

作者簡介：席丹，大學本科，高級工程師，就職于港華投資有限公司，長期從事燃氣工程管理工作。聯系方式： 13510383772， echo.xi @towngas.com.cn。