一、序言

      近年來，塑料管道在燃氣和給水領域得到了赿來赿多的應用。塑料管道從原料上主要分為PVC、PE和PP－R管道三大類。其中PE管道系統以其強度大、剛度高、經久耐用、復合能力和抗斷裂能力強、易于生產和安裝、成本低等優點，占據了市場相當大的分額，并且還處于上升期。特別因為耐腐蝕、柔韌性、連接可靠等突出的優點，在燃氣輸配管網（壓力在1.0MPa以下，不是長途高壓輸氣的主干管線）領域，世界各國都已經公認采用PE管道系統是最佳選擇。加之，因其無毒性、內壁光滑阻力小、使用壽命長、重量輕、安裝勞動強度低、施工費用少、抗震性能強、材質柔韌性好等特點，PE管道系統也越來越受到供水企業、市政建設的歡迎與親睞，使其具有了良好的應用前景和顯著的經濟、社會效益。
  二、選擇高性能電熔焊機的必要性
      隨著PE管道系統在燃氣和給水領域的廣泛應用，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，管道接頭的焊接質量在管道系統中占有舉足輕重的地位，為了減少人為因素對管道焊接質量的影響，提高焊接設備的可靠性就成了改善焊接質量的主要途徑。因此，焊接設備的自動化程度、焊接的穩定性是管件廠家及施工單位選擇高性能焊機的主要指標。 
      另一方面由于管道焊接多數是野外施工，施工環境惡劣，電網波動較大，這些都將對管道焊接質量產生影響，這就要求焊接設備要具備寬電源功能，能夠適應不同的電網電壓，保證輸出電壓的穩定，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點，在實際應用中已得到了大力發展和推廣。
      因此，從以上情況分析可以得知，PE管道的快速發展必將使焊接設備也得到較快的增長與發展，電熔焊機在其中必將扮演一個非常重要的角色。
  三、電熔焊機發展情況分析
      1、 電熔焊機發展的國內國際現狀
      電熔焊機的焊接領域主要集中于PE管道行業，進入電熔焊機生產領域的企業大多數是PE管道生產企業或者熱板焊機生產企業，專業的電力電子企業較少涉足該領域。由于電熔焊機能量控制技術屬于變流技術領域，技術門檻相對較高，許多企業的非專業制造導致現階段國產電熔焊機可靠性較差、穩壓精度低，不能適應大范圍的電壓波動。因此PE管道的焊接質量也就無法得到可靠保證。
      現階段國內PE管道生產及施工企業采用的電熔焊機多數是一些國外品牌，進口焊機相對國產焊機在焊接的穩定性及自動化程度上具有一定的優勢，但是其對電網電壓波動適應能力較差(AC220V±15%)。由于我國電網建設相對滯后，在野外施工時電網電壓(包括便攜式發電機供電)波動經常達AC220V±20%，通常情況下電熔焊機在焊接管道時檢測到電網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濟損失。
      隨著PE管材生產技術的不斷發展，對電熔焊機也提出了更高的技術要求：如多段焊接、大功率焊接等。現階段大多數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。而國內部份焊機企業已經開發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三種不同的規格，滿足了不同口徑管件的焊接要求。
      2、 電熔焊機國家標準起草情況簡介
      為了規范國內的焊機市場，全國塑料制品標準化委員會(SCA/TC48)塑料管材管件及閥門分技術委員會(TC48/SC3) 于2004年4月啟動了電熔焊機國家標準《塑料管材和管件聚乙烯系統融熔連接設備 第二部份：電熔連接》的制定工作，參與該標準起草的單位分別是西安塑龍熔接設備有限公司、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、生產、銷售電熔焊機的內資企業。
      國家標準《塑料管材和管件 聚乙烯系統融熔連接設備 第二部份：電熔連接》從我國國情出發，并參照ISO12176-2國際標準，從啟動起草工作至標準報批稿的完成，共經過了西安、大連、北京、無錫、杭州、都江堰六次會議，參會單位在標準制定過程中，根據電熔焊機在我國的發展現狀，提出了許多建設性意見，為標準的順利制定作出了積極努力。
      電熔焊機國家標準的制定必將對國內電熔焊機市場的規范起到重要作用，同時為管材和管件的連接質量提供更高的質量保證。
  四、怎樣選擇電熔焊機
      1、 電熔焊機的分類
      現在市場上的電熔焊機主要有三種類型：變壓器抽頭調壓、晶閘管調壓、可關斷功率 (IGBT、IPM、GTR)高頻開關器件調壓。
      變壓器抽頭調壓是一種十分粗糙的控制方式。在PE管道發展初期得到了廣泛的應用，但是由于變壓器的抽頭數不可能太多，因此調壓精度不高，對電網電壓、管件阻值等因素變化引起的輸出電壓波動無法實現調節，屬于開環控制。而要得到良好的管件焊接質量，這種控制方式是無法實現的。因此，隨著PE壓力管道焊接質量要求的提高，這種調壓方式已逐漸退出市場。
      晶閘管調壓是一種目前普遍采用的方案，國外產品基本采用此方案。這種方案的優點是控制精度高，對電網電壓波動、管件阻值變化等各種擾動量通過無靜差的閉環控制可以得到消除，對環境溫度可以進行加熱時間或能量上的補償，是一個經濟、可靠的技術方案。 可關斷高頻開關器件調壓的最大優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壓方案有所減小，這一體積和重量上的優勢，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，晶閘管調壓是目前電熔焊機普遍采用的方案，相對其它兩種調壓方式在技術、價格等方面具有一定的優勢，是一種符合我國國情的質優價廉的PE管道焊接設備。
      2、 電熔焊機的結構
      電熔焊機在野外的運輸和現場操作，很可能降低電熔焊機的性能，所以優質的焊機在設計時就已經考慮了將化學腐蝕或機械損傷的風險降到最低，同時由于在運輸和操作期間可能因踫撞而損傷控制面板，所以控制面板的設計也應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部電路故障，電熔焊機的外殼防護等級應達到IP54,即防塵、防濺水。
      所以，只有當電熔焊機具備了以上結構特點后才是適合野外焊接作業的優質焊機。
      3、 電熔焊機的性能要求
      ⑴ 電源要求
      電熔焊機主要用于野外使用，因此要求其在電網供電或發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電機，應避免發電機的諧波、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。由于我國電網波動較大，要保證焊接過程連續進行，并保證可靠的焊接質量，應選擇具有更寬電源調節范圍(±20%)的電熔焊機。
      ⑵ 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，一般是正溫度系數，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累積，避免管件由于能量增長過快或能量分布不均勻而導致管件碳化，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在設定電壓的±1.5%以內，但不得超過±0.5V，同時要求其瞬時電流不得超過100A。
      ⑶ 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，如經過一個交流周期時間 ，它們在電阻上所產生的熱量是相等的，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。
      ⑷ 能量補償要求
      環境溫度變化會影響焊接時能量的消耗。因此，焊機要具備環境溫度補償功能，即電熔焊機能夠根據環境溫度及時調整焊接時間。
      電熔焊機環境溫度測量系統測量的環境溫度值與環境溫度的真實值的精度應保證在±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，從而保證焊接質量。
      ⑸ 焊接可追溯性
      電熔焊機是保證壓力管道焊接質量的重要設備，其焊接時的數據必須能夠保存，便于追溯查閱。
      電熔焊機內部必須設計有數據存儲電路和數據輸出電路，用來存儲焊接結果、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據存貯和通訊功能，從而將焊接數據上載到計算機進行存檔管理。
      4、 電熔焊機的安全要求
      為了保證操作者、焊接設備的安全，電熔焊機應滿足以下安全要求：
      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，熔接過程應當中斷；當輸入電源的頻率超過允許范圍的時間大于5S，熔接過程也應當中斷。
      ⑵ 輸出電源
      電熔焊機的輸出電源電壓超過設定值的±2%，且持續時間超出額定熔接時間的5%，最長3S時，應當中斷熔接過程。
      電熔焊機通過輸出電纜在整個熔接過程中，應始終監測電路通斷性，當輸出回路有中斷(開路)產生，電熔焊機應在1S之內關斷，并顯示錯誤信息。
      ⑶ 管件阻值檢測
      為了保證操作者的安全，電熔焊機應具有管件阻值檢測功能，當管件電阻值大于200Ω時電熔焊機應不能啟動工作。