CC BY
4DOI: 10.24412М-37269-2024-1 -66-69
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ЭЛЕКТРОМУФТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ
Ботвин Г.В., Данзанова Е.В., Петров Д.Д.
ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск [email protected]
В работе приведены описания разработок методик испытаний, использующихся при контроле качества сварных соединений полиэтиленовых труб. Сварные соединения были получены сваркой с помощью деталей с закладным нагревателем. Известно, что существующие методы испытаний являются недостаточно информативными. В связи с этим разработаны новые методики испытаний на прочность. Показано, что данные методики могут использоваться при разработке новых технологий сварки труб с помощью деталей с закладным нагревателем.
Введение. Сварка с помощью деталей с закладными нагревателями (или электромуфтовая сварка) повсеместно применяется для прокладки трубопроводов из полимерных труб. Часто данный способ сварки оказывается единственным эффективным средством для формирования сложных узлов, а также при ремонтных работах. Процесс электромуфтовой сварки полимерных труб заключается в соединении труб за счет нагрева детали путем подачи напряжения через металлическую спираль, установленную внутри детали (фитинга).
На рис. 1 приведены этапы процесса электромуфтовой сварки. Перед выполнением сварки производится очистка от грязи и циклевка поверхности свариваемых труб. Далее концы труб вводят в электросварной фитинг, сварочный аппарат подключается к контактам фитинга и подает на спираль ток строго определенных параметров. Выделяемое при этом тепло расплавляет полиэтилен, материал пластифицируется и соединяет свариваемые элементы, заполняя пространство между ними. После остывания трубы и соединительная деталь образуют единую конструкцию. Получающееся с помощью данной технологии сварное соединение считается наиболее надежным вариантом сварки полимерных труб.
Рис. 1. Этапы процесса электромуфтовой сварки полимерных труб
Согласно нормативному документу СП 42-103-2003 [1] контроль качества полученных сварных соединений рекомендовано проводить такими видами испытаний как: внешний осмотр, пневматические, испытания на стойкость к сплющиванию, испытания на стойкость
при постоянном внутреннем давлении. Однако данные виды испытаний являются недостаточно информативными и на практике выдерживают даже сварные соединения, выполненные с нарушениями технологии.
Кроме приведенных в СП 42-103-2003 существует способ испытания на определение стойкости к расслоению [2], в котором образцы растягивают на разрывной машине закрепив основной материал трубы с одной стороны и электромуфту с другой (рис. 2). Недостаток этого способа в том, что метод применим для соединений с номинальным внешним диаметром больше или равном 90 мм, также разрушение часто происходит не по сварному шву, а в области основного материала трубы, или в области материала муфты по месту приложения нагрузки.
Рис. 2. Образец и схема испытаний на расслоение
В ИПНГ СО РАН были предложен оригинальный способ испытания муфтового сварного соединения [3], в котором перед сваркой на место будущего шва наносится дефект в виде вещества, препятствующего свариванию поверхностей в этом месте (рис. 3.). Ширина дефекта составляет половину ширины образца, что уменьшает площадь сваренного участка на 50%. При испытаниях такого образца с искусственно уменьшенной площадью сварного шва расслоение происходит именно по сварному шву, а не по основному материалу. Недостатком этого способа является то, дефект наносится перед сваркой и данный способ пригоден для испытаний ранее сваренных соединений.
а) б)
Рис. 3. Подготовка образцов для испытаний: а) схема нанесения дефекта на область сварки полимерной трубы;
б) образец с дефектом
муфта
о
_—-----—
труба Борозда
, 1/4/.
Рис. 4. Схема нанесения борозд на образце муфтового сварного соединения
Также в ИПНГ СО РАН разработан способ испытания муфтового сварного соединения, в котором нанесение дефекта в виде борозд происходит после сварки, перед испытанием муфтового сварного соединения [4]. Путем фрезерования, с обеих сторон образца, на всю длину сварного шва по зоне сплавления прорезаются борозды глубиной равной У ширины образца (рис. 4). Далее проводятся испытания на расслоение согласно ISO 13954. Таким образом, данный вид испытания может применяться при исследованиях ранее сваренных электромуфтовых соединений ПЭ труб.
При исследованиях муфтовых сварных соединений, полученных при различных технологиях, была поставлена задача количественной оценки прочности всей области сварного шва. Для решения данной задачи в ИПНГ СО РАН была предложена методика, суть которой также заключается в уменьшении площади сварки. В отличие от предыдущих методик, здесь определение прочности производится при отрыве сваренного участка муфты от трубы специальными захватами [5]. Подготовка образцов сварных соединений также производится путем фрезерования борозд с двух сторон (рис. 5).
Рис. 5. Образец для испытаний на отрыв: 1 - образец; 2 - борозда
Для испытаний были изготовлены специальные захваты, позволяющие закрепить образец через борозды (рис. 6).
п
Рис. 6. Специальные захваты для испытаний на отрыв растяжением: 3 - рабочая часть; 4 - захват
Рис. 7. Схема испытаний на отрыв растяжением специальными захватами
Захваты устанавливаются в зажимы разрывной испытательной машины (рис. 7). Испытания проводятся путем растяжения до полного отрыва сваренного участка муфты от основного материала трубы образца. При испытаниях фиксируется максимальная нагрузка, которую выдерживает образец. Таким образом, данной методикой можно количественно либо сравнительно определить общую прочность сварного шва по показаниям разрывной машины.
В результате исследований было показано, что существующие методики испытаний недостаточно эффективны при выборе наилучших технологий сварки. На основе испытаний на
расслоение были предложены оригинальные способы испытаний, позволяющие количественно оценить прочность сварных соединений, выполненных при различным режимах сварки. Данные методы вполне успешно можно использовать при разработке новых технологий сварки полимерных труб.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ № 122011100162-9. с использованием научного оборудования Центра коллективного пользования ФИЦЯНЦ СО РАН.
Литература
1. СП 42-103-2003. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. М.: Полимергаз, ФГУП ЦПП, 2004. 86 с.
2. ГОСТ Р 58121.1-2018. Пластмассовые трубопроводы для транспортирования газообразного топлива. Полиэтилен (ПЭ). Часть 1. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2018. 38 с.
3. Способ испытания муфтового сварного соединения полимерных труб: пат. 2457449 Рос. Федерация. № 2011104771/28 / Ботвин Г.В., Данзанова Е.В., Андреев Б.И., Герасимов А.И.; заявл. 09.02.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21.
4. Способ испытания муфтового сварного соединения полимерных труб: пат. 2802888 Рос. Федерация. № 2022130847 / Петров Д.Д., Ботвин Г.В., Старостин Н.П., Данзанова Е.В.; заявл. 17.05.2022; опубл. 05.09.2023, Бюл. № 25.
5. Способ испытания муфтового сварного соединения полимерных труб на отрыв: пат. 2816000 Рос. Федерация. № 2023119010 / Петров Д.Д, Ботвин Г.В., Данзанова Е.В.; заявл. 19.07.2023, опубл. 25.03.2024, Бюл. № 9.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -69-71
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ СУВЕНИРНОЙ ПРОДУКЦИИ
ИЗ БИВНЯ МАМОНТА
Ботвин Г.В., Чириков А.А., Петров В.В., Петухова Е.С., Исакова Т.А., Павлова В.В.,
Соловьев Т.М., Хабаров Д.Р.
ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск [email protected]
Создание изделий из бивня мамонта (БМ) вручную сложная и кропотливая работа, соответственно цена на такие изделия остается высокой. Автоматизации процесса создания изделий из БМ значительно снизит его продолжительность и стоимость готовых изделий. Все большую актуальность с этой точки зрения приобретает внедрение современных цифровых технологий.
Введение. Создание изделий из бивня мамонта вручную сложная и кропотливая работа, соответственно цена на такие изделия остается высокой. Современный уровень развития техники и технологий предопределяет необходимость внедрения новых подходов к созданию недорогой сувенирной продукции. Наибольший интерес с данной точки зрения представляет специализированное автоматическое оборудование, оснащенное числовым программным управлением (ЧПУ) с успехом, применяемое в деревообработке [4, 6].
Создание 3D модели. Для автоматизации производства изделий из кости необходимо создание цифровой трехмерной (3D) модели. 3D модель можно создать с помощью програм-ного обеспечения Zbrush, например, обладающего технологией «скульптинга», которая позволяет имитировать процесс лепки, моделирование идет от простой формы (рис. 1 а, б). Фотограмметрия - еще один из способов создания 3D-модели из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов [1-3,5]. Фотограмметрия позволяет определить
