Сварка полиэтиленовых газопроводов с применением фитингов с закладными нагревателями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.791.46

В. А. СОКОЛОВ Е. А. БОНДАРЕНКО

Омский государственный технический университет

СВАРКА ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ГАЗОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИТИНГОВ С ЗАКЛАДНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

Рассмотрены результаты исследования причин снижения стабильности качества сварных соединений полиэтиленовых труб соединительными деталями с закладными нагревателями, предложены рекомендации по улучшению качества таких соединений при строительстве газопроводных сетей.

Ключевые слова: газопровод, фитинг с закладным нагревателем, сварное соединение, механические испытания.

При строительстве газопроводов из полиэтилена, одним из разрешенных нормативными документами видов сварки, является сварка труб при помощи муфт с закладными электронагревателями, а также присоединение к трубе таким же способом седельных отводов. В целом такие соединения достаточно надежны в эксплуатации, главным образом из-за того, что соединения в силу конструкции соединительных деталей, как правило, не несут существенной механической нагрузки. Особенности конструкции таких соединительных деталей не позволяют осуществлять неразрушающий контроль их сварных соединений физическими методами. Вхоже время изучение вопроса механической прочности таких соединений представляет определенный практический интерес, поскольку такие соединения в процессе эксплуатации газопроводов могут подвергаться силовым нагрузкам, например, при подвижках грунта, при работе седло-вых отводов в качестве отсекающих задвижек и т.п.

Механические показатели соединений трубы с помощью муфт, согласно нормативным документам, определяются испытанием на сплющивание, а седло-вых отводов при испытании на отрыв, с фиксацией характера отслоения и значений усилий отрыва. При этом величина предельного значения усилия отрыва но регламентируется.

Поскольку цена соединительных деталей с закладными нагревателями достаточно высока, проведение экспериментов, связанных с механическими испытаниями таких деталей, является весьма дорогостоящим процессом. Поэтому данные эксперименты были выполнены путем анализа результатов механических испытаний образцов, сваренных при дрпускных испытаниях сварщиков в аттестационном центре системы НАКС. Контроль соблюдения условий сварки и параметров режима осуществляли наблюдением за выполнением операций сварщиками, а также по распечаткам цикла сварки, выдаваемым сварочным аппаратом. Общий объем анализа результатов механических испытаний составил около 60 образцов муфтовых соединений и 30 образцов соединений седловых отводов. Испытания подвергались му(|гговые соединения трубдиаметромбЗн 1 IO.mm.cSDRI 1 с помощью муфт и седельных отводов производства ОАО «Снбгазап-парат» и фирмы «Фриатек».

Анализ результатов испытаний названных соединений муфт на сплющивание показал достаточную стабильность качества соединений, в то время как при испытаниях седельных отводов на отрыв был отмечен значительный разброс качества соединений и отсутствие закономерностей в значениях усилия отрыва, при отсутствии отклонений параметров режима сварки и условий выполнения сварного соединения.

Кроме того, были проведены дополнительные испытания седловых отводов на динамическое нагружение (стойкость к удару) соединений срезывающей нагрузкой, которые также показали на высокий про-це»тт хрупкого отслоения соединительных элементов от трубы.

Как показал анализ выполненных экспериментов, причиной нестабильности прочностных показателей сварных соединений трубы с седловым отводом, на наш взгляд является отличие условий образования соединений от, казалось бы, подобных им при сварке с помощью муфт с закладными нагревателями.

Как показано в работе [ 11, основной гарантией получения качественного сварного соединения при стыковой сварке нагретым инструментом является организация и осуществление направленного течения расплава полимера из плоскости стыка. В процессе течения расплава происходит выдавливание из плоскости стыка окисленных слоев и перемешивание на макро и микроуровнях, вступающих в контакт расплавленных слоев соединяемых заготовок, в процессе совместного остывания которых и образуется сварное соединение со стабильными прочностными параметрами.

В случае сварки с применением муфт с закладными нагревателями, условия для перемешивания расплава за счет макропотоков существенно сокращается. Тем не менее, возможности для перемешивания расплава в микрообъемах остаются за счет того, что при сборке деталей (мус|гт), согласно правилам, отработанным на многочисленных опытах в зарубежной и отечественной практике, между наружной поверхностью труб и внутренней поверхностью муфты, оставляется зазор в пределах 0,1 -0,3 мм, который определяется требованием свободного совмещения деталей от руки (2). При таком условии сборки в про-

ОМС ГИЙ НАУЧНЫЙ МС1НИ* т 1 071. ?009

*

I

цессе нагрева труб от излучения закладного элемента, труба вначале расширяется в местах контакта с нагревателем, приобретая, благодаря наличию в муфте трех «холодных» зон, криволинейную (бочкообразную) форму по образующей трубы. В результате создаются условия для микротечений расплава от середины «горячих» зон к «холодным».

При нарушении этих условий, например, при слишком плотном исходном контакте трубы и муфты, расплав выдавливается из зоны соединения с последующим образованием в плоскости соединения растягивающих напряжений, которые в условиях длительной эксплуатации могут привести к нарушению герметичности сварного соединения.

Превышение же исходного зазора более 0,5 мм приводит к снижению глубины проплавления стенки трубы и уменьшению микропотоков перемешивания, что может быть обнаружено лишь при механических испытаниях соединения (на сплющивание). Точное же соблюдение указанных правил сборки позволяет получать достаточно стабильное качество муфтовых сварных соединений (3).

Еще более сложными получаются условия образования соединений при сварке трубы и седло-вого отвода с закладным нагревателем. При таком соединении, передсваркой седловой отвод удерживается на поверхности трубы с помощью механической фиксации специальными струбцинами или хомутами, предусмотренными конструкциями отводов. В этом случае поверхность седелки с закладным нагревателем прижимают к наружной поверхности трубы, что существенно снижает возможности перемешивания расплава в плоскости соединения даже на микроуровне. Кроме того, конструкции крепления седелки зачастую допускают неравномерное прижатие соединяемых поверхностей трубы и седелки. В результате, составляющая мнкрореологическнх процессов образования соединения существенно снижается, а для полного протекания диффузионных процессов в плоскости соединения рекомендуемого времени сварки недостаточно.

В связи с этим для повышения стабильности механических показателей сварного соединения при выполнении сварки седельного отвода могут быть рекомендованы следующие мероприятия:

- обеспечить более тщательную зачистку поверхности трубы от окисленных поверхностных слоев трубы, а также прилежащих к ним слоев с деформированной в процессе экструзии структурой;

- при закреплении присоединяемой детали к трубе необходимо обращать внимание на обеспечение равномерности распределения усилия прижатия по всей поверхности касания;

- для проверки совпадения радиусов кривизны внутренней поверхности детали и наружной поверхности трубы, после ее зачистки следует применять специальные шаблоны.

Библиографический список

1. Зайцев К.И., Бухим В.Е. Влияние реологических процессов и контактной зоне на качество сварных соединений труб из термопластов // Строительство трубопроводов. - 1972. - №7. - С. М-16.

2. СП 42-103-2003. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов // ЗАО «Полимергаэ», 2003. -87 с.

3. Соколов В.Д., Красников М.А. Вопросы оценки качества сварки полиэтиленовых труб с применением муфт с закладными нагревателями // Трубопроводы и экология. - 2004. - №2. - С. 7-8.

СОКОЛОВ Валерий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства».

БОНДАРЕНКО Елена Анатольевна, студентка группы С- 514, специальности 150202 (Оборудование и технология сварочного производства).

Дота поступления статьи п редакцию: 27.03.2000 г.

© Соколов В.Л., Бондаренко Е.Л.

Книжная полка

Розенберг, Ю. А. Резание материалов [Текст]: учеб. для вузов по направлению подгот. «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» / Ю. А. Розенберг; Курган, гос. ун-т, Тюмен. гос. нефтегазовый ун-т. - Курган: Зауралье, 2007. - 292 с.: рис., табл. * Бнблиогр.: с. 283-288. - ISBN 5-86328.

Излагаются основные положения теории резания металлов. Используется системный подход. Рассмотрены: механика процесса резания; износ, стойкость режущих инструментов и обрабатываемость металлов резанием, определение оптимальных режимов резания; особенности процесса резания при работе многолезвийных и абразивных инструментов. Каждый раздел содержит историю развития, результаты различных исследований и использование методов решения задач: экспериментального, эмпирического и с помощью теоретических моделей процесса резания. Показано применение теории к решению практических задач и в частности при расчете режимов резания, работе на станках с ЧПУ; применение адаптивных систем управления идр.