Сварка полимерных труб и фитингов с закладными электронагревателями - Игорь Волков

С повышением температуры расплава выше оптимальной стремительно ускоряются цепные реакции термоокислительной деструкции и деполимеризации, сопровождающиеся нежелательными газообразованием и сшивкой. Следовательно, хотя при повышении температуры расплава уменьшается вязкость, и ускоряются процессы самодиффузии макромолекул, деструкция и сшивка могут значительно ухудшить качество сварки.

Эти процессы следует учитывать при оптимизации таких параметров сварки, как напряжение сварочного тока и длительность нагрева в неблагоприятных условиях сварки. Полезно принимать во внимание сведения о термостабильности материалов свариваемых деталей, которая оценивается, например, в производственной практике синтеза и переработки ПЭ по индукционному периоду окисления [5]. При нормальных условиях следует строго соблюдать указания производителя детали с ЗН. При использовании ускоренных режимов нагрева трудно точно контролировать параметры, а замедленные режимы провоцируют потерю устойчивости деталей.

Нежелательные деформации соединения возникают в процессе сварки, если детали плохо зафиксированы.

Сварочные напряжения. После завершения сварки, при охлаждении соединения неизбежно возникают радиальные сварочные напряжения, поскольку наружные поверхности соединения охлаждаются раньше внутренних элементов. Сварочные напряжения, естественно, увеличиваются при больших зазорах между деталями и при перегреве. Искусственное и ускоренное охлаждение сварного соединения приводит к увеличению сварочных напряжений, появлению трещин, раковин, и потому нежелательно.

Размеры и конструкции соединений с ЗН. Ранее область применения электромуфт ограничивалась малыми диаметрами [1], но в последние годы промышленность освоила производство муфт для соединения монолитных (гладких) труб больших диаметров (до 1200 мм) [8]. Производители деталей с ЗН декларируют планы по выпуску фитингов супербольших диаметров до 1600 мм.

По расположению спиралей различают фитинги с открытыми и закрытыми спиралями.

По конструкции соединений фитинги с закладными нагревателями классифицируют как муфтовые и седельные (рис. 1.3 и 1.4).

В настоящее время на рынке присутствуют седловые отводы для подсоединения ответвлений к трубам до 1000 мм [8] и выше.

Разумеется, наиболее популярны седелки различной конструкции к трубам малых диаметров.

Рис. 1.3. Соединение труб муфтой с ЗН

Рис. 1.4. Соединение полиэтиленовой трубы и седлового отвода с ЗН

Седловые фитинги отличаются разнообразием конструкций.

Различают, например, арматуру для врезки под давлением, изображенную на рис. 1.5 и арматуру для соединения с вентилями (рис 1.6). Они применяется для врезки в трубы 250-560 мм [8].

Рис. 1.5. Арматура для врезки с в вентилем

Рис. 1.6. Арматура для соединения с вентилями

Другие фитинги, изображенные на рис 1.7-1.12 дают некоторое представление о разных функциях седловых фитингов с ЗН.

Рис. 1.7. Воздушно-камерная запорная арматура

Рис. 1.8. Деталь седлового типа с патрубком 250-560 мм

Рис. 1.9. Усиливающая и ремонтная накладка Ø 250-560 мм

Рис. 1.10. Шаровой кран для боковой врезки Ø 250-560 мм

Рис. 1.11. Различные седелки [8]

Рис. 1.12. Ремонтная накладка седловидная на Ø 560-1000 мм

На рынке фитингов с ЗН, наряду с традиционными муфтами представлены новые клиновые адаптивные муфты больших диаметров [8], (рис 1.13) и фитинги с муфтовыми подсоединительными частями (Рис. 1.14).

Рис. 1.13. Клиновая муфта (Ø 1000-1200 мм)

Рис. 1.14. Отв оды 45°, 90°

Рис. 1.15. Тройники

Кроме того, сварка с ЗН применяется для муфтового соединения гофрированных и витых труб, которые выпускаются диаметром до 3000 мм и реже до 5000 мм [5].

На рис. 1.16 изображен раструб трубы фирмы KRAH [9]. Аналогичные трубы выпускает Группа компаний Полипластик под маркой Корсис Плюс.

Внутри раструба с помощью скоб закреплена нагревательная спираль.

Рис. 1.16. Раструб витых труб больших диаметров с размещенной в нем спиралью

Принципы контроля процесса сварки фитингами с ЗН

Поскольку не существует единого и абсолютного метода контроля сварных соединений полиэтиленовых труб между собой и с фитингами, высокую надежность и долговечность трубопроводов обеспечивает реализация в полном объеме описываемой ниже пятистадийной системы контроля технологического процесса сварки.

Классификация сварных соединений по применению в системе контроля:

Пробные соединения. Выполняются до начала основных сварочных работ при получении новой партии труб и фитингов с целью:

– проверки свариваемости труб и фитингов;

– оптимизации основных параметров сварки (если они задаются в ручном режиме);

– отладки технологии сварки.

Допускные соединения. Выполняются до начала основных сварочных работ, с целью проверки квалификации сварщика в следующих случаях:

– впервые приступает к работе;

– перерыв в работе свыше 30 дней;

– изменение диаметра свариваемых труб;

– введение в работу, освоение новой сварочной техники.

Контрольные соединения. Выполняются в ходе основных сварочных работ с целью подтверждения квалификации сварщиков. Отбираются лабораторией строительной организации и дополнительно по требованию заказчика. В качестве контрольных соединений следует выбирать соединения, худшие по внешнему виду.

Стадии контроля процесса сварки

Система контроля технологического процесса сварки при строительстве и реконструкции трубопроводов с использованием полиэтиленовых труб состоит из трех предварительных стадий (входного контроля качества применяемых труб, соединительных деталей и других материалов, контроля сварочных машин, вспомогательного оборудования и проверки квалификации сварщиков), операционного контроля и контроля сварных соединений трубопровода. Все стадии контроля выполняются организацией – производителем сварочных работ. Результаты контроля, проверок и испытаний должны быть оформлены в соответствии с действующими нормами исполнительной производственной документации.

Допускается привлечение контрагентов (специализированных организаций) для выполнения отдельных операций испытаний. В контроле принимают участие представители заказчиков и надзорных органов, требуя выполнения необходимых им контрольных процедур.

Ответственные за выполнения стадий контроля технологического процесса сварки и оформление результатов контроля приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Стадии контроля, исполнители и результаты контроля

Библиографический список

1. Сварка полимерных материалов: справочник/К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк, А.В. Богдашевский и др; под общ. ред. К.И. Зайцева, Л.Н. Мацюк. –М.:Машиностроение, 1988. – 312 с.

2. Кимельблат, В.И. Релаксационные характеристики расплавов полимеров и их связь со свойствами композиций: монография/ В.И. Кимельблат, И.В. Волков; – Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2006. – 187 с.

3. Кимельблат, В.И. Молекулярная подвижность в расплавах, характеристики и механические свойства полиолефиновых композиций монография/ В.И. Кимельблат [и др.] Казан. гос. энерг. у-нт. – Казань, 2003. – 254 с.

4. Кимельблат, В.И. Актуальные положения экспертизы полиэтиленовых трубопроводов/ В.И. Кимельблат // Полимерные трубы. – 2006. – № 1(10)/апрель. – С. 42-48.

5. ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.

6. Рекламные материалы фирмы «Сольвей».

7. Рекламные материалы фирмы «Thermaflex International Holding bv».

8. Рекламные материалы фирмы «Friatec».

9. Рекламные материалы фирмы «KRAH».

2. ТРУБЫ И ДЕТАЛИ

Фитинги с ЗН широко применяют для соединения монолитных (гладких) полимерных труб между собой и с соединительными деталями, имеющими удлиненные присоединительные части (спиготы) [16].

С 2011 г. в России выпускаются монолитные ПЭ трубы диаметром до 1600мм, а на мировом рынке присутствуют трубы до 2400мм.

Профилированные (спиральновитые) трубы различных конструкций производятся в России до 2400 мм, а мировой рекорд составляет 5000мм. Для соединения витых труб их часто снабжают муфтами с закладными электронагревателями.

Технические характеристики труб и фитингов должны определенным образом соответствовать между собой, что должно отражаться в указаниях производителей фитингов. Так, например, производитель сварочных работ должен получить ясные рекомендации относительно допустимой толщины труб, которые можно сваривать с данным фитингом. Несоблюдение рекомендаций производителя фитингов недопустимо, поскольку приводит к неизбежному браку: перегревам или непроварам.