Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электродиффузионная сварка труб и фитингов. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
В.И. Кимельблат, И.В. Волков
ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА
ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ И ФИТИНГОВ
Учебное пособие
Казань
КГТУ
2010
УДК 678.74.21 : 620.199 : 548.312.5
ББК -
Кимельблат В.И.
Электродиффузионная сварка труб и фитингов: учебное
пособие / В.И.Кимельблат, И.В. Волков. - Казань: Изд-во Казан.
гос. технол. ун-та., 2010. – 80 с.
ISBN 978-5-7882-0886-2
Изложены научно-технические основы нового и
прогрессивного метода сварки полимерных труб.
Предназначено для магистров, обучающихся по
направлению 240100.68 программа 240100.68-15, изучающих
курс «Новейшие методы переработки полимеров», а также для
курсантов ИДПО по курсу «Переработка полимерных и
композиционных материалов», руководителей и специалистов
предприятий по производству полимерных труб и фитингов, а
также стоительных организаций.
Подготовлено на кафедре химии и технологии
переработки эластомеров.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского государственного технологического университета
Рецензенты:
д-р. техн. наук, проф. В.Г.Хозин
д-р. хим. наук, проф. О.Р. Ключников.
© Кимельблат В.И., Волков И.В., 2010.
©
Казанский государственный
технологический университет, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Трубопроводные системы являются основным капиталом
предприятий газораспределения, водного хозяйства, коммунальных служб и энергетических подразделений промышленных предприятий. Важным аспектом экономичности и функциональности трубопроводов является их надежность. Магистральное направление технического прогресса в области сооружения трубопроводных систем различного назначения связано с
применением полимерных труб, среди которых в России наибольшее распространение получили полиолефиновые, в том
числе полиэтиленовые (ПЭ) и полипропиленовые (ПП) трубы.
Расчетный срок эксплуатации труб составляет 50 лет, но надежность трубопроводных систем в первую очередь лимитируется
конструкцией и технологией выполнения соединений [1].
Основным способом получения неразъемных соединений полиолефиновых труб является сварка встык, враструб и с закладными нагревателями (ЗН).
При сооружении самых массовых полиэтиленовых трубопроводов наиболее экономична контактная сварка встык. При точном соблюдении нормативных технологических параметров
сварки встык получают сварные соединения, превосходящие по
прочности основной материал труб, а их долговечность определяется структурой полимеров и условиями эксплуатации. В ряде
работ проведен достаточно детальный анализ факторов, влияющих на надежность стыковых соединений [2-4]. Сварка закладными нагревателями, называемая иначе: электросварка, электроимпульсная, электротермическая, электродиффузионная
сварка, сварка электросплавлением и закладными электрическими нагревателями, приобретает все больше сторонников.
Анализ факторов, определяющих надежность сварных соединений с ЗН, слабо представлен в литературе.
3
Существенным недостатком электросварки считалась дороговизна фитингов. Однако сторонники сварки с ЗН логично отмечают, что цена фитингов несущественна, если соединению
подлежат длинномерные трубы (длиной до нескольких сот метров), смотанные в бухты или на катушки. Кроме того, муфты
удобны при сварке в стесненных условиях и при ремонте трубопроводов.
Иногда преимуществом метода сварки ЗН называют слабое
влияние «человеческого фактора» на качество соединения.
Однако этот довод не выдерживает строгой критики как с
теоретических позиций, так и с точки зрения производственной практики [5].
Технологический процесс сварки ЗН труб малых диаметров
действительно производит впечатление несложного, хотя и требует скрупулезного соблюдения всех норм. Что же касается
сварки труб средних и больших диаметров, то от исполнителя
(сварщика-оператора сварочных машин) требуется не только
строгое выполнение предписаний, но и неординарные меры по
подготовке деталей к сварке и оптимизация основных параметров сварки с участием специалистов (ИТР и контролера).
Автоматизация сварочных машин и компьютеризация протоколирования технологического процесса сварки не исключает
полностью «человеческий фактор», особенно в части подготовки деталей к сварке, но, несомненно, поднимает технический
уровень технологии сварки до предшествующих процессов получения и переработки полимеров.
Следует отметить, что существующая нормативнотехническая документация (НТД), в которой отражены вопросы
сварки ЗН, содержит ряд положений, взятых из авторитетных
зарубежных норм, но не получивших надлежащего теоретического обоснования, не адаптированных к Российским материалам и погодно-климатическим особенностям.
4
Некоторую неопределенность вносят нормы, удобные производителям труб и деталей, но снижающие эффективность контроля со стороны потребителей.
В результате недостаточного доверия практиков к таким нормам нередко наблюдаются многочисленные технологические
импровизации, которые, как правило, снижают качество сварки.
В результате народнохозяйственные затраты, понесенные на
предыдущих стадиях производства, обесцениваются. В связи со
стремительным расширением производства, и соответственно
применения, труб и деталей под электромуфтовую сварку, а также деталей с ЗН в России, проблема повышения технического
уровня в области сварки ЗН приобретает высокую степень актуальности.
Значительный вред технологии наносит недобросовестная
коммерческая реклама дилеров электросварных фитингов. Фитинги с ЗН изображаются как самодостаточные сварочные устройства. При этом игнорируются важнейшие вопросы подготовки труб и деталей к сварке, а также требования к сварочному
оборудованию. В результате предельного упрощения технологии, примеры которого известны авторам, сварку проводили не
только без подготовки и центровки деталей, но и без сварочного
устройства, просто подключив клеммы фитингов к аккумулятору автомобиля. Высокая аварийность трубопроводов, собранных
с грубыми нарушениями технологии сварки ЗН, неизбежна.
Решающее влияние на качество сварных соединений оказывает организация контроля технологического процесса как важнейшего элемента технологии. Поскольку единственного и абсолютного метода контроля сварных соединений не существует,
высокое качество соединений гарантирует многоступенчатая
система превентивного, пооперационного контроля и проверки
готовых соединений. Отличия систем контроля при сварке водопроводных и газовых труб не принципиальны, но поскольку
5
вопросы контроля столь важны, эти системы будут отражаться
раздельно.
При строительстве водопроводов и канализации с применением труб из полимерных материалов, для обеспечения требуемого качества сварочных работ необходимо производить:
- проверку квалификации монтажников и сварщиков;
- входной контроль качества применяемых труб, соедини-
тельных деталей;
- технический осмотр сварочных устройств и применяемого
инструмента;
- систематический операционный контроль качества сборки и
режимов сварки;
- визуальный контроль качества сварных соединений и кон-
троль их геометрических параметров, а также механические испытания сварных и других соединений [6].
Следует отметить, что нормы контроля при сварке газопроводных труб и фитингов существенно жестче. При строительстве и реконструкции газопроводов с использованием полиэтиленовых труб производят, в частности [7]:
а) проверку квалификации сварщиков;
б) входной контроль качества применяемых труб, соединительных деталей и синтетических материалов;
в) технический осмотр сварочных устройств, а также другого
технологического оборудования;
г) систематический операционный контроль качества сборки
под сварку и режимов сварки;
д) визуальный контроль (внешний осмотр) сварных соединений и инструментальный контроль их геометрических параметров;
е) механические испытания сварных соединений;
ж) контроль сварных стыковых соединений физическими
методами;
6
з) контроль качества выполненных работ при помощи видеокамеры.
Ниже принципы технологического контроля сварки ЗН будут
подробно рассмотрены, а построение настоящего пособия отражает структуру контроля процесса сварки.
Настоящее пособие не заменяет действующую НТД, а дополняя ее, является попыткой решения проблемы повышения уровня технологии сварки учебно-методическими средствами, на основании научно обоснованных представлений и анализа практического опыта, накопленного авторами.
Библиографический список
1. Локшин, Р.Ф. Причины разрушения и пути повышения надежности соединений труб из термопластов / Р.Ф. Локшин, Р.А.
Гицина, В.И. Кимельблат, И.М. Юденков // Передовой опыт в
строительстве.- Серия: Механизация строительства, эксплуатация и ремонт строительной техники: ОНТИ ПТИОМЭС.- Вып.
8.- Ярославль, 1985.- С.18-20
2. Кимельблат, В.И. Влияние структуры полиолефинов на дол-
говечность изготовленных из них труб и их сварных соединений/ В.И. Кимельблат, И.Г. Чеботарева, С.И. Вольфсон, С.В. Черезов // Материалы международной конференции "Долговечность и защита конструкций от коррозии строительство, реконструкция ".- Москва.-1999.-С.332-339.
3. Кимельблат, В.И. Влияние качества сырья на эксплуатационные свойства ПЭ труб/ В.И. Кимельблат, Т.А. Серебренникова,
С.В.Черезов, И.М. Юденков //Пласт. массы.-1988.-№2.- С. 52,53.
4. Кимельблат, В.И. Влияние свойств полиэтилена низкого давления на долговечность сварных соединений / В.И. Кимельблат,
С.В. Черезов, И.М. Юденков, Н.А. Лялина //Механика композитных материалов.- 1996.-№6.-С.842-847.
5. Кимельблат, В.И. Роль место и обучения кадров в технологи-
7
ческом процессе применения полимерных труб// Полимерные
трубы.-2008.-№4 (22).-С. 70-78.
6. СП 40-102-2000 Свод правил по проектированию и строительству. «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов»
7. СП 42-103-2003 Свод правил по проектированию и
строительству. «Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов».
8
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СВАРКИ ПОЛИМЕРОВ
1.1. Сварка пластмасс
Термин «сварка пластмасс» означает процесс получения неразъемных соединений деталей из термопластов. Для осуществления сварки полимерные детали разогреваются до температуры, обеспечивающей переход полимера в вязкотекучее состояние, и соединяются под определенным давлением.
Сварка не предусматривает целенаправленное проведение
химических реакций. Однако при нагревании полимеров неизбежно ускоряются нежелательные химические реакции, в
частности, окисление и деполимеризация полиолефинов, а
также сшивки, негативно влияющие на свойства сварных соединений [1].
Согласно общепринятым представлениям на качество сварных соединений влияет природа и характеристики свариваемых
полимеров. Исключительно важны поверхностные явления между свариваемыми деталями, реологические процессы (деформации и течение расплавов полимеров), кинетика диффузии
макромолекул, ориентация макромолекул в области соединения
и внутренние напряжения сварочного происхождения.
Принципиально важна конструкция соединения, геометрия
деталей, а также основные и вспомогательные технологические
параметры сварки. Конструкция сварочных машин должна
обеспечивать точное соблюдение норм сварки. Все эти положения актуальны в отношении сварки закладными электронагревателями (ЗН).
1.2. Описание метода
При сварке ЗН свариваемые поверхности соединяются внахлест. Источником тепла обычно является металлическая проволока с высоким сопротивлением, разогреваемая электрическим током. Сварка осуществляется путем распространения тепла в течение времени сварки
9
1.3. Материалы
Полимерные трубы и фитинги изготавливаются из композиций: гомогенных гранулированных смесей базового полимера
(полиэтилена или полипропилена) с добавками (антиоксиданты,
пигменты и другие), вводимыми на стадии компаундирования в
концентрациях, необходимых для переработки и использования
изделия.
В качестве основных полимерных материалов, свариваемых
закладными нагревателями, можно выделить экструзионные
композиции полиолефинов (полиэтилен-ПЭ, в том числе сшитые-PEXa и полипропилен ПП- PPG и PPRC), отличающиеся
хорошей свариваемостью: способностью образовывать сварные
соединения необходимого качества в достаточно широком диапазоне технологических параметров сварки.
Молекулярная, макромолекулярная и надмолекулярная
структуры полимеров оказывают настолько существенное
влияние на свойства сварных соединений, что эффект структурных параметров может значительно превысить влияние
технологических параметров сварки [2]. Однако переработчики
полимеров и потребители изделий, как правило, не могут варьировать факторы, связанные со структурой полимеров. Вместе
с тем при экспертизе аварий анализ структуры полимеров часто бывает необходим [3]. Минимальные требования к материалам свариваемых деталей можно сформулировать так: одинаковая природа материала и близкие значения вязкости расплава
полимера. В производственной практике вязкость оценивается
по индексу текучести расплава (ИТР) в г/10 мин при фиксированной температуре и величине груза. Так, для полиэтилена
низкого давления (ПНД) оптимальный диапазон ИТР составляет 0.2÷1.7 г/10 мин при 190 ºС и 5 кгс.
При сварке ЗН эти положения претерпевают значительные
изменения. В ряде случаев этим методом сваривают все трубные
марки ПЭ (градаций ПЭ 32÷100), частично сшитые и даже сши-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]