Цель работы – выявить влияние основных параметров сварки на прочность сварного соединения. Изучить конструкцию установки для сварки труб при помощи деталей с закладными нагревателями.

Сущность процесса

Сварку при помощи деталей с закладными нагревателями можно применять для соединения труб любых диаметров и длины, а также для приварки к трубопроводу муфт, отводов, тройников, заглушек. Сварка производится при температуре от –15 ºС до +35 ºС.

Суть технологического процесса сварки заключается в том, что встроенные в соединительную деталь закладные нагреватели за счет тепла, выделяемого при прохождении по ним электрического тока, разогревают место соприкосновения поверхности детали и трубы. В результате происходит плавление и смешивание материала поверхностных слоев. После естественного охлаждения образуется неразъемное соединение детали с трубой. Подвод тепловой энергии осуществляется в так называемой горячей сварочной зоне, где под воздействием высокой температуры (200 º С) происходит плавление полиэтилена. Холодные зоны муфты являются «запорным устройством», не допускающим выход расплавленного полиэтилена из зазора. В результате в области горячей зоны создается избыточное давление расплавленного полиэтилена с надежным сцеплением трубы и муфты. Все соединительные детали с закладными нагревателями снабжаются индикатором, который информирует о проведении процесса сварки. Блок управления сварочным процессом может выдавать распечатку процесса сварки с указанием технологических параметров сварки.

Установка для сварки труб

Сварочный аппарат «ТРАССА-М» предназначен для сварки с помощью полиэтиленовых фитингов (муфты, отводы, тройники, переходы, заглушки, седелочные отводы) с закладными электронагревателями напорных труб из полиэтилена, предназначенных для трубопроводов, транспортирующих горючие газы, воду жидкости и газообразные вещества.

Устройство аппарата.

Общий вид аппарата приведен на рис.8. Аппарат состоит из корпуса 7, сварочных кабелей 3, кабеля питания 8, кабеля устройства считывания штрихового кода 4.

Органы управления и индикации аппарата выполнены виде пленочной панели 8 и расположены на крышке 9 корпуса. Крышка герметично крепится винтами 13 к корпусу 7. Кнопки управления выполнены по пленочной технологии, В качестве цифрового индикатора (далее по тексту - ЦИ) используется 2-х строчный жидкокристаллический знакосинтезирующий индикатор.

К сварочному кабелю прикреплен защитный чехол 2, в котором размещается устройство считывания штрихового кода 1 (далее по тексту - сканер штрих-кода). Сканер штрих-кода предназначен для ввода в аппарат параметров сварки (стандарт штрихового кода сварки фитингов 2/5 в соответствии со стандартом ISO/TC138/SC5/WG12 ISO TR 13950).

Рис. 8. Общий вид аппарата «ТРАССА-М»

Сканер штрих-кода подключен к аппарату через кабель устройства считывания штрихового кода. В разъеме для соединения сканера с кабелем устройства считывания штрихового кода встроен датчик температуры для измерения температуры окружающей среды.

Трубы и фитинги пластмассовые

Часть 2

СВАРКА С ЗАКЛАДНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

ISO 12176-2:2008
Plastics pipes and fittings - Equipment for fusion jointing polyethylene systems -
Part 2: Electrofusion
(IDT)

Москва Стандартинформ 2013

Предисловие

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 «Сварка и родственные процессы»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1033-ст

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

ИСО (Международная организация по стандартизации) является всемирной федерацией национальных органов по стандартизации (членов ИСО). Работа по подготовке международных стандартов обычно осуществляется через технические комитеты ИСО. Каждый член организации, заинтересованный в деятельности, для которой технический комитет был создан, имеет право быть представленным в этом комитете. Международные организации, правительственные и неправительственные, имеющие связи с ИСО, также принимают участие в этой работе. ИСО тесно сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (МЭК) по всем вопросам стандартизации в области электротехники.

Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, приведенными в Директивах ИСО/МЭК, часть 2.

ИСО 12176-2 был подготовлен Техническим комитетом ИСО/ТК 138 «Трубы, фитинги и клапаны пластмассовые для транспорта жидкостей», подкомитетом ПК 4 «Трубы и фитинги пластмассовые для поставки газообразных топлив».

ИСО 12176 состоит из следующих частей под общим названием «Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем»:

Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык;

Часть 2. Сварка с закладными нагревателями;

Часть 3. Идентификация оператора;

Часть 4.Кодированиетрассируемости.

ГОСТ Р ИСО 12176-2-2011

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Трубы и фитинги пластмассовые
Оборудование для сварки полиэтиленовых систем

Часть 2

СВАРКА С ЗАКЛАДНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

Plastics pipes and fittings. Equipment for fusion jointing polyethylene systems.
Part 2. Electrofusion

Дата введения - 2013-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет эксплуатационные требования к аппаратам для сварки (далее - аппараты) полиэтиленовых труб (ПЭ) с помощью полиэтиленовых фитингов с закладными нагревателями. Трубы предназначены для транспорта газообразных топлив, а также других жидкостей.

Аппараты подразделяются по входному напряжению на три класса: SVLV [безопасное очень низкое напряжение (до 50 В)], LV [низкое напряжение (от 50 до 250 В)] и HV [высокое напряжение (от 250 до 400 В)].

Настоящий стандарт применяется к аппаратам, предназначенным для работы при нормальных условиях окружающей среды в температурном диапазоне от минус 10 °С до плюс 40 °С. Применение аппаратов за пределами данного диапазона должно согласовываться между покупателем и производителем.

Настоящий стандарт применяется к аппаратам с регулировкой тока или напряжения для систем фитингов на базе стандартной технологии нагрева проводника с активным сопротивлением.

2 Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные стандарты. Для датированных ссылок применяют только приведенную редакцию. Для недатированных ссылок применяют последнюю редакцию ссылочного стандарта (включая любые изменения).

ИСО 13950 Трубы и фитинги пластмассовые. Системы автоматического распознавания соединений, выполненных с помощью фитингов с закладными нагревателями

ISO 13950 Plastics pipes and fittings - Automatic recognition systems for electrofusion joints

МЭК 60068-2-27 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-27. Испытания. Испытание Еа и руководство. Удар

IEC 60068-2-27 Environmental testing - Part 2-27: Tests - Test Ea and guidance: Shock

МЭК 60335-1 Приборы электрические бытового и аналогичного назначения. Безопасность. Часть 1. Общие требования

IEC 60335-1 Household and similar electrical appliances - Safety - Part 1: General requirements

МЭК 60335-2-45 Приборы электрические бытового и аналогичного назначения. Безопасность. Часть 2-45. Особые требования к переносным нагревательным инструментам и аналогичным приборам

IEC 60335-2-45 Household and similar electrical appliances - Safety - Part 2-45: Particular requirements for portable heating tools and similar appliances

МЭК 60529 Степени защиты, обеспечиваемые корпусами (IP Код)

IEC 60529 Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)

МЭК 61558-1 Безопасность силовых трансформаторов, блоков питания, реакторов и аналогичной продукции. Часть 1. Общие требования и испытания

IEC 61558-1 Safety of power transformers, power supplies, reactors and similar products - Part 1: General requirements and tests

МЭК 61558-2-6 Безопасность силовых трансформаторов, блоков питания, реакторов и аналогичной продукции. Часть 2. Особые требования к безопасности изолирующих трансформаторов общего назначения

IEC 61558-2-6 Safety of power transformers, power supply units and similar - Part 2: Particular requirements for safety isolating transformers for general use

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

Примечание - Сварочные аппараты классифицируются в зависимости от электрических характеристик и характеристик процесса. Различные типы аппаратов приведены в - .

Пример - Штрих-код, магнитная карта.

3.3 аппарат с восстанавливаемыми данными: Любой из аппаратов (), позволяющий сохранять текущие данные о сварке и считывать их.

3.4 автоматический аппарат: Любой из аппаратов () с автоматическим вводом данных или автоматическим управлением циклом сварки, когда оператор () не может изменить параметры сварки.

3.5 цикл сварки t: Фиксированный период времени, состоящий из периода загрузки t 1 и периода разгрузки t 2 , т. е. полное время t = t 1 + t 2 .

3.6 рабочий цикл t d: Соотношение между временем цикла сварки t и временем t 1 при котором подается выходная мощность, выраженное в процентах, т. е. t d = [t 1 /(t 1 + t 2)]100.

3.7 выходное напряжение: Выходное напряжение, выраженное, как среднеквадратичное (RMS) значение (не пиковое значение).

4 Обозначение аппаратов различных типов

Буквенные коды для обозначения типов аппаратов приведены в таблице .

Таблица 1 - Буквенные коды для обозначения типов аппаратов

	Буквенный код
Аппарат с предварительно установленными параметрами ( )	Пятая буква: F (см. )
Аппарат с изменяемыми параметрами ( )	Пятая буква: V (см. )
Многорежимный аппарат ( )	Пятая буква: V (см. )
Многоцелевой аппарат ( )	Пятая буква: F (см. )
Универсальный аппарат ( )	Третья буква: W (см.A.1.3) Пятая буква: V (см. ) Шестая буква: А (см. )

5 Конструктивные требования

5.1 Общая информация

Аппарат может представлять собой одно устройство или комбинацию нескольких отдельных устройств. При этом панель управления и система регулирования могут быть объединены в одном устройстве.

В случае подключения аппарата к генератору производитель должен определить требования к входной мощности.

Переносной аппарат с рамой (если она входит в комплект поставки) и любым входным кабелем длиной 3 м включительно не должен быть тяжелее 35 кг.

Должна быть исключена возможность запуска сварочного цикла, если введенные параметры сварки выходят за рамки их спецификации для аппарата.

Аппарат должен быть сконструирован и изготовлен таким образом, чтобы:

Его можно было легко перенастраивать и обслуживать;

Он мог безопасно эксплуатироваться в нормальных полевых условиях;

Были минимизированы риски коррозии и механического повреждения при транспортировании и нахождении в полевых условиях, которые могли бы нарушить работоспособность аппарата.

Панель управления (клавиатура, дисплей) должна быть защищена во время транспортирования и работы.

5.2 Электробезопасность

Аппарат должен быть защищен согласно МЭК 60529 таким образом, чтобы защита при прямых контактах соответствовала классу IP5X, а защита при попадании влаги соответствовала классу IP4X. Все печатные платы должны быть защищены от воздействия конденсата. Вода не должна скапливаться или аккумулироваться в выключателях и кнопках, расположенных на панели управления.

Аппарат и его приспособления должны отвечать требованиям по безопасности согласно МЭК 60335-1 и МЭК 60335-2-45 и правилам безопасной эксплуатации электроустановок.

5.3 Кабели

5.3.1 Общая информация

Входные и выходные кабели могут быть как разъемными, так и постоянно подсоединенными. Кабели должны сохранять гибкость в течение всего времени работы и хранения при нормальных условиях (от минус 10 °С до плюс 40 °С).

На аппарате должно иметься место для намотки и хранения кабеля.

Допускается дополнительное экранирование кабелей в целях удовлетворения условиям, предъявляемым к безопасной эксплуатации переносных источников энергии (изолированные или заземленные системы), а также к характеристикам самих аппаратов.

5.3.2 Входной кабель

Минимальная длина постоянно подсоединенного входного кабеля должна составлять 3 м. На аппарате должно быть приспособление для его намотки, хранения и защиты при транспортировании.

5.3.3 Выходной кабель

Минимальная длина выходного кабеля должна составлять 2,5 м. Выходной кабель должен быть пригодным для следующих функций:

Подачи электроэнергии на фитинг;

Восприятия приложенного напряжения и передачи сигнала обратной связи;

Подачи и возврата идентификационного напряжения для процедуры контроля фитинга (сопротивления).

5.4 Кабельные разъемы

Кабельные разъемы должны удовлетворять требованиям МЭК 60529 (см. 5.2) в части их использования на открытом воздухе. Разъемы должны иметь:

a) как можно меньшее сопротивление контактов;

b) возможность воспринимать приложенное напряжение;

c) возможность легкого подключения;

d) защиту от прямого контакта с человеком при присоединении к фитингу во время сварочного цикла.

Разъемы должны быть пригодны для соединений с типовыми клеммами фитингов с закладными нагревателями, приведенными в основных стандартах на продукцию, т. е. ИСО 8085-3 .

5.5 Органы управления

Аппарат, как минимум, должен иметь следующие органы управления:

a) кнопку «Старт», которая должна быть зеленого цвета;

b) кнопку «Возврат/Стоп», действие которой при любом нарушении приведет к разрыву выходной цепи;

c) переключатель «Стоп/Вкл-Выкл» красного цвета, действие которого при любых нарушениях непосредственно приведет к физическому разрыву входной цепи.

Аппараты без переключателя «Стоп/Вкл-Выкл» также могут применяться.

К входу аппарата должно быть подсоединено устройство защиты от перегрузки.

5.6 Дисплеи

Все дисплеи должны обеспечивать четкую видимость как при ярком солнечном освещении, так и в условиях ограниченной видимости.

5.7 Система измерения температуры воздуха с целью компенсации энергии сварки

Аппарат может быть оснащен системой для измерения температуры окружающей среды с точностью ± 1 °С. Датчик элемента может располагаться как внутри аппарата, так и снаружи для ручного контроля оператором. Если датчик установлен внутри, то на него не должно действовать тепло, выделяемое аппаратом.

Датчики, установленные снаружи, должны быть защищены от механического повреждения.

5.8 Декодер входных данных

Аппарат должен быть оснащен декодером для чтения входных данных, получаемых с клавиатуры или от автоматической системы, т. е. от выносного датчика, штрих-кода или магнитной карты.

Аппараты с автоматической системой распознавания параметров сварки, как определено ИСО 13950, должны быть запрограммированы на разрешение декодирования этих параметров.

Возможность введения новых или изменения входящих данных после начала сварочного цикла должна отсутствовать.

5.9 Блоки сбора и передачи выходных цифровых данных

5.9.1 Общая информация

Аппарат может быть оснащен устройством восстановления сохраненных параметров фитингов и сварки. Такое устройство должно включать в себя следующие компоненты:

a) память для хранения информации;

b) интерфейс для передачи данных (связи).

Аппарат должен иметь встроенную программу, облегчающую загрузку данных.

5.9.2 Память

Память может быть либо составной частью аппарата, либо съемной. Объем памяти должен позволять хранить минимум 250 записей процессов сварки.

Аппарат может быть также оснащен программой, предупреждающей потерю данных. В случае переполнения памяти устаревшие данные удаляют.

5.9.3 Интерфейс

Аппараты с хранением данных должны иметь интерфейс, способный загрузить хранящиеся данные в память других электронных устройств (персональных компьютеров, принтеров) для анализа, индикации и/или хранения.

Интерфейс должен быть стандартного типа, т. е. иметь PCMCIA, серийный порт и/или параллельный порт, с промежуточным каналом дистанционной передачи/приема или без него.

5.9.4 Защита данных

Аппараты с хранением данных в целях предотвращения их потери должны обладать следующими функциями:

a) данные по сварке должны записываться непрерывно в течение всего времени сварочной операции;

b) в случае остановки процесса текущие данные сварки должны оставаться доступными для контроля;

c) блок сбора данных не должен работать при отключенной памяти.

5.10 Трансформаторы

Все трансформаторы должны быть безопасно изолированными согласно МЭК 61558-1 и МЭК 61558-2-6.

5.11 Рабочий цикл

Для всех аппаратов с установленной выходной мощностью до 2 кВт включительно длительность рабочего цикла принимают равной 10 мин. Таким образом, например, для 60 % рабочего цикла t 1 = 6 мин, t 2 = 4 мин.

Для всех аппаратов с установленной выходной мощностью больше 2 кВт длительность рабочего цикла принимают равной 15 мин. Таким образом, например, для 60 % рабочего цикла t 1 = 9 мин, а t 2 = 6 мин.

Пример рабочего цикла приведен в приложении . Кривая определяется производителем для каждого аппарата в пределах 35 % - 100 % от рабочих циклов при номинальном выходном напряжении согласно .

6 Последовательность операций при работе

6.1 Контроль питания

Если входное напряжение и частота находятся в допустимых пределах согласно показаниям системы контроля аппарата, то эти данные должны отражаться на дисплее. Если измеренные значения выходят за пределы допустимых, аппарат должен выдать звуковой и/или визуальный предупреждающий сигнал, а на дисплее должен отразиться источник ошибки.

6.2 Ввод данных

6.2.1 Ручной ввод

Аппараты с ручным вводом данных должны быть сконструированы так, чтобы можно было вводить необходимые параметры процесса (напряжение, ток, время и/или мощность) согласно применимости, а именно:

a) один из параметров для аппарата с предварительной установкой (см. );

b) комбинацию параметров для многоцелевого и универсального аппаратов. Аппараты с ручным вводом параметров должны предусматривать минимальный объем памяти

для хранения шести комбинаций параметров сварки с информацией о производителе, типе, размере фитинга; выбор комбинаций, как правило, должен основываться на соглашении между покупателем и производителем. Клавиатура ввода данных может также позволять вводить знак торговой марки, тип фитинга (т. е. муфта, седло, переходная муфта) и диаметр.

6.2.2 Автоматический ввод

Аппараты с автоматическим вводом данных должны иметь возможность их декодирования согласно ИСО 13950.

Аппараты с автоматическим вводом данных должны отображать на дисплее необходимую информацию, позволяющую оператору, если требуется, проверять ее соответствие типу присоединяемого фитинга.

6.3 Проверка правильности введенных данных

6.3.1 Общая информация

При вводе да иных для запуска процесса сварки должны быть предусмотрены средства их проверки на соответствие типу фитинга. Эта операция должна проводиться оператором и/или автоматически.

Если проверка показывает, что введенные данные соответствуют фитингу, то они принимаются. Если не соответствуют, то аппарат не должен запускать программу сварки и должен выдать предупреждающий сигнал.

Если какая-нибудь из частей введенной программы сварки не может быть выполнена сварочным аппаратом, цикл сварки не должен начинаться и на дисплее должна высветиться причина этого.

6.3.2 Автоматическая проверка правильности введенных данных

Аппарат может быть оснащен системой контроля подсоединяемого фитинга с помощью измерения сопротивления катушки и сравнения результата с введенными данными или оборудован другой идентификационной системой.

В случае измерения сопротивления измеренные значения могут выводиться на дисплей для контроля. Если используется метод измерения сопротивления, то вычисления должны основываться на удельном сопротивлении материала катушки (данные, которые находятся в памяти аппарата или которые вводятся вместе с параметрами сварки) и измеренной температуре окружающей среды.

6.3.3 Проверка оператором правильности введенных данных

После вывода на дисплей проверяемых данных оператор должен подтвердить их достоверность вручную либо нажатием кнопки «Старт», либо отдельной кнопки «Принято».

6.4 Цикл сварки

6.4.1 Время сварки и мощность

Вся важная информация, касающаяся времени и мощности, должна быть отражена на дисплее во время сварочного цикла.

6.4.2 Сбои во время сварочного цикла

Любой сбой во входной или выходной цепях должен потребовать перезапуска сварочной процедуры.

Если ошибки или остановки появляются во время сварочного цикла, то устройство контроля должно отображать причину этого на дисплее в виде читаемого текста или кодированного сообщения.

6.4.3 Дополнительные программы и оборудование

Аппараты могут быть оснащены специальными программами и оборудованием, которые предписывают выполнение ряда шагов перед запуском сварочного цикла, например:

a) внешние устройства для ручного измерения температуры;

b) идентификация оператора;

c) информация об объекте строительства.

Аппараты также могут быть оснащены дополнительными программами, которые снижают пиковый ток в начале сварочного цикла. В этих случаях заданная энергия должна быть подана в полном объеме.

7 Технические требования

7.1 Общие положения

Требуемая точность функционирования аппарата должна поддерживаться при максимальной и минимальной температурах окружающей среды на протяжении 12 мес без необходимости его настройки.

7.2 Питание

Аппарат должен быть работоспособным при питании от сети и от генератора.

Аппарат, предназначенный для работы с переносным генератором, должен, по возможности, не подвергаться влиянию нелинейных искажений, индуктивных и реактивных уровней генератора, которые могут действовать на его выходную мощность.

Диапазон колебаний входного напряжения должен быть в пределах ± 15 % номинального значения.

Производитель аппарата должен определить пределы вариаций рабочей частоты тока и указать их либо на оборудовании, либо в технической документации (см. раздел ).

Производитель должен обеспечить информацией о пригодности генератора для работы с аппаратом.

7.3 Измерение сопротивления спирали закладного электронагревателя, подтверждение исправности выходной цепи

Если аппарат оснащен функцией измерения сопротивления закладных электронагревателей, точность прибора для измерения сопротивления должна быть в пределах ± 5 %.

Аппарат должен проверить непрерывность выходной цепи прежде, чем подать ток сварки на фитинг. Проверка электропроводности цепи должна производиться напряжением, которое незначительно нагреет закладной нагреватель. В любом случае, напряжение не должно быть выше 24 В.

7.4 Выходная мощность

7.4.1 Регулировка мощности

7.4.1.1 Общая информация

Для подачи требуемой мощности во время сварочного цикла аппарат должен управлять либо током, либо напряжением, как это определено и .

Выходное напряжение должно быть стабилизировано в пределах ± 1,5 % номинального значения, при этом отклонения напряжения не должны превышать ± 0,5 В.

Электрическая схема сварочного аппарата должна использовать значение напряжения, измеренное на фитинге или на переходном разъеме, для контроля напряжения, подаваемого на фитинг.

Аппараты с устройствами регулирования напряжения могут иметь расчетный кратковременный рост тока до 100 А.

С учетом ступенчатого нарастания напряжения его требуемая величина должна достигаться за время в пределах 1 % всего времени сварки, округленное до ближайшей целой секунды.

Регулируемый выходной ток должен быть стабилизирован в пределах ± 1,5 % номинального значения.

С учетом ступенчатого или плавного (см. ) нарастания тока его требуемая величина должна достигаться за время менее 1 % всего времени сварки.

7.4.2 Время цикла сварки

Время цикла должно регулироваться с точностью ± 1 % полного диапазона для рабочих условий.

7.4.3 Регулировка мощности

Полная мощность, подаваемая на фитинг, должна регулироваться с точностью ± 5 % полного диапазона для рабочих условий с учетом, при необходимости, компенсации температуры окружающей среды.

7.4.4 Перегрузка по мощности

Аппарат должен выдерживать перегрузку по мощности до 10 % номинальной выходной мощности (см. приложение ) в течение 1 мин.

7.5 Защитные устройства

7.5.1 Общая информация

Все защитные устройства, которыми оснащены аппараты, должны оставаться в работоспособном состоянии в течение полного сварочного цикла. Защитные устройства должны прерывать сварочный цикл за определенный промежуток времени, что должно отражаться на дисплее и на узле записи данных при его наличии.

7.5.2 Обязательные защитные устройства

7.5.2.1 Выходное напряжение или ток

Если значения выходного напряжения или тока превышают ± 2 % выбранного значения в течение 5 % номинального времени сварки (максимально 3 с), то цикл сварки должен быть прерван (несущественно для аппаратов с регулировкой мощности).

7.5.2.2 Разрыв выходной цепи

Аппарат не должен работать, если он подсоединен к сопротивлению более 200 Ом.

Примечание - В целях безопасности оператора.

Аппарат должен измерять электропроводность между клеммами фитинга или на разъеме. Непрерывность цепи должна постоянно контролироваться в течение сварочного цикла. В случае разрыва выходной цепи аппарат должен отключиться в течение менее 1 с и выдать информацию об ошибке.

7.5.2.3 Выключатель

Сварочный цикл должен немедленно прерываться при нажатии выключателя.

7.5.3 Дополнительные устройства безопасности

7.5.3.1 Входное напряжение

Если входное напряжение находится за пределами допустимого диапазона (см. ) более 5 с, то сварочный цикл должен быть прерван.

Допускается выполнять сварочный цикл, если выходное напряжение соответствует требуемым пределам (см. ), а входное напряжение находится за их пределами.

7.5.3.2 Частота

Если частота находится за пределами допустимого значения (см. ) более 5 с, то сварочный цикл должен быть прерван.

7.5.3.3 Короткое замыкание

В случае короткого замыкания сварочный цикл должен быть прерван. Таким образом, любое превышение тока, например, > 10 % в течение 4 с, должно привести к отключению аппарата.

7.6 Счетчик

Аппарат может быть оснащен счетчиком для регистрации и отображения количества сварочных циклов.

7.7 Выносливость

После кондиционирования в течение 24 ч при температуре окружающей среды (23 ± 2) °С аппарат должен работать в 60 %-ном рабочем режиме в течение 1 ч при (23 ± 2) °С согласно графику рабочего цикла от производителя аппарата.

После испытания аппарат должен соответствовать требованиям настоящего стандарта.

8 Механические характеристики

8.1 Испытания на ударопрочность

Аппарат с рамой (если она входит в комплект поставки) должен выдерживать испытания на ударопрочность, приведенные в МЭК 60068-2-27, при следующих условиях и согласно рисунку . Сила удара: 50 г · м/с 2 . Длительность импульса: от 8 мс до 15 мс. Ударная волна: полусинусоидальная.

Число сотрясений: три вдоль осей X , -X , У , -У , Z , -Z (всего 18 сотрясений). После испытаний аппарат должен продолжать отвечать требованиям настоящего стандарта.

8.2 Испытания на виброустойчивость

Аппарат с рамой (если она входит в комплект поставки) должен выдерживать испытания на виброустойчивость при следующих условиях и согласно рисункам и .

Уровень вибрации: 2,186 RMS (среднее ускорение)

Длительность испытаний: 10 мин для осей Х , У , Z ; см. рисунок (испытания начинаются при достижении максимального уровня).

После испытаний аппарат должен соответствовать требованиям настоящего стандарта.

9 Техническое описание

Производитель должен обеспечить потребителя следующей технической информацией:

Обозначение аппарата (см. приложение );

Моделирование графика при выходных 24 В, если это существенно, и при номинальном выходном напряжении;

Рабочий цикл при 100 %, 60 % и 30 %.

Следующая дополнительная информация о наличии или отсутствии опций должна быть указана в техническом описании или на аппарате:

Плавный запуск;

Компенсация температуры окружающей среды;

Компенсация температуры фитинга;

Запись данных по сварке.

10 Маркировка

Маркировка аппарата должна включать в себя следующее:

Идентификационный знак производителя;

Тип устройства аппарата;

Серийный номер;

Дату изготовления;

Обозначение (согласно приложению );

Входное напряжение;

Входную частоту;

Выходную мощность (одно значение) (см. ).

Приложение А
(обязательное)

Примечание - Аппараты классифицируются в зависимости от электрических характеристик и характеристик процесса. Эти характеристики выражаются восемью буквенными кодами, приведенными в таблицах - .

А.1 Электрические характеристики

А.1.1 Входное напряжение

Буквенный код 1: Входное напряжение подразделяется натри класса согласно таблице .

Таблица А.1 - Обозначение аппарата в зависимости от номинального входного напряжения

В целях определения назначения аппарата выходная мощность указывается при справочном напряжении для 60 %-ного рабочего цикла. Одно значение должно быть нанесено на аппарат.

Цифровой код 2: Выходная мощность подразделяется на пять классов согласно таблице .

Таблица А.2 - Обозначение аппарата в зависимости от выходной мощности

А.1.3 Регулировка

Буквенный код 3: Тип регулировки подразделяется на четыре класса согласно таблице .

Таблица А.3 - Обозначение аппарата в зависимости от типа выходной регулировки

А.1.4 Выходное напряжение

Буквенный код 4: Выходное напряжение подразделяется натри класса согласно таблице

Таблица А.4 - Обозначение в зависимости от выходного напряжения

1 Принцип и терминология

Правильное название метода - «Сварка труб с помощью фитингов с закладными нагревателями», или коротко «Сварка с закладными нагревателями». Название соответствует нормативным документам:

• Недавно принятому гармонизированному ГОСТ Р ИСО 12176-2-2011 «Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 2. Сварка с закладными нагревателями.»
• Более ранним нормативным документам РФ, в которых упоминалась данная технология сварки, например, СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы.»

Закладной нагреватель - электрическая спираль, вмонтированная в свариваемую поверхность фитинга. Поэтому название фитингов, приведенное в ГОСТ Р 52779-2007 (п.4.1.2), является более точным: «Детали с закладными электронагревателями (электросварные)». Устаревший ГОСТ Р 52134-2003 (п.4.6.1) и только что пришедший ему на смену ГОСТ 32415-2013 (п.4.2.1) называют такие фитинги «электросварными». Из-за краткости определение «электросварные фитинги» является более популярным, чем «фитинги с закладными электронагревателями». Согласно ГОСТ Р 52134-2003 (п.4.6.1), электросварные фитинги для водопровода и отопления изготавливаются из ПЭ, ПП или ПБ. Электросварные фитинги для газопроводов - только из ПЭ. На практике даже водопроводные фитинги под сварку ЗН - это в подавляющем большинстве случаев полиэтиленовые фитинги, соответственно, для полиэтиленовых труб.

Академическое название метода сварки точно описывает физический принцип, но является громоздким. По этой причине в обиходе чаще применяются названия «электрофузионная сварка» (от английского «electrofusion welding»), краткое «ЭФ сварка» или «EF сварка», местное новообразование «сварка электромуфтами» или «электромуфтовая сварка». В некоторых нормативах (например, в НАКС"овском РД 03-614) используют сокращение «сварка ЗН».

Итак, во внутреннюю поверхность электросварного фитинга вмонтирована электроспираль, контакты которой выведены на наружную поверхность. Подача электрической мощности на контакты приводит к разогреву свариваемых поверхностей фитинга и трубы и, в конечном итоге, к образованию сварного соединения.

Технология электромуфтовой сварки, в принципе, заключается в следующем (см.рис.1):

• конец трубы вводят в электросварной фитинг, наружная поверхность трубы касается внутренней поверхности фитинга или находится от нее на минимально возможном расстоянии;
• к контактам электросварного фитинга подключают провода специального сварочного аппарата , который пропускает через закладной нагреватель (электроспираль) электрический ток;
• спираль нагревает внутреннюю поверхность электросварного фитинга и наружную поверхность трубы до вязко-текучего состояния, полиэтилен трубы и фитинга перемешивается;
• после остывания труба и фитинг образуют единую деталь; спираль остается внутри сварного соединения как побочный эффект.

Если не вдаваться в подробности, то всё выглядит просто.

При ближайшем рассмотрении, технология электрофузионной сварки вызывает проблемы, которые обусловлены всего несколькими типовыми причинами:

• Сварщик невнимательно изучает спецификации фитингов и/или инструкцию сварочного аппарата;
• Сварщик нерадиво выполняет подготовку к сварке;
• Сварщик из ложной экономии не использует вспомогательный инструмент - роликовые скребки, позиционеры и пр.;
• Самое главное - сварщик не понимает физику и логику процесса электрофузионной сварки. Поэтому допускает ошибки при выборе трубы, электросварных фитингов и сварочного аппарата, а также с легкой душой пренебрегает требованиями инструкций.

2 Достоинства, недостатки и область применения сварки ЗН

Для соединения напорных пластиковых труб применяются всего три технологии сварки: (1) сварка нагретым инструментом встык , (2) сварка нагретым инструментом в раструб и (3) сварка с закладными нагревателями. Именно эти 3 технологии обеспечивают прочность сварного соединения не ниже прочности исходной трубы. Благодаря своим особенностям, технология электромуфтовой сварки занимает в этом ряду незаменимое положение:

• В отличие от стыковой сварки, сварка ЗН не образует внутреннего грата и, соответственно, не приводит к снижению проходимости труб. Поэтому применяется, в т.ч., и для безнапорных трубопроводов дренажа и канализации.
• Если говорить о средних и больших диаметрах труб, то оборудование для сварки ЗН значительно легче, дешевле и универсальнее, чем оборудование для стыковой или раструбной сварки. Кроме того, оборудование для сварки ЗН не имеет подвижных частей или поверхностей, покрытых тефлоном, поэтому реже приводится в негодность нерадивыми пользователями, и поэтому охотнее сдается в аренду продавцами оборудования.
• Качество сварного соединения при сварке ЗН значительно меньше зависит от человеческого фактора, чем при стыковой или даже раструбной сварке.
• Сварка ЗН позволяет сварить трубы, когда ни одна из труб не имеет возможности перемещения вдоль оси. Поэтому совершенно незаменима при ремонте трубопроводов.
• Сварка ЗН незаменима также для соединения полиэтиленовых труб, армированных лавсановым или другим волокном. Стыковая сварка в этом случае не дает прочности, адекватной прочности исходной трубы. Однако если после стыковой сварки обрезать наружный грат и сверху выполнить сварку ЗН, армированные полиэтиленовые трубы оказываются вполне экономически оправданными.
• Другое незаменимое достоинство сварки ЗН - она позволяет соединить трубы из сшитого полиэтилена (PE-Xa и PE-Xc), которые другими способами сварить невозможно. Сварка производится электросварными фитингами из ПЭВП. Тот факт, что PE-X является реактопластом и его макромолекулы связаны между собой поперечными связями, не мешает макромолекулам ПЭВП «связываться» с ними силами Ван-дер-Ваальса.
• И одно из самых важных достоинств - сварка ЗН позволяет собирать сложные 3-мерные трубопроводы средних и больших диаметров прямо по месту (см.рис.2). Раструбная сварка для таких диаметров неприменима, а стыковая - как правило, выполняется на горизонтальной поверхности.

К недостаткам технологии электромуфтовой сварки можно отнести только один - сравнительно высокую стоимость электросварных фитингов. Есть еще ограничение, сварка ЗН неприменима для протяжки трубопроводов при бестраншейной прокладке или при ремонте изношенных трубопроводов, поскольку в результате сварки локально увеличивается диаметр ПЭ трубопровода.

Сварка с закладными нагревателями формально рекомендована для ограниченного разнообразия трубопроводов:

Системы водоснабжения и канализации

Текущая страница: 1 (всего у книги 6 страниц) [доступный отрывок для чтения: 2 страниц]

Волков И. В., Кимельблат В. И., Стоянов О. В.
Сварка полимерных труб и фитингов с закладными электронагревателями

ВВЕДЕНИЕ

Магистральное направление технического прогресса в области сооружения трубопроводных систем различного назначения связано с применением полимерных труб. Проблемы производства, обусловленные кризисом 2008 года уже ликвидированы. Глобальный объем применения полимерных труб в 2011 г. восстановил докризисный уровень и продолжает расти. Российский рынок полимерных труб развивается в количественном и качественном отношении. В 2011 освоено производство супербольших монолитных труб диаметром до 1600 мм. Появляются новые разновидности витых труб диаметром до 2400 мм и предизолированных гибких труб. На ближайшие 3-5 лет прогнозируется ежегодный прирост 10-15 % . В России наибольшее распространение получили полиолефиновые, в первую очередь полиэтиленовые (ПЭ) и полипропиленовые (ПП), а также, в значительно меньших объемах, полибутеновые (ПБ) трубы.

Важным аспектом экономичности и функциональности трубопроводов является их надежность. Расчетный срок эксплуатации полимерных трубопроводов составляет много десятилетий, но надежность трубопроводных систем в первую очередь лимитируется качеством соединений.

Основным способом получения неразъемных соединений полиолефиновых труб является сварка.

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 .

Сварка закладными электронагревателями (ЗН), 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.

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. В некоторых случаях, с помощью электромуфт возможна также сварка разнотолщинных деталей и заготовок из различных градаций полимеров, а также сшитого полиэтилена.

Фитинги с ЗН седельной конструкции нашли широкое применение взамен неравнопроходных тройников, в качестве врезок в действующие трубопроводы, в том числе под давлением, в качестве ремонтных пластырей и других назначений.

Следует отметить типичную ошибку многих дилеров фитингов с ЗН и сварочных машин. 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 .

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 (сварщикаоператора сварочных машин) требуется не только строгое выполнение предписаний, но и достаточно сложные процедуры 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 нормативно-техническая документация (НТД), в которой отражены вопросы сварки ЗН, содержит ряд положений, взятых из авторитетных зарубежных норм, но устаревших и не актуализированных с учетом новых больших размеров свариваемых изделий.

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.

Высокая аварийность трубопроводов, собранных с грубыми нарушениями технологии сварки ЗН, неизбежна. Аварии сварных соединений с ЗН тормозят внедрение этого метода в практику. Так после серьезной аварии муфтового соединения диаметром 800мм Мосводоканал в 2011 г. запретил применение подобных соединений на своих объектах.

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 .

Ниже принципы технологического контроля сварки ЗН будут подробно рассмотрены.

Настоящее издание не заменяет действующую нормативнотехническую документацию (НТД), а, дополняя ее, является попыткой решения проблемы повышения уровня технологии сварки на основании научно обоснованных представлений и анализа практического опыта, накопленного авторами.

Исходным материалом для настоящей книги являются расширенные и откорректированные издания , дополненные новыми разделами, расчетно-аналитическими данным и другой научнотехнической информацией.

Существенную помощь в составлении настоящей монографии оказали, Эдуард Краузе (SKZ Германия), Дмитрий Александров (ООО "Глинвед Раша").

Библиографический список

1. Развитие рынка ПЭ труб и трубных марок ПЭ в 2011году. Ожидания 2012. /Кирилл Трусов, Мария Кузовкова// Полимерные трубы № 1(35)/март 2012.– С. 28-30.

2. Влияние структуры полиолефинов на долговечность изготовленных из них труб и их сварных соединений / В.И. Кимельблат [и др.] // Долговечность и защита конструкций от коррозии строительство, реконструкция: матер. междунар. конф. – М., 1999. – С. 332-339.

3. Влияние качества сырья на эксплуатационные свойства ПЭ труб/ В.И. Кимельблат [и др.]//Пласт. массы. – 1988. –№ 2. – С. 52,53.

4. Влияние свойств полиэтилена низкого давления на долговечность сварных соединений / В.И. Кимельблат [и др.]//Механика композитных материалов. – 1996. –№ 6. –С. 842-847.

5. Кимельблат, В.И. Роль, место и обучение кадров в технологическом процессе применения полимерных труб / В.И. Кимельблат // Полимерные трубы. – 2008. –№ 4 (22). –С. 70-78.

6. СП 40-102-200 °Cвод 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. Электродиффузионная сварка труб и фитингов: учебное пособие/ В.И. Кимельблат, И.В. Волков; Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2010. – 84 с.

9. Традиции и новации в электродиффузионной сварке/ В.И. Кимельблат, И.В. Волков, Н.В.Прокопьев; М-во образ. и науки, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань: КНИТУ, 2011.-108 с.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сварка пластмасс

Термин «сварка пластмасс» означает процесс получения неразъемных соединений деталей из термопластичных полимерных материалов. Для осуществления сварки полимерные детали разогреваются до температуры, обеспечивающей переход полимера в вязкотекучее состояние, и соединяются под определенным давлением.

Отличительная особенность сварки – возможность получения, в области соединения, материала наиболее близкого по составу и свойствам к основному материалу свариваемых изделий .

Естественно реологические процессы, протекающие при сварке, накладывают отпечаток на ориентацию макромолекул в области сварки и формирование надмолекулярных образований, однако химические свойства материала сварного соединения подобны свойствам основного материала.

Сварка не предусматривает целенаправленных проведение химических реакций. Однако при нагревании полимеров неизбежно ускоряются нежелательные химические реакции, в частности, термоокислительная деструкция полиолефинов, а также сшивка характерная для полиэтиленов низкого давления, негативно влияющие на свойства сварных соединений .

Согласно общепринятым представлениям на качество сварных соединений влияет природа и характеристики свариваемых полимеров, конструкция соединения и технология его выполнения.

Основные технологии сварки различаются по способу нагревания соединяемых поверхностям, специфическим процедурам и основным параметрам сварки. Конструкция сварочных машин должна обеспечивать точное соблюдение норм сварки.

Независимо от технологических особенностей сварки для качества сварных соединений важны поверхностные явления между свариваемыми деталями, реологические процессы (вязко-упругие высокоэластические и пластические деформации, а также течение расплавов полимеров), кинетика диффузии макромолекул и их сегментов, ориентация макромолекул в области соединения и внутренние напряжения сварочного происхождения.

Все эти положения актуальны в отношении сварки закладными нагревателями (ЗН).

Принципы сварки с ЗН

При сварке ЗН свариваемые поверхности соединяются внахлест. Источником тепла обычно является металлическая проволока с высоким сопротивлением, разогреваемая электрическим током. Проволока (ЗН) при изготовлении фитинга размещается на рабочей поверхности фитинга (рис 1.1).

Рис. 1.1. Размещение проволоки в муфте

Известны попытки применить тепловыделяющие элементы из полимерных электропроводящих композиций, но они не получили широкого распространения.

Тепловая энергия распространяется в зоне сварки в течение всего периода сварки. При этом вначале плавится материал фитинга или раструба, а затем материал трубы. Такой механизм наиболее явно выражен для фитингов с закрытыми спиралями, утопленными в теле фитинга.

Если спирали расположены на поверхности детали, то разогрев свариваемых поверхностей начинается практически одновременно.

В пространстве между свариваемыми поверхностями образуется определенный объем расплава, который продолжает расширяться по мере роста температуры. Расширяясь, расплав вытекает из горячей зоны действия электроспиралей в холодную зону, где застывает в зазоре между свариваемыми деталями, образуя «пробку», препятствующую дальнейшему течению расплава. Дальнейший разогрев расплава приводит к образованию сварочного давления, обеспечивающего надежную сварку заготовок.

Материалы труб и фитингов

Сварка ЗН чаще всего применяется для соединения заготовок их следующих материалов:

–полиэтилен (ПЭ) низкого давления (высокой плотности, средней плотности) – PE-HD (ПЭНД);

– полиэтилен сшитый – PEX (ПЭС);

–статистический сополимер пропилена и этилена, – PP-RС (ПП-Р или ПП тип 3);

–полибутен – РВ (ПБ).

Полимерные трубы и фитинги с ЗН не разрешается изготавливать из базовых полимеров. Чистые, исходные, полимеры не обладают необходимым комплексом свойств, в частности стойкостью к термоокислительной деструкции, фотостарению и механодеструкции. Согласно действующим нормам, при производстве труб и соединительных деталей применяют только специальные композиционные материалы.

Композиция – это гомогенная гранулированная смесь базового полимера с добавками (антиоксиданты, пигменты и УФстабилизаторы и другие), вводимыми на стадии производства композиции (компаундирование) в концентрациях, необходимых для переработки материала и использования изделия. Важнейшей характеристикой трубной композиции является минимальная длительная прочность материала (Minimum required strength (MRS)). Соответствие MRS полимера нормам, гарантирует его эксплуатационные качества в части долговечности труб. MRS используется в расчетах рабочего давления в трубопроводе.

Фитинги с ЗН изготавливаются преимущественно методом литья под давлением, но из композиций экструзионного назначения.

Композиции полиолефинов отличаются хорошей свариваемостью , т.е. 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 . При экспертизе аварий трубопроводов анализ структуры полимеров часто бывает необходим .

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 разных трубных марок полиэтиленов низкого давления (ПНД) диапазон ИТР составляет 0.2÷1.2 при 190ºС и нагрузке 5 кгс .

При сварке ЗН эти положения претерпевают значительные изменения. В ряде случаев этим методом сваривают все трубные марки ПЭ (градаций ПЭ32-100), частично сшитые и даже сшитые полиэтилены – РЕХ . Однако, чаще всего, практично сваривать детали не только из одинаковых материалов, но и из полимеров идентичных или близких градаций, например, полиэтилена с минимальной длительной прочностью MRS 8 МПа (ПЭ 80) и MRS 10 МПа (ПЭ 100).

Полипропиленовые фитинги с ЗН применяют для соединения изделий из этого же полимера. Сварка изделий из других полимеров (например ПВХ) полиэтиленовыми фитингами не допускается.

Полибутеновые фитинги (рисунок 1.2) для электрофузионной сварки напорных и предизолированных полибутеновых труб, – это инновационная и перспективная система соединений. Использование этих фитингов позволяет получить лучшее сочетание простоты монтажа и максимальной надежности системы .

Рис. 1.2. Полибутеновая муфта с ЗН

Свариваемые поверхности . Посторонние материалы, попавшие на свариваемые поверхности деталей, способны необратимо испортить сварные соединения. Поэтому поверхность свариваемых деталей должна быть очищена от природной или техногенной пыли, масел, жиров, влаги и других загрязнений. Большинство органических растворителей, попав на поверхность деталей, препятствуют сварке. К числу редких исключений относится этанол, который используется для обезжиривания. Впрочем, он тоже должен полностью испариться до начала сварки. Поэтому обычно рекомендуют применять для обработки свариваемых поверхностей 98 % и даже 99.8 % этанол.

Обезжиривание свариваемых поверхностей необходимо, но недостаточно для сварки ЗН. В процессе хранения на наружной поверхности труб и деталей адсорбируются загрязнения, которые невозможно смыть растворителем. Кроме того, наружная поверхность труб и деталей подвергается окислительному и фотостарению, что стимулирует как деструкцию, так и образование сшитых структур. В результате сшивки материал теряет способность свариваться. Механическая обработка свариваемых поверхностей труб и фитингов под сварку муфтами с ЗН обеспечивает доведение наружного диаметра до номинального значения, что позволяет собрать соединение без больших напряжений. Поэтому механическая обработка наружных свариваемых поверхностей непосредственно перед сваркой, безусловно, необходима, ее выполнение строго проверяется при пооперационном контроле и контроле готовых соединений.

Внутренние поверхности муфт и седелок не обрабатываются, чтобы исключить повреждение нагревателя, зато, для исключения загрязнений, детали с ЗН герметично упаковываются и извлекаются из упаковки непосредственно перед сваркой.

Роль реологических процессов. Сварка ЗН сопровождается значительными деформациями. Пластические деформации начинаются при предварительном нагревании (если оно рекомендовано), которое приводится с целью уменьшения избыточных зазоров между свариваемыми деталями. Дальнейшее нагревание проводится с целью получения достаточно текучего расплава, который заполняет зазор между свариваемыми деталями. В соответствии с общими представлениями о роли температуры при сварке следует отметить следующее.

При температуре в области сварке ниже температуры плавления кристаллов полиолефинов сварка деталей просто не произойдет.

С повышением температуры до оптимального уровня полимер плавится, его объем увеличивается, как за счет плавления кристаллов, так и благодаря объемному термическому расширению. В результате увеличения объема в расплаве возникают напряжении, которые являются движущей силой реологических процессов, необходимых для заполнения зазоров и осуществления сварки. Кроме того, при дальнейшем нагреве достигается вязкость расплава достаточно низкая, чтобы реологические процессы могли осуществиться за период нагрева. В определенных пределах повышение температуры расплава положительно влияет на качество сварки.

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 . 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 , но в последние годы промышленность освоила производство муфт для соединения монолитных (гладких) труб больших диаметров (до 1200 мм) . 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 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

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.

Сварку труб соединительными деталями с закладными нагревателями проводят:

• при прокладке новых газопроводов преимущественно из длин-номерных труб (плетей) или в стесненных условиях;
• при реконструкции изношенных газопроводов методом про-тяжки в них полиэтиленовых труб (в том числе профилированных);
• при соединении труб и соединительных деталей с разной тол-щиной стенки, или при толщине стенки менее 5 мм, или изготовлен-ных из разных марок полиэтилена;
• для врезки ответвлений в ранее построенные газопроводы;
• при строительстве особо ответственных участков газопровода (стесненные условия, пересечение дорог и пр.).

Для сварки труб с помощью соединительных деталей с заклад-ными нагревателями применяют сварочные аппараты, работающие от сети переменного тока напряжением 230 В (190-270 В), от аккуму-ляторных батарей или от передвижных источников питания (мини-электростанций).

Технологический процесс соединения труб с помощью соедини-тельных деталей с закладными нагревателями включает:

• подготовку концов труб (очистка от загрязнений, механическая обработка — циклевка свариваемых поверхностей, разметка и обез-жиривание);
• сварку стыка (установка и закрепление концов свариваемых труб в зажимах позиционера (центрирующего приспособления) с од-новременной посадкой детали с ЗН, подключение детали с ЗН к сва-рочному аппарату);
• сварку (задание программы процесса сварки, нагрев, охлажде-ние соединения).

Для исключения неправильного распределения тепла внутри соединения, приводящего к сильному расплавлению полиэтилена, не рекомендуется превышать величину косого среза торца трубы а, указанную в таблице ниже. Очистку концов труб от загрязне-ний производят так же, как при выполнении сварки встык. Концы труб, защищенных полипропиленовой оболочкой, освобождаются от нее с помощью специального ножа. Длина очищаемых концов труб должна быть, как правило, не менее 1,5 длины раструбной час-ти применяемых для сварки деталей.

Механическую обработку поверхности концов свариваемых труб производят на длину, равную не менее 0,5 длины используемой де-тали. Она заключается в снятии слоя толщиной 0,1—0,2 мм с поверх-ности размеченного конца трубы. Для труб диаметром до 75 мм, а также для удаления заусенцев с торца трубы, как правило, приме-няется ручной скребок (цикля). Для труб диаметром более 75 мм, а также для труб, изготовленных из ПЭ100, независимо от диаметра рекомендуется использовать механический инструмент (торцовоч-ную оправку), которая обеспечивает быстрое и равномерное сняти оксидного слоя с поверхности труб. Кольцевой зазор между трубой и соединительной деталью не должен, как правило, превышать 0,3 мм, и после сборки на трубе должны быть видны следы механи-ческой обработки поверхности.

Схема соединения труб муфтой с закладным нагревателем

а - подготовка соединяемых элементов; б,в,г-этапы сборки стыка; д-собранный под сварку стык; 1-труба; 2-метка посадки муфты и механической обработки поверхности трубы; 3-муфта; 4-закладной нагреватель; 5-клеммы токопровода; 6-позиционер; 7-токопроводящие кабели сварочные аппарата

Величина косого среза торца трубы

а — максимальный допуск косого среза трубы; е — максимальный зазор между двумя концами труб в муфте

Для правильной центровки соединения после механической об-работки на концы свариваемых труб наносят метки глубины посадки муфты (соединительной детали), равные половине ее длины. Не рекомендуется превышать величину зазора между торцами труб в муфте е (см. рис. выше), указанной в таблице ниже.

Свариваемые поверхности труб после циклевки и муфты обез-жиривают путем протирки салфеткой из хлопчатобумажной ткани, смоченной в спирте или других специальных обезжиривающих со-ставах, которые полностью испаряются с поверхности.

Детали с закладными нагревателями, поставляемые изготовителем в индивидуальной герметичной упаковке, вскрываемой непосред-ственно перед сборкой, обезжириванию допускается не подвергать.

Механическую обработку и протирку труб и деталей производят непосредственно перед сборкой и сваркой. Детали с закладными на-гревателями механической обработке не подвергаются.

Сборка стыка заключается в посадке муфты на концы сварива-емых труб с установкой по ранее нанесенным меткам, по ограничите-лю или по упору в позиционере. Рекомендуется для сборки стыков труб, поставляемых в отрезках, использовать центрирующие хомуты и позиционеры, а для сборки стыков труб, поставляемых в бухтах или катушках, использовать выпрямляющие позиционеры.

Процесс сборки включает:

• надевание муфты на конец первой трубы до совмещения тор-цов муфты и трубы, закрепление конца трубы в зажиме позиционера;
• установку в упор в торец первой трубы и закрепление конца второй трубы в зажиме позиционера;
• надвижение муфты на конец второй трубы на 0,5 длины муфты до упора в зажим позиционера или до метки, нанесен-ной на трубу;

Подключение к клеммам муфты токоподводящих кабелей от сварочного аппарата.

В случае если муфты имеют внутренний ограничитель (кольце-вой уступ), то сборка труб производится до упора торцов труб в коль-цевой уступ и собранное соединение закрепляется в позиционере.

Если свариваемые трубы имеют овальность более 1,5% наружно-го диаметра трубы или >1,5 мм, то перед сборкой стыка для прида-ния им округлой формы используют инвентарные калибрующие зажимы, которые устанавливают на трубы на удалении 15—30 мм от меток, или устраняют овальность при помощи специальных приспо-соблений.

Во избежание повреждения закладных нагревателей (проволоч-ных электроспиралей) надевание детали с ЗН на конец трубы или введение конца трубы в муфту производят без перекосов. Концы труб, входящие в соединительные детали, не должны находиться под действием изгибающих напряжений и усилий от собственного веса. Муфты после монтажа должны свободно вращаться на концах труб от нормального усилия руки.

Трубы сваривают при обеспечении неподвижности соединения в процессе нагрева и последующего естественного охлаждения. Параметры режимов сварки устанавливают в зависимости от вида и сортамента используемых соединительных деталей с ЗН и свароч-ных аппаратов в соответствии с указаниями заводов-изготовителей в паспортах изделий. При включении аппарата процесс сварки про-исходит в автоматическом режиме.

Соединение полиэтиленовой трубы и отводов с закладными нагревателями

а — седловой отвод с закладным нагревателем; б — отвод с разрезной муфтой с закладным нагревателем;1 — труба; 2 — метка посадки отводов и механической обработки поверхности трубы; 3 — отвод; 4 — закладной нагреватель; 5 — полухомут; 6 — винт крепления; F — усилие прижатия отвода при сборке и сварке

Приварку к трубам седловых отводов производят в следующей последовательности:

• размечают место приварки отвода на трубе;
• поверхность трубы в месте приварки отвода зачищают с помо-щью цикли;
• привариваемую поверхность отвода обезжиривают, а если он поставляется изготовителем в герметичной индивидуальной упаков-ке, вскрываемой непосредственно перед сборкой, то допускается не подвергать его обезжириванию;
• отвод устанавливают на трубу и механически прикрепляют с помощью специальных зажимов, хомутов и т.п.;
• если труба в зоне приварки отвода имеет повышенную оваль-ность (более 1,5% наружного диаметра трубы), то перед установкой отвода трубе придают правильную геометрическую форму с помо-щью калибрующих зажимов, укрепляемых на трубе на расстоянии 15-30 мм от меток (зажимы снимают только после сварки и охлаж-дения соединения);
• подключают к контактным клеммам токоподвода сварочные кабели;
• производят сварку;
• после окончания сварки и охлаждения перед фрезерованием трубы производят визуальный контроль качества сварного соедине-ния. Рекомендуется для проверки качества сварки через патрубок приваренного отвода подать избыточное давление воздуха внутрь седлового отвода с одновременным обмыливанием места примыка-ния основания отвода к газопроводу;
• производят фрезерование стенки трубы для соединения внут-ренних полостей отвода и трубы после полного охлаждения соеди-нения