Испытание сварного шва на растяжение пэ труб
Данзанова Е.В.1, Герасимов А.И.2, Ботвин Г.В.3
1 Кандидат технических наук, 2 кандидат технических наук, 3 соискатель
ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН
ИСПЫТАНИЯ НА ДЛИТЕЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ СВАРНЫХ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ
Аннотация
В статье приводятся результаты испытаний сварных соединений на длительное растяжение в активной среде. Установлено, что разработанная технология сварки полиэтиленовых труб в условиях низких климатических температур с использованием предварительного подогрева обеспечивают необходимый уровень качества для сварных соединений. Также приведены результаты испытаний сварных соединений труб из ПЭ80 и ПЭ100.
Ключевые слова: полиэтилен, сварные соединения, длительные испытания.
Danzanova E.V.1, Gerasimov A.I.2, Botvin G.V.3
1,2 PhD in Engineering, 3 aspirant, Federal State Institution of Science Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
TESTS FOR THE LONG STRETCHING OF WELDED ABUTTING CONNECTIONS OF POLYETHYLENE PIPES
Abstract
The article presents the results of testing of welded joints for a long stretch in the medium with surface-active agent. It is established that the technology developed by welding polyethylene pipes at low climatic temperatures using preheating provide the desired level of quality of welded joints. Also, the results of testing of welded joints of pipes from PE80 and PE100.
Keywords: polyethylene, welded connections, long tests.
В настоящее время полимерные трубы в силу ряда преимуществ монтажно-эксплуатационных и экономических показателей в некоторых сферах применения уже вытеснили традиционные стальные трубы. Среди полимерных труб в газовых сетях наибольшее распространение имеют полиэтиленовые (ПЭ) трубы. Основным способом соединения полиэтиленовых труб является сварка нагретым инструментом встык (НИВ), при котором производится нагревание свариваемых торцов ПЭ труб до вязкотекучего состояния нагретым инструментом и последующим соединением торцов под давлением осадки после удаления нагретого инструмента.
При температурах окружающего воздуха (ОВ) ниже минус 15°С сварочные работы рекомендуется проводить в отапливаемых укрытиях, что конечно значительно затрудняет и замедляет темпы строительства газопроводов.
В Институте проблем нефти и газа СО РАН разработана технология сварки полиэтиленовых труб, позволяющая производить сварочные работы при температурах окружающего воздуха ниже минус 15 °С без строительства временных отапливаемых конструкций [1, 5]. Данная технология позволяет значительно сократить временные и экономические затраты при строительстве полиэтиленовых газопроводов. Кратковременные испытания сварных соединений, изготовленных при низких температурах по разработанной технологии, показали, что сварные соединения являются годными и по прочностным показателям не уступают показателям сварных соединений, изготовленных при комнатной температуре [3].
Известно, что в процессе сварки полимерных труб из-за остаточных напряжений в сварных соединениях возникают микротрещины, невидимые невооруженным глазом, которые и определяет характеристику долговечности. Срок работы сварных соединений, находящихся под напряжением, резко снижается при воздействии поверхностно-активных веществ.
Для проведения испытаний на длительное растяжение при постоянной нагрузке было изготовлено специальное устройство (рис. 1). Устройство позволяет создавать и поддерживать в 12 образцах постоянное статическое растягивающее усилие в течение всего времени испытания. В качестве испытательной среды использовалась дистиллированная вода с 2 %-ным содержанием смачивающего поверхностно-активного вещества ОП-10 по ГОСТ 8433 [2], при температуре испытательной среды +95 °С. Испытательное напряжение равнялось 4,3 МПа на каждый образец, согласно требованиям СП 42-103-2003 [4]. Фиксировалось время выдержки в испытательной среде до разрушения образцов.
Рис. 1. Устройство для испытаний на длительное растяжение
Для испытаний на длительное растяжение были изготовлены сварные соединения полиэтиленовых труб ПЭ80 по следующим технологическим режимам сварки:
Режим 1: При температурах окружающего воздуха ниже минус 15 °С, время нагрева 55 секунд, т. е. здесь имело место нарушение технологического режима сварки;
Режим 2: При температурах окружающего воздуха ниже минус 15 °С, время нагрева бралось увеличенным, рассчитанное с помощью комплекса программ, разработанного в Институте проблем нефти и газа СО РАН для анализа температурных полей при сварке, суть которой заключается в том, что время нагрева увеличивается при данной температуре ОВ для достижения такой же глубины проплавления, что и при комнатной температуре. Остальные параметры сварки оставались неизменными, согласно СП 42-103-2003. Для поддержания необходимой скорости охлаждения использовалась теплоизоляционная камера;
Режим 3: При температурах окружающего воздуха ниже минус 15 °С использовался предварительный подогрев свариваемых труб отдельным нагретым инструментом с температурой 60 °С с выравниванием температурного поля выдерживалось определенное время. Продолжительности предварительного подогрева и выравнивания температурного поля области сварки торцов труб были рассчитаны с помощью комплекса программ, разработанного в Институте проблем нефти и газа СО РАН. После подогрева сварка производилась по стандартной схеме, согласно требованиям СП 42-103-2003, охлаждение сварного соединения также производилось в теплоизоляционной камере.
Таблица 1 – Время до разрушения сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб (ПЭ80), изготовленных при низких температурах ОВ
По результатам испытаний (таблица 1) видно, что сварные соединения, изготовленные при низких температурах окружающего воздуха с использованием предварительного подогрева (Режим 3), выдержали свыше 30 часов, что выше показателей сварных соединений, полученных с использованием увеличенного времени нагрева при сварке (Режим 2).
Также были испытаны образцы сварных соединений труб из ПЭ80 и ПЭ100. На рис. 2 приведены результаты испытаний сварных соединений полиэтиленовых труб ПЭ 80 SDR11 63×5,8 и ПЭ 100 SDR11 63×5,8. Сварка производилась по стандартной технологии в интервале температур окружающего воздуха от минус 15 °С до плюс 45 °С, т.е. в регламентированном диапазоне температур производства сварочных работ.
Рис. 2. Среднее время до разрушения сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб по температурам ОВ при сварке
По результатам видно, что сварные соединения из ПЭ100 имеют лучшие показатели по времени выдержки до разрушения в испытательной среде. Наиболее оптимальной температурой ОВ при сварке для ПЭ100 является температура около 0 °С, для ПЭ80 температура около 10 °С.
Выводы
Сварные соединения полиэтиленовых труб из ПЭ100 имеют лучшие показатели времени выдержки в активной среде при постоянной нагрузке по сравнению со сварными соединениями полиэтиленовых труб из ПЭ80.
Испытаниями на длительное растяжение при постоянной нагрузке показана эффективность разработанной в Институте проблем нефти и газа СО РАН технологии сварки полиэтиленовых труб из ПЭ80 с использованием предварительного подогрева при низких климатических температурах окружающего воздуха.
Литература
- Аммосова О.А., Герасимов А.И., Старостин Н.П. Сварка полиэтиленовых труб встык при температурах воздуха ниже нормативных. Часть 2 // Пластические массы. – 2008. – № 10.– С. 45–46.
- ГОСТ 8433-81. Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10. Технические условия. – Введ. 1982-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 16 ил с.: ил.
- Данзанова Е.В. Вопросы контроля качества сварных соединений полиэтиленовых труб для газопроводов [Электронный ресурс] / Е.В. Данзанова // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело» https://www.ogbus.ru/authors/Danzanova/Danzanova_1.pdf 2009.С. 1-8
- СП 42-103-2003. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. Взамен СП 42-101-96, СП 42-103-97, СП 42-105-99; ввод. В действие с 27.11.2003. – М.: Полимергаз, ФГУП ЦПП. – 2004. – 86 с.: ил.
- Старости Н.П. Герасимов А.И., Данзанова Е.В. Сварка полимерных труб газопроводов при низких температурах. // Сварочное производство. – 2010. – № – С. 43-45.
References
- Ammosova O.A., Gerasimov A.I., Starostin N.P. Svarka polijetilenovyh trub vstyk pri temperaturah vozduha nizhe normativnyh. Chast’ 2 // Plasticheskie massy. – 2008. – № 10.– S. 45–46.
- GOST 8433-81. Veshhestva vspomogatel’nye OP-7 i OP-10. Tehnicheskie uslovija. – Vved. 1982-01-01. – M.: Izd-vo standartov, 1981. – 16 il s.: il.
- Danzanova E.V. Voprosy kontrolja kachestva svarnyh soedinenij polijetilenovyh trub dlja gazoprovodov [Jelektronnyj resurs] / E.V. Danzanova // Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo» https://www.ogbus.ru/authors/Danzanova/Danzanova_1.pdf 2009.S. 1-8
- SP 42-103-2003. Proektirovanie i stroitel’stvo gazoprovodov iz polijetilenovyh trub i rekonstrukcija iznoshennyh gazoprovodov. Vzamen SP 42-101-96, SP 42-103-97, SP 42-105-99; vvod. V dejstvie s 27.11.2003. – M.: Polimergaz, FGUP CPP. – 2004. – 86 s.: il.
- Starosti N.P. Gerasimov A.I., Danzanova E.V. Svarka polimernyh trub gazoprovodov pri nizkih temperaturah. // Svarochnoe proizvodstvo. – 2010. – № 7. – S. 43-45.
Источник
Протокол сварки полиэтиленовых труб является результатом правильно разработанной технологической карты согласно требованиям нормативных документом системы аттестации сварочного производства НАКС.
В современном мире полимерные материалы все больше вытесняют металл, поскольку они обладают превосходной химической стойкостью, низким удельным весом, стойкостью к абразивному износу, высокой прочностью на растяжение и низким водопоглощением. Сейчас уже не в диковинку, что полимерные трубы и фитинги используют в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, газоснабжении, водоотведении (канализация). Эти системы являются жизненно важными, поэтому к качеству материалов и сварных соединений предъявляются высокие требования. Поломка любого трубопровода может вызвать техногенную катастрофу влекущую за собой экологическую катастрофу и даже гибель людей.
С целью обеспечения безупречного качества в НАКС была разработана процедура аттестации технологии сварки, сварщиков и оборудования, в рамках которой является обязательным разработка технологических карт, которые позволяют обеспечить повторяемость процесса, а протокол служит подтверждением соблюдения всех режимов и условий.
Форма технологической карты на сварку полиэтиленовых труб
Сварку полимерных труб и муфт производят следующими способами:
- нагретым инструментом (НИ);
- закладными нагревателями (ЗН);
- нагретым газом (НГ);
- экструзионная сварка (Э).
Ниже представлены образцы технологических карт сварки нагретым инструментом и закладными нагревателями. А здесь и здесь можно их скачать.
Карта технологического процесса сварки полимерных труб встык нагретым инструментом
| Наименование изделия | сварное соединение |
| Способ сварки | НИ |
| НД | СП 42-101-96; СП42-105-99 |
| Вид соединения | стыковое |
| Сварочное оборудование | |
| Ф.И.О. сварщика | |
| Характеристика деталей: | |
| завод-изготовитель | |
| марка материала | полиэтилен ПЭ80 |
| дата выпуска | |
| номер сертификата | |
| диаметр трубы | 110мм |
| толщина стенки, (SDR) | 10мм, (11,0) |
| Клеймо сварщика | |
| Эскиз сварного соединения | |
| Конструкция сборки | Конструктивные элементы сварного соединения |
|---|---|
 |  g — высота грата; |
Технологические параметры сварки труб встык нагревательным инструментом и их значения (в соответствии с СП 42-101)
| Технологический параметр | Значение* | |
|---|---|---|
| 1. Температура нагревателя Тн, °С — теплогенератор электрический с непрерывным автоматическим поддержанием заданной температуры, с антиадгезионным покрытием | 220 | |
| 2. Давление при оплавлении Ропл, МПа | 0,15+0,05 | |
| 3. Время при оплавлении tопл, сек., в зависимости от типа свариваемых труб | до 15 | |
| 4. Давление при прогреве Рпр, МПа | 0,01-0,02 | |
5. Время при прогреве tпр, сек., в зависимости от типа свариваемых труб и температуры окружающего воздуха | Температура окружающего воздуха, °С | |
| от 0 до +20 | от 20 до 40 | |
| 70-80 | 65-75 | |
| 6. Время технологической паузы tп, сек., не более | 4 | |
| 7. Давление при осадке Рос, МПа | 0,15+0,05 | |
8. Время при охлаждении tохл, мин, не менее, в зависимости от температуры окружающего воздуха | Температура окружающего воздуха, °С | |
| от 0 до +20 | от 20 до 40 | |
| 7 | 8 | |
* значения должны быть скорректированы в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Дополнительные технологические требования по сварке:
- на длину не менее 50 мм от торцов протереть поверхности концов свариваемых деталей сперва увлажненной, а затем сухой ветошью;
- разместить и зафиксировать трубы в зажимах центратора установки для сварки;
- отцентрировать детали по наружной поверхности таким образом, чтобы максимальная величина смещения наружных кромок не превышала 10% номинальной толщины стенки свариваемых труб;
- отторцевать свариваемые поверхности деталей непосредственно в сварочной установке;
- повторно проверить центровку и отсутствие зазоров в стыке (допускается зазор не более 0,3 мм). Измерение зазора производят лепестковым щупом (ГОСТ 882-75) с погрешностью 0,05 мм;
- выполнить измерение усилия при холостом ходе подвижного зажима центратора установки с зафиксированной в нем трубой и скорректировать величину усилия давления при оплавлении, прогреве и осадки;
- установить требуемые параметры режима и выполнить процесс сварки;
- после сварки произвести охлаждение стыка под давлением осадки в течение времени охлаждение (tохл.);
- на наружной поверхности маркером написать клеймо сварщика;
- вынуть деталь из установки и провести визуальный и измерительный контроль.
Требования к контролю качества
| Метод контроля | Наименование (шифр) НД | Объем контроля (%, кол-во образцов) |
|---|---|---|
| 1. Визуальный и измерительный | СП 42-101; СП 42-105 | 100 % |
| 2. Ультразвуковой | Инструкция* | 100 % |
| 3. Испытание на статическое растяжение | ГОСТ 11262; СП 42-105 | ? 5 образцов |
* Инструкция по ультразвуковому контролю сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб, утвержденная ОАО «Росгазификапия», 1999 г.
| Разработал: | (подпись, дата) | Фамилия И.О. |
Карта технологического процесса сварки полимерных труб с применением деталей с закладными нагревателями
| Наименование изделия | сварное соединение | ||||
| Способ сварки | ЗН | ||||
| НД | СП 42-101-96: СП 42-105-991 | ||||
| Вид соединения | стыковое | ||||
| Сварочное оборудование | ЗНШ | ||||
| Ф.И.О. сварщика | |||||
| Характеристика деталей: | |||||
| завод-изготовитель | |||||
| марка материала | |||||
| дата выпуска | |||||
| номер сертификата (ГОСТ/ТУ) | |||||
| диаметр трубы | 50 мм | ||||
| толщина стенки, (SDR) | 4,5 мм (11,1) | ||||
| Клеймо сварщика | |||||
| Технологические параметры сварки* | |||||
| Температура окружающего воздуха, °С | Наружный диаметр трубы, мм | Толщина стенки, мм | SDR | Время охлаждения после сварки, мин | |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 50 | 4,5 | 11,1 | 7 | |
*При сварке на аппаратах с ручным вводом параметров режима сварки указывают их действительные значения.
Дополнительные технологические требования по сварке:
- произвести обрезку труб под прямым углом к их осям;
- пометить на торцах участок сварки длинной не менее 0,5 длины фитинга от края;
- произвести зачистку механическим способом поверхности деталей в зоне сварки от оксидного пленки на глубину 0,1—0,2 мм;
- провести снятие фаски на внутренней и наружной поверхностях торца трубы;
- при помощи приспособления придать трубе в зоне сварки круглую форму;
- обезжирить зону сварки;
- маркером на поверхность трубы нанести отметки на расстоянии 0,5 длины фитинга от торца трубы;
- закрепить детали в позиционере или на выравнивающих опорах;
- вставить подготовленные торцы труб в фитинг, после чего подключить его к сварочному аппарату;
- в сварочный аппарат, при помощи карандаша, записать параметры сварки, которые указаны на штрихкоде этикетки фитинга;
- включить сварочный аппарат и осуществить сварку;
- провести визуальный и измерительный контроль сварного соединения.
Требования к контролю качества | ||
| Метод контроля | Наименование (шифр) НД | Объем контроля (%, кол-во образцов) |
|---|---|---|
| 1. Визуальный и измерительный | СП 42-101; СП 42-105 | 100% |
| 2. Испытания на сплющивание | СП 42-101; СП 42-105 | > 2 образцов |
| Разработал: | (подпись, дата) | Фамилия И.О. |
Протокол сварки полиэтиленовых труб или муфт
После того, как проведена процедура аттестации и технологическая карта на сварку полиэтиленовых труб или муфт утверждена в НАКС — можно приступать к промышленной сварке изделий. Для того, чтобы отслеживать точность соблюдения параметров и режимов сварки предусмотрена обязательная регистрация этих данных в виде протокола.
Протокол сварки полиэтиленовых труб включает в себя информацию:
- название модели или номер сварочного аппарата;
- дата сварки;
- Ф.И.О. сварщика и/или клеймо;
- наименование проекта или объекта;
- материал;
- типоразмер трубы или муфты;
- SDR (стандартное размерное отношение трубы т.е. отношение номинального наружного диаметра к номинальной толщине стенки);
- температура воздуха окружающей среды;
- давление сопротивления;
- режимы сварки: температура, давления, время и т.д.;
- другая дополнительная информация: погодные условия, меры защиты, № шва, ошибки и т.д.
Каждый производитель сварочных аппаратов делает свое уникальное внешнее оформление протокола и добавлять как можно больше дополнительной информации, которая позволит с точностью проанализировать причину образования дефектов.
Образец протокола сварки полиэтиленовых труб можно скачать по ссылке.
Источник
При строительстве и реконструкции газопроводов с использованием полиэтиленовых труб (в том числе профилированных), а также синтетических тканевых шлангов и специального двухкомпонентного клея для обеспечения требуемого уровня качества производят:
- • проверку квалификации сварщиков;
- • входной контроль качества применяемых труб, соединительных деталей и синтетических материалов;
- • технический осмотр сварочных устройств (нагревательного инструмента, сварочного центратора, торцовки, блока питания, программного устройства, вспомогательного инструмента), а также другого технологического оборудования (реверс-машины, скоростного парогенератора);
- • систематический операционный контроль качества сборки под сварку и режимов сварки; визуальный контроль (внешний осмотр) сварных соединений и инструментальный контроль их геометрических параметров; механические испытания сварных соединений;
- • контроль сварных стыковых соединений физическими методами (при необходимости) в соответствии с требованиями СНиП 42-01;
- • контроль качества выполненных работ с помощью видеокамеры;
- • пневматические испытания смонтированного газопровода при его сдаче в эксплуатацию в соответствии с требованиями СНиП 42-01.
Проверка сварочного технологического оборудования, находящегося на сервисном обслуживании, выполняется в соответствии с рекомендациями сервисного центра. Дата технического осмотра и его результаты должны быть отражены в журнале производства работ.
Технические требования к контролю качества сварных соединений полиэтиленовых труб
Контролю качества подвергаются сварные соединения полиэтиленовых (в том числе профилированных) труб, соответствующих требованиям СНиП 42-01 и положениям СП 42-103—2003.
Методы контроля качества сварных соединений подразделяются на обязательные (экспресс) методы, проводимые лабораториями строительно-монтажных организаций, и специальные, которые рекомендуются к использованию отраслевыми испытательными центрами в случае необходимости подтверждения результатов экспресс- методов, проведения углубленных исследований и других целей.
Вырезку контрольных соединений из газопровода осуществляют, как правило, в период производства сварочных работ для исключения вварки «катушек». Контрольные соединения выполняют по требованию органов надзора в случаях обнаружения нарушений технологии сварки. Проверке подвергаются допускные и контрольные соединения, выполненные сварщиком в соответствии с нормами СНиП 42-01 и положениями СП 42-103-2003.
Сварные соединения, забракованные при внешнем осмотре и измерениях, исправлению не подлежат и должны быть из газопровода удалены.
При неудовлетворительных результатах испытаний сварных соединений экспресс-методами необходимо произвести проверку удвоенного числа соединений тем же методом контроля, по которому были получены неудовлетворительные результаты. Если при повторной проверке хотя бы одно из проверяемых соединений окажется неудовлетворительного качества, то сварщик отстраняется от работы, направляется для переаттестации и проверяется сварочная техника, которая использовалась для сварки этих стыков. Порядок проведения дальнейших работ на газопроводе определяется требованиями СНиП 42-01—2002.
Перечень методов испытаний, обязательных при проведении контроля качества сварных соединений, приведен в табл. 14.2.
Таблица 14.2
Перечень обязательных методов испытаний
Метод испытаний | Способ сварки |
Внешний осмотр | Нагретым инструментом встык. Деталями с ЗН (закладным нагревателем) |
Испытания на осевое растяжение | Нагретым инструментом встык |
Ультразвуковой контроль | Тоже |
Пневматические испытания | Нагретым инструментом встык. Деталями с ЗН |
Испытание на сплющивание | Деталями с ЗН |
Испытание на отрыв | Деталями с ЗН (только для седловых отводов) |
Обязательным методам оценки подвергаются сварные соединения, выполняемые перед началом строительства газопроводов (допускные стыки) и отбираемые из числа стыков, сваренных каждым сварщиком на объекте строительства (контрольные стыки).
Перечень специальных методов испытаний, рекомендуемых к проведению при оценке качества сварных соединений, приведен в табл. 14.3.
Таблица 14.3
Перечень специальных методов испытаний
Метод испытаний | Способ сварки |
Испытание на статический изгиб | Нагретым инструментом встык |
Испытание при постоянном внутреннем давлении | Нагретым инструментом встык. Деталями с ЗН |
Испытание на длительное растяжение | Нагретым инструментом встык |
Испытание на стойкость к удару | Деталями с ЗН (только для седловых отводов) |
Испытания на длительное растяжение являются факультативными.
Источник