Технологическая инструкция сварка полиэтиленовых труб закладными нагревателями. Сварка соединительными деталями с закладным нагревателем (ЗН)

Основными способами сварки полиэтиленовых трубопроводов являются электромуфтовая сварка - сварка деталями с закладными нагревателями (ЗН) и стыковая сварка - сварка встык нагретым инструментом (НИ).

В связи с оптимальным сочетанием различных эксплуатационных свойств (стойкость к коррозии, эластичность, ударопрочность, простота монта-жа, низкая газопроницаемость, малый удельный вес) полимерные (полиэтиленовые) трубы заняли ведущее место во многих отраслях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства.

Сварка деталями с закладными нагревателями

Сварка при помощи деталей с закладными нагревателями в расплавле-нии полиэтилена на соединяемых поверхностях детали (муфты, отвода, перехода и т. д.) и труб производится за счет тепла, выделяемого при протекании элек-трического тока по заложенному в деталь элек-трическому нагревателю (спирали из металличе-ской проволоки), и последующем естественном охлаждении сварного соединения.

В результате взаимопроникновения (диф-фузии) макромолекул полиэтилена происходит перемешивание расплавленных слоев двух контактирующих поверхностей (наружной трубы и внутренней детали), затем при остывании об-разуется неразъемное сварное соединение.

Сварку деталями с Закладными нагревателями (ЗН) в технической литера-туре называют также сваркой с закладными на-гревательными элементами, электромуфтовой, электросопротивлением, терморезисторной и пр.

Сварка деталями с Закладными нагревателями используется во всей области применения полиэтиленовых трубопро-водов, для:
- соединения полиэтиленовых труб (мерных, длинномерных), плетей, сваренных стыковой сваркой, при строительстве новых трубопро-водов (газопроводов, водопроводов и др.);
- соединения полиэтиленовых труб с гладки-ми деталями без ЗН (отводами, тройниками, редукционными муфтами, заглушками и т. п. с удлиненными хвостовиками);
- ремонта трубопроводов;
- присоединения ответвлений к трубопроводам (например, с помощью седловых отводов);
- восстановления изношенных стальных трубо-проводов методом протяжки в них полиэтиле-новых труб.

Сварка газопроводов деталями с закладными нагревателями ЗН может при-меняться при температуре воздуха от -15 до + 45 °С, а водопроводов при температуре воздуха от -5 до + 35 °С.

При выполнении работ по сварке полиэ-тиленовых (пластиковых) труб при иных температурах либо следует применить особый технологический ре-жим сварки, который должен быть аттестован в соответствии с РД 03 615 03, либо проводить сварочные работы в помещениях (палатках), обе-спечивающих соблюдение разрешенного темпе-ратурного интервала.
Сваркой деталями с закладными нагревателями ЗН можно соединять тру-бы д. 20 - 2000 мм независимо от толщины стенки, трубы с разным SDR, трубы из полиэти-лена разных, но близких по характеристикам ма-рок (например из ПЭ 80 и ПЭ 63, ПЭ 80 и ПЭ 100). Для прочного соединения необходимо, чтобы по-казатели текучести расплава у этих марок полиэ-тилена были одинаковы или близки по значению.

В настоящее время для строительства газо-проводов разрешено применять трубы и детали только из ПЭ 80 и ПЭ 100.

Сварка пластиковых труб встык

Сварка пластиковых труб встык заключается в нагреве торцов свариваемых труб или деталей до вяз-котекучего состояния полиэтилена в результате контакта с НИ (нагревателем) и последующем соединении торцов под давлением после удале-ния нагревателя.

Сварка встык (стыковая сварка) применяется для:
- соединения полиэтиленовых труб, соедини-тельных деталей - полиэтиленовых фитингов (переходов, отводов и др.) при строительстве новых трубопроводов (га-зопроводов, водопроводов и др.);
- ремонта полиэтиленовых (пластиковых) трубопроводов;
- соединения полиэтиленовых труб при восста-новлении изношенных стальных трубопрово-дов методом протяжки;
- изготовления футляров из полиэтиленовых труб.

Сварочный цикл при сварке встык можно разделить на следующие этапы: оплавление, нагрев, удаление нагревателя из зоны сварки, соединение торцов труб под давлением (осад-ка стыка) и охлаждение.

При оплавлении в результате контакта с НИ происходит образование первичного грата — рас-плавленного материала (полимера), вытесненно-го с торцов на поверхность трубы вдоль стыка. При нагреве тепло распространяется вглубь материала. Давление при этом может быть близ-ким к нулю (оно только обеспечивает контакт между торцами труб и нагревателем). При удалении нагревателя происходит уда-ление нагревательного элемента из зоны сварки (технологическая пауза) и соединение поверхно-стей сварки. Пауза должна быть как можно коро-че, во избежание снижения температуры и попа-дания загрязнений (пыль, песок и т. п.), влияющих на качество соединения.

При осадке торцы труб соединяются под бы-стро нарастающим давлением, слои материала в зоне контакта перемешиваются, образуется окончательный грат и молекулярные связи, обе-спечивающие однородность соединения.

При охлаждении (остывании) происходит отвердение расплавленного материала, стык приобретает максимальную прочность. Фиксация труб на этом этапе позволяет избежать напряже-ний или ударов, способных нарушить прочность соединения.

Встык можно сваривать только трубы и фи-тинги одинакового диаметра и SDR, изготов-ленные из полиэтилена одной марки. Для сварки встык газопроводов диаметр труб должен быть не менее 63 мм, а толщина стенки — не менее 5 мм согласно СНиП 42 01 2002 «Га-зораспределительные системы».

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.

Группа ПОЛИПЛАСТИК предлагает неразъемные соединения ПЭ-сталь, переходы на резьбу, полиэтиленовые втулки под фланец и фланцы с защитным покрытием. По запросу возможна поставка трубы с уже установленными фланцами. Для прохода ПЭ труб через железобетонные конструкции и стенки полимерных колодцев применяются резиновые уплотнительные кольца.

Соединительные детали (фитинги) для труб НПВХ

Для труб из НПВХ предлагается широкий ассортимент соединительных деталей: отводы на различные углы, тройники, в том числе офланцованные, переходы, патрубки с фланцем, соединительные, ремонтные муфты и муфты для прохода через колодец.

Запорная арматура

Группа ПОЛИПЛАСТИК предлагает два бренда запорной арматуры: TALIS и AEON.

Компания TALIS является признанным лидером в области разработки и производства трубопроводной арматуры и стратегическим партнером Группы ПОЛИПЛАСТИК. В Группу TALIS входят 13 современных заводов-изготовителей, расположенных в Англии, Германии, Испании, Израиле, Нидерландах, Франции. Наиболее узнаваемыми марками данного производителя являются: Belgicast, Erhard, Raphael, Bayard и Unijoint.

AEON входит в пятерку крупнейших европейских производителей запорной арматуры для водоснабжения и газораспределения. Производство компании находится в Дубае, Польше и Великобритании.

Колодцы и резервуары

Группа ПОЛИПЛАСТИК поставляет колодцы для напорных систем, соответствующие требованиям ГОСТ 32972. По желанию Заказчика колодцы комплектуются трубопроводной арматурой до DN 600 мм включительно.

Группа ПОЛИПЛАСТИК выпускает резервуары для систем питьевого водоснабжения , а также накопительные резервуары технической воды и противопожарного запаса. Возможно изготовление нестандартных изделий по техническому заданию Заказчика.

Одной из широко применяемых технологий соединения полиэтиленовых труб является сварка при помощи деталей с закладными нагревателями (далее ЗН), которая заключается в расплавлении полиэтилена на соединяемых поверхностях детали (муфты, отвода, перехода и т. д.) и труб за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока по заложенному в деталь электрическому нагревателю (спирали из металлической проволоки), и последующем естественном охлаждении сварного соединения.

В результате взаимопроникновения (диффузии) макромолекул полиэтилена происходит перемешивание расплавленных слоев двух контактирующих поверхностей (наружной трубы и внутренней детали), затем при остывании образуется неразъемное сварное соединение.

Сварку деталями с ЗН в технической литературе называют также сваркой с закладными нагревательными элементами, электромуфтовой, электросопротивлением, терморезисторной и пр., однако в пособии использован термин, закрепленный в действующей нормативной документации.

Сварка деталями с ЗН используется во всей области применения полиэтиленовых трубопроводов, для:

• соединения полиэтиленовых труб (мерных, длинномерных), плетей, сваренных стыковой сваркой, при строительстве новых трубопроводов (газопроводов, водопроводов и др.);
• соединения полиэтиленовых труб с гладкими деталями без ЗН (отводами, тройниками, редукционными муфтами, заглушками и т. п. с удлиненными хвостовиками);
• ремонта трубопроводов;
• присоединения ответвлений к трубопроводам (например, с помощью седловых отводов);
• восстановления изношенных стальных трубопроводов методом протяжки в них полиэтиленовых труб.

Сварка газопроводов деталями с ЗН может применяться при температуре воздуха от -15 до + 45 °С, а водопроводов при температуре воздуха от -5 до + 35 °С.

При выполнении работ по сварке полиэтиленовых труб при иных температурах либо следует применить особый технологический режим сварки, который должен быть аттестован в соответствии с РД 03-615-03, либо проводить сварочные работы в помещениях (палатках), обеспечивающих соблюдение разрешенного температурного интервала.

Сваркой деталями с ЗН можно соединять трубы с d 20 ÷ 2000 мм независимо от толщины стенки, трубы с разным SDR, трубы из полиэтилена разных, но близких по характеристикам марок (например из ПЭ 80 и ПЭ 63, ПЭ 80 и ПЭ 100). Для прочного соединения необходимо, чтобы показатели текучести расплава у этих марок полиэтилена были одинаковы или близки по значению.

В настоящее время для строительства газопроводов разрешено применять трубы и детали только из ПЭ 80 и ПЭ 100.

Эксплуатация полиэтиленовых газопроводов допускается при температуре стенки трубы не ниже — 20°С.

Преимущества сварки деталями с ЗН:

• единственный способ, используемый для ремонта полиэтиленовых трубопроводов и врезки новых отводов (в т. ч. под давлением);
• автоматизация процесса сводит влияние уровня подготовки и квалификации рабочего персонала (сварщика) к минимуму;
• бОльшая зона сварки, чем при стыковой сварке, площадь контакта свариваемых труб существенно повышает надежность соединения;
• возможность соединения труб из разных марок полиэтилена и с разным SDR;
• отсутствуют ограничения на толщину стенки;
• удобнее, чем при сварке встык, соединять длинномерные трубы;
• сварка деталями с ЗН требует меньшей мощности источника энергии, чем сварка встык;
• подача энергии сварочному аппарату необходима только на время сварки, тогда как при стыковой сварке энергию необходимо подавать в течение всего периода остывания для поддержания требуемого давления осадки;
• меньший вес и габариты сварочного аппарата по сравнению с аппаратом для стыковой сварки облегчает, упрощает и ускоряет сварку в траншее или котловане, а также транспортировку;
• отсутствует необходимость ультразвукового контроля стыков;
• цена сварочного аппарата гораздо ниже цены аппарата для стыковой сварки.

Недостатки сварки деталями с ЗН:

• удорожание строительства за счет стоимости деталей с ЗН, особенно при использовании мерных (длиной до 12 м) труб и труб большого диметра (d > 200 мм).

Конструкция муфты с ЗН показана на Рис. 3. Чтобы расплав не вытекал во время сварки в зазоры между трубами и деталью (муфтой) из-за увеличения объема полиэтилена при нагревании, витки ЗН располагают неравномерно вдоль продольного сечения детали. В результате там, где спираль не может расплавить полиэтилен (в центре и по краям детали), образуются так называемые «холодные зоны».

Роль «холодных зон» в процессе сварки заключается в том, что:

• при движении расплава от более нагретых мест к «холодным зонам» он остывает и твердеет, запирая таким образом остальную часть расплава, который заполняет все пространство между свариваемыми поверхностями;
• компенсируются небольшие несоосности и углы, возникшие при сборке соединения, а также отклонения поперечного сечения трубы от окружности.

Сварка возможна как только деталями с ЗН, так и с одновременным использованием деталей без ЗН, которые соединяют с трубами специальными муфтами с ЗН.

Детали с ЗН могут быть, в зависимости от способа производства, как с открытой внутри детали спиралью ЗН, так и со спиралью ЗН, покрытой тонким слоем полиэтилена (Рис. 4.).

При закрытой спирали передача тепла к трубе несколько замедляется за счет дополнительного слоя полиэтилена между спиралью и трубой.

Преимуществом открытой спирали является быстрый разогрев за счет конвекции и теплового излучения от ЗН и, соответственно, быстрое перекрытие внутреннего зазора расплавом за счет также и того, что деталь при нагреве расширяется внутрь, а труба — наружу.

Детали некоторых фирм-производителей для d ≥ 180 мм имеют внешнее армирование стальной проволокой для увеличения жесткости. Для сварки длинномерных труб рекомендуют применять удлиненные детали с ЗН. В их удлиненных «холодных зонах» происходит выравнивание осевой кривизны труб.

Электрическое сопротивление спирали зависит от вида, диаметра, производителя детали. Величину сопротивления ЗН определяет производитель деталей.

Детали без ЗН (отводы, тройники, редукционные муфты, заглушки и т. п.) называют гладкими или «спиготами».

Основными технологическими параметрами сварки деталями с ЗН являются:

напряжение электрического тока, подаваемого на ЗН (как правило — от 6 до 48 В);

время сварки, в течение которого происходит разогрев ЗН и расплавление полиэтилена (зависит от вида, диаметра и производителя детали);

время охлаждения полученного соединения, в течение которого происходит застывание расплава и образование сварного соединения (зависит от вида и диаметра детали, обычно — от нескольких минут до часа и более).

Время охлаждения сварного соединения в паспорте детали или на штрих-коде должно подразделяться на время охлаждения до перемещения (до 70°С) и до нагружения газопровода давлением.

Таблица 1. Некоторые режимы сварки труб муфтами с ЗН Elofit SDR11 (производства фирмы «Nupigeco», напряжение на муфте 40 В)

d труб (мм)
Время сварки (с)

Электромуфтовая сварка предлагает широкий выбор решений для пластиковых трубопроводов: от простого и надёжного соединения двух труб, до устройства сложнейших узлов, включая выход на соединения из металла, врезку в действующий водопровод. В статье мы расскажем о сварке полиэтиленовых изделий с закладными нагревателями для напорных трубопроводов из полиэтилена, не касаясь электромуфтовой сварки полиэтиленовых оболочек теплосетей, водостоков, а также электромуфтовой сварки полипропилена, поскольку каждая из них может являться самостоятельной темой для статьи.

Внимание! Копируя , сделайте обратную индексируемую . Спасибо!

План статьи:

Краткое описание электромуфтовой сварки

Сначала кратко опишем, что представляет собой электромуфтовая сварка полиэтиленовых трубопроводов . Так называют способ соединения труб с применением специальных элементов с закладными нагревателями, более редкое название – электрофузионная сварка. Если говорить просто, это сварка при помощи изделий из полиэтилена, в теле которых находится металлическая спираль. Когда изделие установлено в монтажное положение, на клеммы подаётся электрический ток определённой величины, спираль нагревается, происходит сплавление материала изделия и полиэтиленовой трубы. После остывания соединение становится монолитным, герметичным и механически более прочным, чем сама труба. Испытание на отрыв электросварного седлового соединения показывает, что оно отрывается от трубы вместе с участком самой трубы, строго по внешнему контуру сварного соединения.

Конструкция изделий с закладными нагревателями может иметь открытую, частично открытую и полностью скрытую спираль. У каждого из вариантов есть свои преимущества и недостатки. Пожалуй, универсальным решением является именно полуоткрытая спираль, т.к. у неё меньше риск повреждения при надевании муфты на трубу. К тому же полуоткрытая спираль обладает оптимальным распределением тепла между материалом трубы и муфты, что положительно влияет на качество взаимного проникновения материала при сплавлении.

Для сварки изделий с закладными нагревателями используется специальное оборудование, так называемые электромуфтовые аппараты. Степень оснащённости аппаратов сильно разнится: самые простые требуют ручного ввода всех параметров сварки, большинство других имеют возможность считывать эти параметры со штрих-кода электросварного изделия, наиболее оснащённые имеют расширенные функции ввода и обработки информации, а также подробное сопровождение всех стадий сварочного процесса. Практически во всех аппаратах предусмотрена функция протоколирования, ведь в газоснабжении, например, электромуфтовая сварка является приоритетной, а ведение протокола сварки является обязательным.

Широкий арсенал изделий из полиэтилена с закладными нагревателями определяет, соответственно, и большие возможности самой электромуфтовой сварки. Их перечисление, вместе с описанием применения на практике, составит основу нашей статьи.

Область применения электромуфтовой сварки

Электромуфтовая сварка применима везде, где используются трубы из полиэтилена низкого давления. Более того, нередко она является единственно возможным способом соединения или способом устройства узла. Сварка изделиями с закладными нагревателями широко используется в области водоснабжения, газоснабжения, канализации, транспортировки агрессивных сред, при устройстве оболочек из полиэтиленовых труб, устройстве футляров слаботочных сетей и многих других случаях.

Водоснабжение

Полиэтилен низкого давления сохраняет свои рабочие характеристики на протяжении 50 и более лет, только если температура транспортируемой жидкости не превышает 20 градусов и давление в системе не больше рабочего давления применяемой трубы. Поэтому укладка полиэтиленовых труб и сварка их посредством электромуфт осуществляются преимущественно в наружных сетях холодного водоснабжения, в этом случае конструкция устраивается в земле, где будет надёжно защищена от преждевременного разрушения под воздействием прямых солнечных лучей.

Газоснабжение

К устройству газопроводов предъявляются повышенные требования надёжности, поэтому сварка полиэтиленовых газовых труб проводится под тщательным контролем проверяющих организаций. Основным документом при контроле сварки являются протоколы сварных соединений. Если для больших диаметров экономически обосновано применение стыковой сварки без существенной потери качества соединений, то для диаметров газопроводов менее 225 мм электромуфтовая сварка применяется практически повсеместно. К слову, устройство автоматического протоколирования результатов сварки присутствует практически в каждом электромуфтовом аппарате, а вот стыковое оборудование комплектуется такими устройствами гораздо реже.

Канализация

Помимо напорных сетей канализации, где электромуфтовая сварка применяется таким же образом, как и в водоснабжении, на рынке представлены в том числе изделия с закладными нагревателями специально для сварки безнапорных полиэтиленовых трубопроводов. Дополнительно отметим, что при устройстве водосточных систем из полиэтилена, часть сварочных работ незменно проходит на высоте, где электромуфтовая сварка является единственным решением, гарантирующим наибольшую безопасность проведения работ при неизменно высоком качестве соединений.

Основные виды электромуфтовой сварки

Теперь рассмотрим, какие виды электромуфтовой сварки применяются для устройства полиэтиленовых трубопроводов. В первую очередь, это соединение труб, причём электросварные изделия позволяют соединять не только полиэтиленовые трубы между собой, но также устраивать переход на стальную трубу. Ряд изделий с закладными нагревателями используется исключительно в целях ремонта, другие изделия позволяют устроить врезку в существующий трубопровод из полиэтилена, как отключённый, так и находящийся в рабочем режиме.

Соединение полиэтиленовых труб электросварными фитингами

Безусловно, основная функция электросварных фитингов - соединительная. Номенклатура электросварных фитингов включает в себя весь ряд фасонных частей, аналогичных в применении для стыковой сварки, а также имеет ряд уникальных позиций. Ограничения касаются, пожалуй, лишь диаметра фитингов, но и в этом направлении ведётся активная работа, известны примеры практического применения в Москве муфт диаметром 800 мм с участием специалистов нашей организации.

Часто внутри муфты посередине находится специальный упор, необходимый для точного позиционирования соединяемых труб. У одних производителей есть отдельный ряд ремонтных муфт без упора, чтобы можно было надеть муфту на трубу полностью, у других предусмотрена возможность беспрепятственного удаления упора на муфте в случае необходимости.

Отдельного внимания заслуживает специальная удлинённая муфта, идеально подходящая для соединения труб с изогнутыми концами (труба из бухты). Спираль такой муфты особо длинная, также как и холодная зона посередине, что значительно снижает риск перегорания спирали до окончания сварки. В обычной муфте изогнутые концы трубы из бухты могут неплотно прилегать к спирали, что часто вызывает её перегрев.

Для электромуфтовой сварки предлагаются отводы на разный угол поворота (30°, 45°, 90°), отводы с выходом на спигот под стыковую сварку, и даже этажные отводы для соединения труб в разных уровнях. Тройники могут иметь все три выхода под электромуфтовую сварку, а также выход средней части на спигот, под фланец, под различные виды гидрантов. Наибольший практический интерес представляют тройники малых диаметров, т.к. это единственное надёжное соединение мелких труб, которые можно зарывать в землю, не опасаясь их повторного раскапывания для ремонта, как это случается с компрессионными фитингами.

Отдельно скажем пару слов о специальных муфтах для газоснабжения. В полиэтиленовых газопроводах диаметром 32-63 мм можно установить муфту с контролем расхода газа, которая автоматически перекроет поток в случае повреждения трубы, например, экскаватором. В местах распределения потоков газа или уменьшения диаметра трубопровода можно применить переходные муфты с аналогичными свойствами.

Электросварные соединения полиэтиленовых труб со стальными

На практике довольно часто приходится сталкиваться с потребностью подключить полиэтиленовую трубу к стальной. Широко известным способом такого подключения является фланцевое соединение, но всегда ли это соединение является оптимальным решением задачи? Скажем так, для средних диаметров трубопровода устройство фланцевого соединения является экономически выгодным, для больших диаметров - это едва ли не единственный способ перехода на сталь. Если же говорить о малых диаметрах, то применение электросварных переходов полиэтилен-металл является оптимальным решением с точки зрения качества соединения, скорости его устройства, экономии трудовых и материальных затрат.

Самым распространённым видом перехода является переход на металлическую резьбу, наружную или внутреннюю, выполненную из стали, латуни или бронзы. Экономически целесообразным является соединение таким образом полиэтиленовых труб диаметром до 63 мм (с металлической резбой до 2"). Для экономии пространства такие переходы могут выполняться в виде отводов на 45° и 90°; при устройстве сложных узлов уменьшение размеров конструкции порой является критически важной потребностью. Также существуют электросварные переходы на обычный стальной патрубок, для соединения сваркой по металлу. Специально для газа существует электросварной переход полиэтилен-медь, с выходом на диаметр 20 мм, медная часть этого перехода неразъёмная и абсолютню герметичная.

Ремонт полиэтиленовых трубопроводов

Ремонт полиэтиленовых труб - это та область, которую сложно представить без применения сварки изделиями с закладными нагревателями. Надо ли соединить полиэтиленовую вставку с повреждённой трубой или просто заменить протекающее фланцевое соединение - практически всегда вам потребуется электромуфтовая сварка. О соединении муфт говорилось выше, здесь остановимся на ремонтных свойствах электромуфтовой сварки и изделиях для врезки, которые применяются как в комплексе с ремонтными работами, так и по отдельному заказу.

Вторым после применения электромуфт востребованным способом ремонта является установка разного рода заглушек, или так называемых усиливающих накладок. Они применяются для устранения точечных повреждений полиэтиленового трубопровода. В зависимости от диаметра ремонтируемой трубы, электросварные накладки бывают двух исполнений. Для диаметров до 225 мм - это охватывающая конструкция на болтах (седловина), которыми изделие предварительно фиксируется перед проведением сварки. Точечные повреждения труб диаметром более 225 мм завариваются накладной заглушкой, которая фиксируется на трубе специальным прижимным устройством. Некоторые типы накладок позволяют произвести ремонт даже при утечке транспортируемой среды.

Врезка в полиэтиленовый трубопровод

Часто при осуществлении ремонта заказчик также просит установить дополнительное подключение к существующему трубопроводу. Для реализации этого решения существуют специальные изделия для врезки в полиэтиленовый трубопровод , некоторые из них позволяют осуществить врезку в трубопровод без его предварительного отключения. Арматура для врезки в действующий трубопровод устроена таким образом, что при сверлении отверстия исключает попадание стружки в трубу.

Для врезки в недействующий трубопровод чаще используют наиболее экономичный вариант - электросварную накладку с открытым полиэтиленовым патрубком. Конструкция накладки для разных диаметров аналогична конструкции описанных усиливающих накладок. Максимальный диаметр выходного патрубка составляет 90 мм, он в равной степени приспособлен для сварки встык или электромуфтовым изделием. Как правило, сначала к магистральной трубе приваривают саму накладку, затем через патрубок высверливают в трубе отверстие и электромуфтой соединяют патрубок с трубой или другим изделием. Для этого типа врезки можно применить накладку с встроенной фрезой, но только для выходного патрубка диаметром 32 мм. Также существуют решения для прямого подключения к выходу обычного латунного вентиля на наружной резьбе 1,25- 2".

Арматура для врезки под давлением имеет более сложную конструкцию, но далеко не всегда это означает её удорожание. Такое изделие можно врезать в трубу диаметром до 400 мм включительно, с максимальным отверстием выходного патрубка 63 мм. Учитывая возможные экономические потери от полного перекрытия трубопровода на время врезки, этот вид изделий в ряде случаев позволяет значительно снизить общие издержки на подключение к магистральному трубопроводу из полиэтилена. У разных производителей патрубок может выходить вертикально (для экономии места, например, в колодце) и горизонтально. Причём в некоторых изделиях выходной горизонтальный патрубок перед сваркой можно повернуть на любой угол в горизонтальной плоскости.

Описанные выше изделия после врезки не имеют возможности перекрыть поток, поэтому в заключение расскажем о вариантах врезки с возможностью последующего перекрытия потока, т.е. о применении запорной арматуры с закладными нагревателями для врезки в полиэтиленовый трубопровод под давлением. Данная арматура имеет всё ту же конструкцию: до диаметра трубы 225 мм она исполнена в виде седловой электросварной накладки с фиксирующими болтами, для трубы до 400 мм включительно - в виде накладной заглушки. Максимальный диаметр выходного патрубка также составляет 63 мм, вентиль расположен вертикально. Помимо этого варианта, существует вариант врезки с шаровым краном , у которого наибольший диаметр патрубка составляет 90 мм.

Абсолютное преимущество такой запорной арматуры состоит в том, что после сварки оно не требует дополнительных защитных мероприятий. Т.е. достаточно установить телескопическую штангу для управления вентилем или шаровым краном с поверхности земли и засыпать место врезки без устройства колодца. Фактически такую врезку в действующий трубопровод из полиэтилена может осуществить один человек.

В заключение об электромуфтовой сварке

В статье мы постарались подробно рассмотреть основные решения соединений полиэтиленовых трубопроводов при помощи электомуфтовой сварки. Это далеко не все её возможности, а лишь те, которые наиболее часто встречаются в практике строительства, ремонта и эксплуатации полиэтиленовых трубопроводов. Более того, вне описания остался большой ряд изделий, в которых отстутствуют так называемые закладные нагреватели, т.е. спираль, но которые вполне успешно применяются в полиэтиленовых трубопроводах в сочетании со сваркой электромуфтами. О некоторых из них мы постараемся рассказать в следующих статьях на данную тему.

Если у Вас возникли вопросы по применению электромуфтовой сварки для соединения или ремонта полиэтиленовых трубопроводов, можете получить бесплатную техническую консультацию в нашей группе ВКонтакте .