При сварке труб из полимерных материалов оптимальными являются три способа: нагретым инструментом враструб, нагретым инструментом в стык и терморезисторная,
каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим
указанные способы сварки труб, акцентируя внимание на их отрицательных
сторонах.
Сварка нагретым инструментом враструб.
Этот способ сварки заключается в нагреве предварительно подготовленных к сварке труб и соединительных деталей. Температура нагревателя должна быть на уровне преддеструкционной. Для полиэтилена низкого и среднего давления она составляет 260±5 °С (начало деструкции ~270 °С).
Время прогрева определяется диаметром и толщиной стенки труб, и составляет 6 ÷ 40 с. При этом не оговариваются ни время вдвигания труб и муфты в нагреватель, ни точка отсчета времени прогрева, ни величина осевого давления после введения трубы в муфту. Каждый из указанных параметров влияет на качество сварки.
Если предположить, что после зачистки и выравнивания овальности труба с трудом заходит в гильзу нагревательного инструмента, то практически требуется затратить 2 ÷ 5 с для ее полного ввода в нагреватель. Далее, начинается время отсчета согласно нормативным параметрам. Этот период определяет глубину проплавления трубы и соединительной детали. Высокая температура нагревателя обусловливает ухудшение молекулярной структуры материала, особенно на границе перехода «муфта-труба». Таким образом, на участке перехода от суммарной толщины (толщина муфты + толщина трубы) к непосредственно трубе свойства материала трубы ухудшаются за счет ее перегрева на уровне преддеструкции материала. Итак, в зоне высокой концентрации напряжений на участке перехода «муфта-труба» наблюдается ухудшение качества трубы примерно на 20%. Такое ослабление трубы в зоне концентрации напряжений может привести к ее разрушению при неблагоприятных сочетаниях изгибающей и растягивающей нагрузок.
Кроме того, незначительные усадки муфты и трубы в зоне расплава «труба-муфта» могут вызвать порообразования или усадочные раковины в зоне кристаллизующегося расплава. В критических ситуациях они объединяются и образуют сквозные несплавления, через которые происходит утечка транспортируемого материала (рис. 1).
Сварка нагретым инструментом враструб.
Этот способ сварки заключается в нагреве предварительно подготовленных к сварке труб и соединительных деталей. Температура нагревателя должна быть на уровне преддеструкционной. Для полиэтилена низкого и среднего давления она составляет 260±5 °С (начало деструкции ~270 °С).
Время прогрева определяется диаметром и толщиной стенки труб, и составляет 6 ÷ 40 с. При этом не оговариваются ни время вдвигания труб и муфты в нагреватель, ни точка отсчета времени прогрева, ни величина осевого давления после введения трубы в муфту. Каждый из указанных параметров влияет на качество сварки.
Если предположить, что после зачистки и выравнивания овальности труба с трудом заходит в гильзу нагревательного инструмента, то практически требуется затратить 2 ÷ 5 с для ее полного ввода в нагреватель. Далее, начинается время отсчета согласно нормативным параметрам. Этот период определяет глубину проплавления трубы и соединительной детали. Высокая температура нагревателя обусловливает ухудшение молекулярной структуры материала, особенно на границе перехода «муфта-труба». Таким образом, на участке перехода от суммарной толщины (толщина муфты + толщина трубы) к непосредственно трубе свойства материала трубы ухудшаются за счет ее перегрева на уровне преддеструкции материала. Итак, в зоне высокой концентрации напряжений на участке перехода «муфта-труба» наблюдается ухудшение качества трубы примерно на 20%. Такое ослабление трубы в зоне концентрации напряжений может привести к ее разрушению при неблагоприятных сочетаниях изгибающей и растягивающей нагрузок.
Кроме того, незначительные усадки муфты и трубы в зоне расплава «труба-муфта» могут вызвать порообразования или усадочные раковины в зоне кристаллизующегося расплава. В критических ситуациях они объединяются и образуют сквозные несплавления, через которые происходит утечка транспортируемого материала (рис. 1).
Терморезисторная сварка –
один из наиболее высокопроизводительных, экономичных и надежных
способов сварки. Его суть заключается в подаче электроэнергии к
нагревательному элементу (проволоке), расположенному на внутренней части
литой соединительной детали. Проволока нагревается при пропускании
через нее электрического тока и под воздействием тепла соединяемые
поверхности элементов оплавляются и свариваются между собой.
Отметим наиболее типичные недостатки, характерные для этого способа сварки. Например, определенный нормативами зазор между муфтой и трубой должен быть в диапазоне 0,1 ÷ 0,3 мм. Если зазора нет, то посадка плотная, т.е. возможна ситуация, когда при достаточно тонких трубах давление расплава, объемное количество которого увеличивается примерно на 30%, вызывает потерю устойчивости трубы (локальное изменение ее геометрии) – так называемый «хлопун», куда устремляется весь расплав, оставляя недостаточно проплавленным остальное сечение и вызывая, при определенных условиях, появление усадочных раковин на участках сосредоточения большого количества расплава (рис. 2).
Отметим наиболее типичные недостатки, характерные для этого способа сварки. Например, определенный нормативами зазор между муфтой и трубой должен быть в диапазоне 0,1 ÷ 0,3 мм. Если зазора нет, то посадка плотная, т.е. возможна ситуация, когда при достаточно тонких трубах давление расплава, объемное количество которого увеличивается примерно на 30%, вызывает потерю устойчивости трубы (локальное изменение ее геометрии) – так называемый «хлопун», куда устремляется весь расплав, оставляя недостаточно проплавленным остальное сечение и вызывая, при определенных условиях, появление усадочных раковин на участках сосредоточения большого количества расплава (рис. 2).
При нагреве до температуры порядка 200 °С линейное
температурное удлинение закладной металлической проволоки вызывает в
ряде случаев потерю ее устойчивости по периметру соединительной детали
и, если витки не закорачиваются друг на друга, то сближаются с
компоновкой групп перегрева локальных участков, что вызывает увеличенный
глубинный прогрев труб и деформацию их поверхности (рис. 3).
Инструкцией на сварку не оговаривается усилие зажима труб в позиционере. При сильном зажиме труб в процессе остывания сварного соединения возможно появление сдвиговых усилий на трубы, направленных к участкам зажима в позиционере. Это может отрицательно сказаться на процессе кристаллизации расплава сварного соединения, поскольку он должен происходить при неподвижном состоянии труб и соединительной детали.
Инструкцией на сварку не оговаривается усилие зажима труб в позиционере. При сильном зажиме труб в процессе остывания сварного соединения возможно появление сдвиговых усилий на трубы, направленных к участкам зажима в позиционере. Это может отрицательно сказаться на процессе кристаллизации расплава сварного соединения, поскольку он должен происходить при неподвижном состоянии труб и соединительной детали.
Сварка нагретым инструментом в стык.
Этот способ сварки основан на оплавлении и прогреве на заданную глубину
торцевых поверхностей соединяемых элементов при их контакте с рабочими
поверхностями нагревательного инструмента. После инструмент убирается, а
полиэтиленовые элементы соединяются между собой под требуемым давлением.
Зачастую даже при соблюдении установленного технологического процесса сварки при определенном стечении обстоятельств возникает дефектность сварных соединений, выявить которую существующими методами испытаний не представляется возможным.
Так, один из наиболее опасных дефектов – несплавление сварных стыковых соединений (зеркальная сварка) – происходит или вследствие чрезмерно завышенной температурой нагревательного инструмента Тм (на уровне термоокислительной деструкции свариваемых материалов), или из-за переохлаждения переведенных в вязкотекучее состояние свариваемых поверхностей на этапе удаления нагревательного инструмента (рис. 4). Несплавление также наблюдается при загрязнении свариваемых поверхностей (маслом, пылью, водой и пр.).
Локально располагаемые в сварных швах раковины и поры возникают вследствие затрудненной усадки замкнутых объемов расплава. Основная причина таких образований – неравномерная глубина прогрева свариваемых материалов в серединных участках шва. Невозможность усадки приповерхностных слоев сварных соединений может привести к образованию трещин как по плоскости сплавления, так и на подгратовых участках по границе «расплав – основной материал».
В первом случае, например, при сварке толстостенных труб большого диаметра и быстром остывании наружной поверхности, трещина прорастает по плоскости сплавления с внутренней поверхности трубы, а во втором – трещина является результатом больших остаточных напряжений растяжения у наружных поверхностей за счет раскрытия дендритной зоны материала труб, образующейся при охлаждении труб водой после их экструзии.
В дополнение к сказанному рассмотрим недостатки общепринятых способов врезки в пластмассовые трубопроводы (изготовление отводов).
Зачастую даже при соблюдении установленного технологического процесса сварки при определенном стечении обстоятельств возникает дефектность сварных соединений, выявить которую существующими методами испытаний не представляется возможным.
Так, один из наиболее опасных дефектов – несплавление сварных стыковых соединений (зеркальная сварка) – происходит или вследствие чрезмерно завышенной температурой нагревательного инструмента Тм (на уровне термоокислительной деструкции свариваемых материалов), или из-за переохлаждения переведенных в вязкотекучее состояние свариваемых поверхностей на этапе удаления нагревательного инструмента (рис. 4). Несплавление также наблюдается при загрязнении свариваемых поверхностей (маслом, пылью, водой и пр.).
Локально располагаемые в сварных швах раковины и поры возникают вследствие затрудненной усадки замкнутых объемов расплава. Основная причина таких образований – неравномерная глубина прогрева свариваемых материалов в серединных участках шва. Невозможность усадки приповерхностных слоев сварных соединений может привести к образованию трещин как по плоскости сплавления, так и на подгратовых участках по границе «расплав – основной материал».
В первом случае, например, при сварке толстостенных труб большого диаметра и быстром остывании наружной поверхности, трещина прорастает по плоскости сплавления с внутренней поверхности трубы, а во втором – трещина является результатом больших остаточных напряжений растяжения у наружных поверхностей за счет раскрытия дендритной зоны материала труб, образующейся при охлаждении труб водой после их экструзии.
В дополнение к сказанному рассмотрим недостатки общепринятых способов врезки в пластмассовые трубопроводы (изготовление отводов).
Сварку седелок с трубой нагретым инструментом встык следует выполнять только с использованием центратора,
обеспечивающего перпендикулярность отвода относительно трубы, точную
посадку на участок расплава, устранение овальности трубы, фиксацию
величины сварочного давления. Сварка таких отводов целесообразна только
при толщине стенки труб свыше 5 мм.
При изготовлении отводов, выполняемых седелками с закладными нагревательными элеметами, особое внимание следует обращать на величину прижима седелки к трубе, не допуская ее пережима с образованием вогнутости в зоне под седелкой, но, в то же время, обеспечивая плотный их контакт.
Тонкие трубы (d = 40-75 мм SDR 17) с фитингами сваривать также не рекомендуется во избежание их перегрева и потери устойчивости.
Приведенный перечень критических замечаний по способам сварки труб из термопластичных полимерных материалов – далеко не полный. Однако, качественное выполнение работ по сварке труб без их учета невозможно.
При изготовлении отводов, выполняемых седелками с закладными нагревательными элеметами, особое внимание следует обращать на величину прижима седелки к трубе, не допуская ее пережима с образованием вогнутости в зоне под седелкой, но, в то же время, обеспечивая плотный их контакт.
Тонкие трубы (d = 40-75 мм SDR 17) с фитингами сваривать также не рекомендуется во избежание их перегрева и потери устойчивости.
Приведенный перечень критических замечаний по способам сварки труб из термопластичных полимерных материалов – далеко не полный. Однако, качественное выполнение работ по сварке труб без их учета невозможно.
Комментариев нет:
Отправить комментарий