Технологія зварювання поліетиленових труб в розтруб

Одним з основних технологічних процесів, що багато в чому визначає експлуатаційну надійність поліетиленових газопроводів і темпи їх будівництва, є зварювання. Для з'єднання труб І деталей з поліетилену низького тиску застосовують контактне теплове зварювання у стик.

Теплове зварювання термопластів виконується, як відомо, за рахунок дифузії молекул нагрітого полімеру до його в'язкотекучого стану в контактованих поверхнях. Ділянка в' язкотекучого стану полімеру – інтервал температур, що знаходяться між температурою виникнення течії і температурою розпаду полімеру. У такому інтервалі температур і здійснюється нагрівання труб при тепловому зварюванні. У різних полімерів цей інтервал різний. Якщо він дуже великий, то процес зварювання ускладнюється за рахунок тимчасової жорсткості режиму, а це. істотно, може впливати на якість зварювання.

У в'язкотекучому стані молекули поліетилену мають досить високу швидкість переміщення одна відносно одної. Чим більша рухомість молекул (менша в'язкість розплаву), тим більше за один і той же час молекули полімеру можуть проникнути в пограничні зони зварювальних поверхонь, тим міцніше буде з'єднання. Невдало вибрані теплотехнічні параметри зварювання г однією ч причин отримання стикових з'єднань з низькими показниками міцності. Щоб уникнути цього, слід точно знати ті температурні інтервали, при яких відбуваються фазові перетворення в процесі нагрівання і плавлення полімеру.

Коротко вимоги такі: зварювання труб при високих температурах повітря необхідно вести н жорстких режимах (тобто після 2–3-хвилинної витримки стик швидко охолоджують); при зварюванні в зимовий період при температурі від -5 до -15 °С стик охолоджується за рахунок навколишнього повітря, тобто повільно. Ідеальною буде вважатись така якість стику, яка Ідентична якості матеріалу труб.

Технологічний процес зварювання включає такі етапи:

– підготовка труб до зварювання (збір і встановлення труб у зварювальній установці);

– механічна обробка торців (обробка зварюваних кромок):

– перевірка точності співпадіння торців;

– приведення труб до контакту з нагрівальним інструментом і нагрів торців (оплавлення);

– видалення деталей інструменту і виведення інструменту із зони зварювання (технологічна пауза);

– стискання труб однієї з іншою (осадка стику) з охолодженням стику під тиском.

Оплавлення зварюваних горців здійснюється плоским нагрівальним інструментом, що являє собою алюмінієвий диск, кільце або плиту. Температура поверхні інструменту – 21О-230 °С. При оплавленні торці труб притискують до інструменту) з певним зусиллям. На початку процесу оплавлення створюють підвищений тиск (до 0,1–0,25 МІІа) для забезпечення повного контакту торців з нагрівачем. Потім тиск зменшують (до 0,02–0,03 МПа) і продовжують нагрів протягом певного часу, який залежить від товщини стінки груби.

Тривалість технологічної паузи (час між закінченням оплавлення торців і початком осадки стику) не повинен перевищувати 3–7 с.

Осадку стику виконують при наданому тискові, який складає 0,15–0,25

МПа, тривалість збільшення тиску осадки 3–8 с. Зварені труби повинні залишатись закріпленими в затискачах центратора зварювальної установки до тих пір, доки температура стику не знизиться до 50–60 °С.

Зварювання поліетиленових труб з маркуванням «ГАЗ» і з’єднувальних деталей до них допускається при температурі від -5 до +30 °С. При температурі нижче -15 °С зварювання виконують у спеціальних укриттях. Місце зварювання необхідно захищати від вітру: атмосферних опадів, сонячного проміння, пилу та піску.

Для зварювання поліетиленових труб нагрітим інструментом у стик розроблено і випускається малими серіями декілька модифікацій механізованих установок для зварювання поліетиленових труб у стик і (розтруб). Конструкція і маса зварювальних установок залежить від діаметра та типу труб, а також від функцій, які вони виконують (нове будівництво, заготовка вузлів на ЦЗБ, ремонт газопроводів). Установки можуть бути переносними, транспортованими на підручних засобах стаціонарні.

Інститутом ім. Патона розроблено установки УСТТ-110 та УСТТ-225. Виробництво їх освоїв Єреванський завод «Рем деталь». Установки комплектуються нагрівальними інструментами, визначаються простотою виготовлення, невеликою масою і безпечністю в роботі. Ці установки успішно впроваджуються при будівництві поліетиленових газопроводів у Миколаївській, Полтавській, Харківській, Київській, Сумській, Донецькій та інших областях України.

Технологічні операції із зварювання поліетиленових труб на установках УСТТ-1 10 та УСТТ-225 виконуються в такій послідовності:

– встановлюється на блоці керування температура нагрівального інструменту 220 °С, що забезпечує підтримку в автоматичному режимі на поверхні нагрівального інструменту 220 °С;

– труби закріплюються в затискачах центра торів, при цьому виліт кінців труб із затискачів має бути достатнім (від 10 до 20 мм) для ведення осадки труб у процесі зварювання;

– для вирівнювання зварюваних поверхонь, видалення шару, що зазнав впливу сонячної радіації і кисню повітря, при якому на зварюваних торцях знімається шар глибиною не менше 2 мм. Непаралельність торців після механічної обробки не повинна перевищувати 0,3 мм для труб діаметром 63 мм, 0,4 мм для труб діаметром 110, 160 мм, 0,5 – для труб діаметром 225 мм;

– проміжок часу між торцюванням і нагрівом зварюваних поверхонь не повинен перевищувати 3 хв;

– перевіряється центрування, а потім надійність кріплення труб у центраторі шляхом зведення труб і створення тиску осадки від 0,20 до 0,25 МПа. При цьому не повинно відбуватись ковзання труб у затискачах центраторів. Попередньо визначається зусилля осадки. Зусилля холостого ходу визначається силовимірювальним пристроєм при переміщенні затиснутої в хомути центратора труби (пліті);

– після перевірки виходу на робочий режим нагрівальний інструмент встановлюється в зазор між трубами і створюється тиск оплавлення 0,2+0,05 МПа, який підтримується до утворення по всьому периметру труби первинного грата висотою: 0,5 мм при товщині стінки до 7 мм; 1,0 мм – від 7 до18 мм; 1,5 мм – більше 18. Після утворення первинного грата необхідно знизити тиск до мінімального 0,02 – 009 МПа, що забезпечить щільне прилягання горців труб до нагрівального інструменту. Торці труб прогрівають протягом часу, який визначають залежно від товщини стінки труби і температури навколишнього середовища:

– після закінчення процесу прогрівання видаляється нагрівальний інструмент із зони зварювання, створюється тиск осадки 0,2–0,05 МПа і забезпечується природне охолодження зварного стику в центраторі під вищевказаним тиском осадки. Тривалість технологічної паузи між моментом закінчення прогріву і початком осадки, збільшення тиску осадки і охолодження зварного стику.