УДК 622.692.4
© С.А.Горелов, А.С.Горелов, 1998
С.А.Горелов (ГАНГ им. И.М.Губкина), А.С.Горелов (РАО "Газпром")
S.A.Gorelov (GANG under I.M.Gubkin), A.S.Gorelov (RAO «Gazprom»)
Современные технологии сварки полиэтиленовых труб
О
Modern welding technologies for polyethylene pipe-lines
Reviewed are three technologies for welding of polyethylene pipes with each other and with connecting parts: electric welding, joint welding and socket welding. It is noted, that these welding technologies are not competitive, but mutually complete each other depending on conditions of application. It is stated, that for construction of new polyethylene gas pipe-lines and for reconstruction of pipe-lines parts, lying within the limits of populated areas, electric welding is the most effective, as well as socket welding technology for the parts of the pipe-lines, lying between populated areas.
дним из основных направлений деятельности газовых хозяйств России в настоящее время являются работы по строительству систем газоснабжения городов и населенных пунктов с использованием полиэтиленовых труб. Сварка их между собой и с соединительными деталями осуществляется тремя методами:
1. электросваркой;
2. сваркой встык;
3. сваркой в раструб.
Электросварка. Основным соединительным элементом при этой сварке является муфта, оснащенная электросопротивлением (рис.1).
Принцип электросварки состоит в том, чтобы при помощи нагревательного элемента (электросопротивления) довести до состояния плавления ( ~ 200°С) полиэтилен, расположенный близко к этому элементу.
Подвод тепловой энергии осуществляется нагревательным электрическим сопротивлением, помещенным между двумя контактирующими поверхностями с последующим затвердеванием при охлаждении полиэтилена.
Таким образом, при расположении сопротивления между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью муфты, т.е. горячих зонах, происходит плавление на наружной поверхности трубы и внутренней поверхности муфты.
Холодные зоны сварки являются "запорным устройством , не допускающим выход расплавленного полиэтилена из горячих зон, в результате в области горячей зоны создается избыточное давление расплавленного полиэтилена с надежным сцеплением трубы и муфты. Следовательно, с увеличением размера холодной зоны возрастает вероятность качественной сварки.
Этот метод сварки применяется для соединения длинномерных труб из полиэтилена средней плотности при проклад-
ке новых газопроводов или восстановлении ветхих стальных газопроводов методом протяжки в них полиэтиленовых труб; при ремонтных работах на полиэтиленовых газопроводах; при соединении полиэтиленовых труб и отводов различной марки полиэтилена и разных толщин стенок (разных SDR).
Сварку полиэтиленовых газопроводов с применением деталей с закладными нагревателями осуществляют при температуре окружающего воздуха от -5°С до +35°С. При необходимости выполнения сварных работ при температурах, превышающих эти допустимые значения, следует применять специальные укрытия (палатки, шатры и др.). Место сварки защищают от воздействия влаги, песка, пыли и др.
Технологический процесс соединения
труб с помощью муфт с накладными нагревателями включает:
^ подготовку и проверку надежности работы сварочного оборудования;
^ подготовку концов труб (очистку от загрязнений, разметку, снятие окисной пленки толщиной 0,2-0,4 мм, обезжиривание);
^ сборку стыка (установку и закрепление концов свариваемых труб в зажимах позиционера с одновременной посадкой муфты, подключением к муфте сварочного аппарата);
^ сварку, т.е. выбор необходимых технологических параметров сварки (задание программы процесса сварки, начало сварки, нагрев, охлаждение соединения).
Технологические параметры при сварке с помощью муфт с закладными нагревателями включают напряжение питания, по-
Горячая зона Холодная сварки зона р«|-—-► *-Н«-
Электрическая обмотка
Полиэтиленовый корпус
Упор
(для малых диаметров)
Рис.1. Схема сварной муфты с электрической обмоткой
88 5/1998
Таблица 1
Наружный Напряжение Время Время охлаж-
диаметр, мм питания, В сварки, с дения, мин
20 38 25 6
25 38 26 6
32 38 39 11
40 38 47 11
50 38 65 11
63 38 84 19
90 38 150 15
110 38 185 35
125 38 280 45
140 42 220 30
160 42 300 60
180 42 370 40
200 42 420 60
дающееся на электроспираль муфты и составляющее 24-42 В; время сварки и время охлаждения, зависящие от типа и диаметра соединительных деталей с закладными нагревателями (муфты, седловидные отводы и др.). Как правило, эти параметры указываются в технологической карте. В зависимости от фирмы-изготовителя для одной и той же детали эти параметры могут различаться. В качестве примера в табл. 1 приведены технологические параметры сварки труб при помощи муфты фирмы "INNOGAZ" (Франция).
Качество сварных соединений полностью обеспечивается соблюдением всех норм проведения технологического процесса сварки в соответствии с требованиями технологических карт, правил эксплуатации сварочного оборудования и оптимальным выбором режима сварки. Эти нормы предусматривают:
1) контроль появления на поверхности приваренного фитинга индикатора, свидетельствующего о завершении процесса сварки или открыв пробки индикаторов плавления, контроль приподнятия расплавленного полиэтилена;
2) проверку того, чтобы расплав материала или спираль не показывались из под приваренного фитинга;
3) проверку результата сварки по распечатке принтера.
Если хотя бы один из вышеперечисленных пунктов не выполнен или проверка по нему дала отрицательный результат, то сварное соединение бракуется и подлежит удалению.
Основные ошибки, вызывающие некачественное соединение полиэтиленовых труб с применением муфт с нагревательным электросопротивлением, следующие.
1. Косой срез.
2. Отсутствие зачистки или плохая зачистка.
3. Не выполнено обезжиривание поверхности.
4. Не использован позиционер.
5. Фитинг и труба влажные.
6. Грязь в соединении (песок и др.).
7. Неправильная установка фитинга.
8. Неправильное считывание штрихового кода.
9. Неправильные параметры сварки.
10. Продолжение сварки после прерывания цикла.
11. Снятие позиционера до окончания охлаждения.
12. Использование просроченных соединений.
13. Перфорация отвода до того, как он остыл.
14. Неправильная разметка.
15. Преждевременное открытие пробок индикаторов плавления (не ранее 0,51,0 мин.).
Сварка не может проводиться, если температура трубы ниже -5°С и выше 35°С.
В процессе сварки пробки индикаторов плавления должны быть закрыты!
Принципиальная схема сварки полиэтиленовых труб с применением муфт с электросопротивлением у всех западноевропейских фирм аналогична, различие заключается лишь в подсоединениях, режимах и способах сварки.
Номенклатура выпускаемых фасонных изделий позволяет осуществлять соединение любых конструкций с применением тройников, отводов. переходов, седловидных ответвлений, усилительных муфт и др. В настоящее время выпускаются и используются соединительные детали с одной или несколькими возможностями автоматической сварки, например, считывание характеристики штрихового кода режима (BARCODE).
К этому по спецзаказу добавляется использование магнитных карт (MAGNETIC) одного или нескольких автоматических режимов, ручного режима программирования параметров контроля энергопотребления (MANUAL), а также многих других: SR (RAR) - саморегулирующие соединения или режим автоматического регулирования, B.G. -(Бритиш Газ), C.P. - ("Централ Пластик"), MEMO и др. В табл. 2 приведены фирмы-изготовители фасонных изделий и в каких режимах может быть осуществлена их сварка.
В табл. 3 указаны фирмы-изготовители сварочного оборудования и возможности его применения в различных режимах сварки.
Из указанных систем автоматизации сварки необходимо выделить сварку в системе BARCODE, являющейся универсальной. В процессе изготовления электросварного соединительного элемента создается его своеобразная картотека в виде штрихового кода или магнитной карты. В них указывается вся необходимая информация об соединительном элементе: фирма-изготовитель, оптимальное количество потребляемой тепловой энергии, напряжение, необходимое для сварки данного соединения, диаметр, продолжительность сварки и др. Оператор снимает закодированную информацию с помощью специального оптического считывателя кодов.
Получив необходимую информацию, электронная система сварочного аппарата обрабатывает ее и управляет сварочным процессом. Указанный автоматизм может применяться со всеми марками и типами соединений.
Многие фирмы выпускают сварочное оборудование с возможностями автоматизма под выпускаемые ими соединительные детали (например, FUSION, FRIATEC, GEORGE FICHER, J SAURON SA). Выпускаемые фирмой J SAURON SA сварочные аппараты универсальны, позволяют сварку соединительных деталей, выпускаемых фирмами-изготовителями во всех системах автоматизма (в том числе в режиме RAR) и ручном режиме. В режиме RAR , при котором уровень напряжения фиксирован - 39,5 В, нет определенной
Таблица 2
Режим сварки фасонных изделий
изготовитель Ручной Штрих-код Магнитная карта Саморегулиру Фьюза- Брити "Централ-ющийся (РАР) матик ш-Газ Пластик" МЕМО
CENTRAL PLASTICS П в П в
DURAPIPE П в П в
EUROSTANDARD П в П
FRIATEC П в П
FUSION П в П в в
+GF+ П в в
GIRPI П » П П
INNOGAZ П в П в
PLASSON П в П в
RIESSELMAN П » в
STEWARTS & LLOYDS П в П в
STRENGWELD П в П
SUMMIT П П П
UPONOR П в П в
VULCATHENE П в П в
WAVIN LU П в П
WAVIN I LI LX
WAVIN MEMO П в П в
в - Типовое использование П - Использование возможно
Фирма-
5/1998 89
Рис.2. Диаграмма распределения давлений в процессе сварки:
1 - формирование кромки; 2 - нагрев; 3 - удаление термоэлемента; 4 - рост давления; 5 - время охлаждения
продолжительности сварки. Сварка считается законченной, когда расплавленный материал выходит в специальные окошечки (индикаторы плавления) и давит на микровыключатели, сигнализируя о завершении процесса сварки.
В режиме Фьюзаматик - уровень напряжение тоже фиксирован - 39,5 В. Продолж
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.