Текст книги "Сварка полимерных труб и фитингов с закладными электронагревателями"

2. ТРУБЫ И ДЕТАЛИ

Фитинги с ЗН широко применяют для соединения монолитных (гладких) полимерных труб между собой и с соединительными деталями, имеющими удлиненные присоединительные части (спиготы) [16].

С 2011 г. в России выпускаются монолитные ПЭ трубы диаметром до 1600мм, а на мировом рынке присутствуют трубы до 2400мм.

Профилированные (спиральновитые) трубы различных конструкций производятся в России до 2400 мм, а мировой рекорд составляет 5000мм. Для соединения витых труб их часто снабжают муфтами с закладными электронагревателями.

Технические характеристики труб и фитингов должны определенным образом соответствовать между собой, что должно отражаться в указаниях производителей фитингов. Так, например, производитель сварочных работ должен получить ясные рекомендации относительно допустимой толщины труб, которые можно сваривать с данным фитингом. Несоблюдение рекомендаций производителя фитингов недопустимо, поскольку приводит к неизбежному браку: перегревам или непроварам.

Важным параметром муфты с закладным нагревателем является глубина вставки трубы. Она включает зону сварки: поверхность гомогенного соединения фитинга с трубой. Чем больше длина зоны сварки, тем больше прочность и надежность сварного соединения. Внутренняя и наружная холодные зоны компенсируют небольшие несоосности, выравнивают естественные на практике отклонения формы трубы от идеального состояния, например, овальность, конусообразность концов труб либо неперпендикулярность среза трубы.

Полимер, расплавившийся в процессе сварки, охлаждается в холодных зонах. В результате в зоне сварки создается равномерное давление расплава, необходимое для качественной сварки.

Толщина стенки фитинга должна выбираться таким образом, чтобы фитинг выдерживал давление расплава в процессе сварки. Если толщина стенки недостаточна, прочность детали снизится, и она может увеличиться в объеме из-за действующего давления сварки, тогда фактор давления расплава не используется в полной мере. Напряжение усадки, которое должно использоваться для создания сварочного давления, уменьшается и не оказывает должного влияния на сварку.

Чтобы гарантировать создание давления расплава во время сварки, следует предотвращать расширение фитинга. Улучшения качества сварного соединения можно добиться, например, армированием внешней цилиндрической поверхности муфты (рис 2.1) Этот прием обеспечивает устойчивый рост давления расплава за счет сдерживания расширения корпуса муфты.

Рис. 2.1. Монтаж армированной муфты [5]

Национальные и международные нормы не предъявляют к техническим и геометрическим параметрам фитингов с закладным электронагревателем исчерпывающие требования в части допуска величины внутреннего диаметра раструбных деталей с ЗН. Этот параметр отражается обычно в конструкторской документации производителя. Производитель несет ответственность за то, чтобы фитинги, предлагаемые клиенту, были надежны и практичны.

Приемо-сдаточные испытания, используемые при промышленном производстве фитингов, невозможно воспроизвести в условиях строительства. Поэтому потребителям необходимо планировать и выполнять мероприятия по контролю фитингов в форматах входного контроля и отбраковки в условиях монтажа, а также предпринимать меры по гармонизации труб и фитингов разных производителей.

2.1. Термины и определения

В современной нормативной документации [1] применяют следующие термины с соответствующими определениями.

Термины и определения, относящиеся к геометрическим характеристикам:

– номинальный диаметр детали d_n: числовое обозначение диаметра детали, равное номинальному наружному диаметру присоединяемой трубы d, соответствующему минимальному среднему наружному диаметру трубы;

– номинальная толщина стенки детали е_n, мм: номинальная толщина стенки детали, принимаемая равной номинальной толщине стенки трубы e соответствующего стандартного размерного отношения SDR;

– толщина стенки детали Е, мм: толщина стенки в любом месте детали, которая может подвергаться воздействию напряжения, вызванного давлением в трубопроводе;

– стандартное размерное отношение детали SDR:

SDR= d_n/e_n

SDR детали принимают равным SDR трубы: SDR= d/e.

– средний наружный диаметр трубного конца детали D₁ мм: частное от деления значения наружного периметра трубного конца детали, измеренного в любом поперечном сечении, параллельном торцу детали, на число π (3,142), округленное в большую сторону до 0,1 мм;

– овальность трубного конца трубы, детали, мм: разность между максимальным и минимальным наружными диаметрами свариваемого конца, измеренными в одном и том же поперечном сечении, параллельном торцу детали на расстоянии не более L₂ (длина трубного конца) от торца;

– овальность раструбного конца детали, мм: разность между максимальным и минимальным внутренними диаметрами раструбного конца в одном и том же поперечном сечении, параллельном торцу детали, на расстоянии не более L₁ (расчетная глубина захода).

Термины и определения конструкции деталей:

– деталь с трубным концом: деталь из полиэтилена, у которой наружный диаметр трубного конца равен номинальному наружному диаметру dn соединяемой трубы, предназначенная для сварки встык с использованием нагретого инструмента и для сварки деталями с закладными электронагревателями;

– деталь с раструбным концом с закладными электронагревателями: деталь из полиэтилена, имеющая один или более закладных электронагревательных элементов, для получения сварного соединения с трубой или деталью с трубным концом;

– седловой отвод с закладными электронагревателями: деталь из полиэтилена, устанавливаемая на наружную поверхность трубы, имеющая один или более закладных электронагревательных элементов, для получения сварного соединения с трубой, в том числе:

– седловой т-образный отвод с закладными электронагревателями: седловой отвод с закладными электронагревателями со встроенным режущим инструментом для вырезки отверстия в трубе. После монтажа инструмент остается в теле детали;

– седловой прямой отвод с закладными электронагревателями: седловой отвод с закладными электронагревателями без встроенного режущего инструмента.

Детали классифицируют по конструкции присоединительной части: детали с трубным концом и с закладными электронагревателями (электросварные).

В свою очередь, детали с ЗН делят на детали с раструбным концом с закладными электронагревателями и седловые отводы с закладными электронагревателями (т-образные и прямые).

Детали изготавливают в виде муфт, седловых отводов, заглушек, отводов, равнопроходных и неравнопроходных тройников, переходов, крестовин, втулок под фланец и других видов. Конструкция деталей должна соответствовать конструкторской документации изготовителя.

Условное обозначение состоит из названия производителя или его товарного знака; наименования детали; сокращенного обозначения материала (ПЭ 80, ПЭ 100); вида транспортируемой среды; номинального диаметра(ов) (присоединительной) детали; стандартного размерного отношения (SDR) трубы, с которой деталь соединяется; обозначения стандарта (ТУ). Пример условного обозначения: Тройник неравнопроходный ПЭ 80 ГАЗ 160 × 110 SDR 11 ГОСТ Р 52779-2007.

Трубы изготовляют из полиэтилена минимальной длительной прочностью MRS 3,2; 6,3; 8,0; 10,0 МПа (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100). Условное обозначение труб состоит из названия производителя или его товарного знака; слова «труба»; сокращенного наименования материала (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100); стандартного размерного отношения (SDR), тире, номинального наружного диаметра, номинальной толщины стенки трубы, назначения трубы (газопроводные обозначают словом «ГАЗ», хозяйственно-питьевого назначения – «питьевая», в остальных случаях – «техническая») и обозначения стандарта (ТУ).

По согласованию с потребителем допускается изготовление труб технического назначения с использованием вторичного сырья той же марки, образующегося при собственном производстве труб.

2.2. Размеры деталей с трубным концом

Некоторые виды деталей с трубным концом, предназначенные как для стыковой, так и для сварки с ЗН, называемые еще «спиготы», показаны на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Примеры деталей с трубным концом, предназначенных для стыковой сварки, и сварки с ЗН.

Размеры трубных концов деталей приведены на рис. 2.3 и в табл. 2.1.

Рис. 2.3. Размеры трубных концов деталей: D₁ – средний наружный диаметр трубного конца, измеренный в любой плоскости, параллельной плоскости торца на расстоянии не более L₂; D₂ – проходное сечение, то есть минимальный внутренний диаметр проходного сечения детали. (данный диаметр не учитывает диаметр упора при его наличии); D₃ – средний наружный диаметр детали; Е – толщина стенки детали в любом месте; E_s – толщина стенки в любом месте зоны сварки на максимальном расстоянии L₁ от торца детали; L₁ – длина зоны сварки, то есть исходная глубина трубного конца детали, необходимая для сварки встык или деталями с закладными электронагревателями; L₂ – длина трубного конца по наружной поверхности

Длина трубного конца L₂ должна обеспечивать следующие условия:

– применение зажимов, необходимых при сварке встык;

– соединение с деталями с закладными электронагревателями.

Таблица 2.1.

Размеры трубных концов деталей

В миллиметрах

Таблица 2.2.

Номинальная толщина стенки в миллиметрах

^* Расчетное значение толщины стенки округлено до 2,3 и 3,0 мм для SDR 11 и SDR 9.

Примечание: Номинальная толщина стенки соответствует минимальной толщине.

Толщина стенки в зоне сварки Es должна быть не менее номинальной толщины стенки трубы е_n соответствующего стандартного размерного отношения SDR, приведенной в табл. 2.2, с предельными отклонениями по ГОСТ ИСО 11922-1, квалитет V.

Примечание. Допускается уменьшение толщины стенки на расстоянии не более (0,01 dn ± 1) мм от торца детали.

2.3. Размеры деталей с раструбным концом с закладными электронагревателями

Размеры раструбных концов деталей с закладными электронагревателями приведены на рис. 2.4 и в табл. 2.3.

Значения глубины захода L₁ приведены для I– и U-регулировки (особенности сварочного оборудования).

В дополнение к значениям, приведенным в табл. 2.3, применяют следующие требования:

L ₃ ≥ 5 мм; D₂ ≥ d_n – 2e_min,

где e_min – минимальная толщина стенки соответствующей трубы.

Средний внутренний диаметр раструбного конца детали в середине зоны сварки должен быть не менее d_n. Предельные отклонения среднего внутреннего диаметра устанавливают в конструкторской документации.

Овальность раструбного конца детали на расстоянии не более L₁ у изготовителя должна быть не более 0,015 d_n.

Рис. 2.4. Размеры раструбных концов деталей с закладными электронагревателями: D – средний внутренний диаметр раструбного конца детали в зоне сварки, т. е. средний внутренний диаметр, измеренный в плоскости, параллельной плоскости торца детали на расстоянии L₃ + 0,5L₂; D₂ – проходное сечение, то есть минимальный внутренний диаметр проходного сечения детали; L₁ – расчетная глубина захода трубы или охватываемого конца детали с трубным концом; L₂ – номинальная длина зоны сварки, соответствующая длине зоны нагрева; L₃ – номинальная длина холодной зоны на входе детали, т. е. расстояние между входным отверстием детали и ближайшим концом зоны сварки

Таблица 2.3.

Размеры раструбных концов деталей с закладными электронагревателями

В миллиметрах

Толщина стенки детали Е должна быть больше или равна минимальной толщине стенки соответствующей трубы e_min в любой части детали, расположенной на расстоянии не менее 2L₁/3 от торца, если деталь и труба изготовлены из полиэтилена с одинаковым значением MRS.

Если деталь и соответствующая труба изготовлены из полиэтилена с различными значениями MRS, при выборе детали соотношение между толщиной стенки детали Е и номинальной толщиной стенки трубы е_n должно соответствовать табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Соотношения толщин стенок детали и трубы с различными MRS

2.4. Размеры седловых деталей с закладными электронагревателями

Отводной патрубок т-образного седлового отвода и прямого седлового отвода должен иметь трубный конец или раструбный конец с закладными электронагревателями, соответствующий нормам.

Изготовитель должен устанавливать габаритные размеры седловых деталей в конструкторской документации (рис. 2.5.).

Рис. 2.5. Размеры седловых деталей с закладными электронагревателями: h – высота бокового отводного патрубка, т.е. расстояние между осью трубы и осью отводного патрубка; L – длина вылета бокового отводного патрубка, т. е. расстояние между осью трубы и торцом отводного патрубка; Н – высота (максимальная) седлового отвода, т. е. расстояние от наружной поверхности трубы до верхней плоскости седлового отвода

Другие размеры и размерные характеристики деталей, присущие каждому изготовителю, такие как габаритные размеры или установочные размеры, должны соответствовать указанным в конструкторской документации изготовителя.

2.5. Входной контроль, общие принципы

Входной контроль труб и деталей является первой превентивной стадией контроля процесса сварки и проводится в соответствии с нормами на трубы и детали, а также другой документацией, утвержденной в установленном порядке.

Для сварки ЗН допускаются только трубы и детали, соответствующие нормам и прошедшие входной контроль. Не допускаются трубы и соединительные детали с технологическими дефектами, царапинами и отклонениями от допусков больше, чем предусмотрено стандартом или техническими условиями.

SDR труб и фитингов, соединяемых деталями с ЗН, должен соответствовать указаниям производителя деталей с ЗН. При отсутствии указаний SDR труб и фитингов, как правило, не должен превышать 17.6.

Таблица 2.5.

Количество образцов для проведения входного контроля в партии труб (деталей)

Количество отбираемых для измерений труб и деталей должно быть не менее 5 образцов. Если количество поступивших труб или деталей меньше 5 штук, то проверяются все. Размеры труб, поступивших в бухтах или катушках, проверяются на концах.

2.6. Входной контроль при сварке труб и деталей, предназначенных для водопроводов и канализации

Контроль включает следующие операции:

– проверку соответствия изделий проектной документации, а также целостности упаковки, предусмотренной изготовителем;

– проверку сопроводительных документов, удостоверяющих качество и их соответствие маркировке изделий;

– проверку соответствия нормам показателей внешнего вида, геометрических размеров и упруго-деформационных показателей;

– определение свариваемости изделий в произвольных условиях или в процессе сварки пробных стыков по описанным ниже процедурам неразрушающего и разрушающего контроля;

– оформление акта о допуске изделий к монтажу с учетом СП40-102 -2000, п.7.2, приложение Е и другой НТД, утвержденной в установленном порядке [2].

Непосредственно на рабочем месте сварщик проводит систематическую отбраковку труб и фитингов по показателям внешнего вида и геометрическим размерам.

2.7. Особенности входного контроля газопроводных труб и деталей

Трубы и детали подвергают внешнему осмотру с целью определения соответствия их проектной документации и обнаружения механических повреждений в процессе их транспортирования. Кроме того, производят входной контроль качества по основным их размерам и характеристикам.

Определение внешнего вида поверхности и размеров труб и деталей следует производить по методикам, указанным в нормативной документации на продукцию (ГОСТ Р или технические условия – ТУ).

Входной контроль качества труб и деталей на объекте строительства должен производиться специалистами аттестованной в установленном порядке лаборатории.

Документ о качестве, сопровождающий каждую партию труб (деталей), содержит: наименование и (или) товарный знак предприятия-изготовителя; номер партии и дату изготовления; условное обозначение трубы (детали); размер партии в метрах (штуках); марку сырья; условия и сроки хранения; результаты испытаний или подтверждение о соответствии качества требованиям нормативной документации.

Механические и другие испытания труб и деталей при входном контроле проводят по усмотрению потребителя.

Внешний вид поверхности трубы и деталей определяют визуально без применения дополнительных увеличительных приборов.

По внешнему виду трубы должны иметь гладкие наружную и внутреннюю поверхности. Допускаются незначительные продольные полосы и волнистость, не выводящие толщину стенки трубы за пределы допускаемых отклонений. На наружной, внутренней и торцовой поверхностях труб не допускаются пузыри, трещины, раковины, посторонние включения.

Цвет труб желтый или черный с желтыми продольными маркировочными полосами в количестве не менее трех, равномерно распределенными по окружности трубы. Характерный цвет трубы для газопроводов или маркировочных полос на ней из ПЭ 80 – лимонножелтый, из ПЭ 100 – желто-оранжевый Оттенки не регламентируются. Трубы, имеющие нечеткую маркировку завода – изготовителя, применять не допускается.

Внутренние и наружные полимерные поверхности деталей не должны иметь следов усадки (утяжины), трещин, вздутий и других дефектов, ухудшающих их эксплуатационные свойства. Допускаются незначительные следы от формующего инструмента, следы от механической обработки и холодных спаев (стыков). Цвет деталей желтый, оранжевый и черный.

Закладные нагревательные проволоки должны правильно позиционироваться в фитинге, не выступать за пределы сварочной поверхности, не перемыкаться.

Размеры труб (диаметр и толщина) и овальность труб и деталей определяют при температуре (23 ± 5) °С. Перед измерением образцы следует выдерживать при указанной температуре не менее 2 ч.

Определение среднего наружного диаметра проводят на каждой отобранной пробе на расстоянии не менее 150 мм от торцов в одном сечении. Средний наружный диаметр определяют циркометром, измерением периметра трубы с погрешностью не более 0,1 мм и делением его на 3,142.

Средний наружный диаметр допускается определять так же, как среднее арифметическое измерений диаметра в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

У деталей без ЗН проверяют значение наружного присоединительного диаметра и толщины стенки детали в зоне присоединения. Измерения проводят на расстоянии 5 мм от торца детали аналогично с определением размеров труб.

У муфт с ЗН контролируют средний внутренний диаметр раструба нутромером индикаторным по ГОСТ 868, который определяют как среднее арифметическое значение максимального и минимального диаметров.

В седелках крановых с ЗН контролируют величину присоединительного диаметра корпуса отвода и накладки с помощью проходного и непроходного калибров-шаблонов на наличие зазора в зоне сварки и величин среднего наружного диаметра хвостовика корпуса седелки.

У деталей с ЗН, упакованных в индивидуальные полиэтиленовые пакеты, целостность упаковки не должна быть нарушена.

Толщину стенки определяют с обоих торцов каждой пробы трубы (детали) не менее чем в шести точках, равномерно расположенных по периметру образца:

– на расстоянии не менее 10 мм от торца каждой пробы трубы;

– на каждом присоединительном конце детали на расстоянии 5 мм от торца.

Измерения проводят микрометром типа МТ или стенкомером с заданной ГОСТ Р 50838 погрешностью.

Овальность труб и деталей всех видов определяют как разность между максимальным и минимальным наружными диаметрами, измеренными по ГОСТ 29325 в одном сечении пробы штангенциркулем или микрометром типа МК.

По результатам входного контроля составляют заключение о соответствии труб и деталей требованиям нормативного документа по форме, изложенной в [3].

При соответствии труб и деталей установленным требованиям принимается решение о передаче их в строительство.

Анализируя приведенные выше нормы контроля можно отметить следующее.

1. Факультативный характер механических и других испытаний труб и деталей при входном контроле (проводят по усмотрению потребителя), несомненно, негативно сказывается на общем уровне входного контроля.

2. При входном контроле возникает неопределенность с показателем D (средний внутренний диаметр раструбного конца детали в зоне сварки, рис. 2.3).

Актуальность этого показателя обусловлена тем, что от величины D зависит зазор между муфтой и трубной заготовкой. Причем, если фактический диаметр трубной заготовки близок к d_n (номинальный диаметр свариваемых труб), дальнейшая обработка заготовки может только увеличить зазор.

Показатель D нормируется только в документации производителя и не доступен потребителю. Поэтому авторы собрали в табл. 2.6 полученную ими информацию об фактических величинах этого показателя, измеренных на деталях ряда производителей и данных самих производителей.

Соотношение полей допусков свариваемых заготовок следует учитывать, корректируя технологию и подбирая соответствующую технологическую оснастку.

Таблица 2.6.

Внутренние размеры (D, мм) муфт с ЗН

^* d _n – номинальный диаметр свариваемых труб