Гост сварка полиэтиленовых труб: СП 42-105-99 Контроль качества сварных соединений полиэтиленовых газопроводов

ГОСТ 16038-80 СВАРКА ДУГОВАЯ. СОЕДИНЕНИЯ СВАРНЫЕ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ МЕДИ И МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ОСНОВНЫЕ ТИПЫ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И РАЗМЕРЫ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Еще страницы по темам Дуговая сварка, сварные соединения, сварка трубопроводов, сварка меди и её сплавов:

Темы: Сварные соединения, Сварка труб, Сварка меди.

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 апреля 1980 г. № 1877 срок действия установлен

с 01.07.81

до 01.07.91

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

1. Настоящий стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений труб с трубами из меди марок М1р, М2р, М3р по ГОСТ 859-78 и медно-никелевого сплава марки МНЖ 5-1 по ГОСТ 492-73, с фланцами из латуни марки Л90 по ГОСТ 15527-70 и со штуцерами и ниппелями из бронзы марок БрАМц 9-2 по ГОСТ 18175-78 или БрАЖНМц 9-4-4-1.

Стандарт не распространяется на сварные соединения, применяемые для изготовления самих труб из листового или полосового материала.

Требования настоящего стандарта являются обязательными.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. В стандарте приняты следующие обозначения способов дуговой сварки:

ЗП — в защитном газе плавящимся электродом;

ЗН — в защитном газе неплавящимся электродом;

ЗН/ЗП — в защитном газе комбинированная, при которой для первого прохода применяется ЗН, для последующих — ЗП;

Р — ручная.

Для конструктивных элементов труб, арматуры и сварных соединений приняты следующие обозначения:

S — толщина стенки трубы;

S₁ — толщина стенки привариваемой детали;

δ — толщина подкладного кольца;

т — ширина подкладного кольца;

b — зазор между кромками свариваемых деталей после прихватки;

D_н — наружный диаметр трубы;

D_вн — номинальный внутренний диаметр трубы;

d_вн — номинальный внутренний диаметр привариваемой детали;

d_н — наружный диаметр ответвительных штуцеров и приварышей;

D_р — диаметр раздачи трубы;

B — ширина нахлестки;

l — длина муфты;

g — выпуклость сварного шва;

g₁ — выпуклость сварного шва со стороны полости и трубы при односторонней сварке;

е — ширина шва;

h — вогнутость корня шва;

f — фаска фланца;

K — катет углового шва;

K₁ — катет углового шва со стороны разъема фланца;

а — толщина шва.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3. Основные типы сварных соединений должны соответствовать указанным в табл. 1.

4. Конструктивные элементы и их размеры должны соответствовать указанным в табл. 2-27.

Для угловых швов в таблицах приведен расчетный катет.

Таблица 1

Примечания:

1. В графе «Толщина стенки и минимальный наружный диаметр трубы для способов сварки» приведены: в числителе предельные толщины стенок труб, за исключением соединений отростков, для которых приведены толщины стенок отростков; в знаменателе минимальные наружные диаметры труб за исключением соединений отростков, ответвительных штуцеров и приварышей, для которых приведены их минимальные диаметры.

2. Значения предельных толщин и минимальных наружных диаметров для медных труб приведены по ГОСТ 617-72, для медно-никелевых труб — по ГОСТ 17217-79.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

Таблица 2

Размеры, мм

Таблица 3

Размеры, мм

Примечание. При толщине s более 3 мм сварное соединение применяется в тех случаях, когда в корне шва допускается непровар.

Таблица 4

Размеры, мм

Примечание. При толщине s более 3 мм сварное соединение применяется в тех случаях, когда в корне шва допускается непровар.

Таблица 5

Размеры, мм

Таблица 6

Размеры, мм

Таблица 7

Размеры, мм

Таблица 8

Размеры, мм

Таблица 9

Размеры, мм

* Размер для справок.

Примечание. При толщине s более 3 мм сварное соединение применяется в тех случаях, когда в корне шва допускается непровар.

Таблица 10

Размеры, мм

* Размер для справок.

Таблица 11

Размеры, мм

* Размер для справок.

Таблица 12

Размеры, мм

Примечание. Допускается выполнение двухстороннего шва.

Таблица 13

Размеры, мм

Примечание. При толщине s более 3 мм сварное соединение применяется в тех случаях, когда в корне шва допускается непровар.

Таблица 14

Размеры, мм

Примечание. Вместо двустороннего шва может быть выполнен односторонний, при условии полного провара корня шва.

Таблица 15

Размеры, мм

Таблица 16

Размеры, мм

Таблица 17

Размеры, мм

Таблица 18

Размеры, мм

Таблица 19

Размеры, мм

Примечание. Допускается применение штуцеров и ниппелей с фасками.

Таблица 20

Размеры, мм

Примечание. Трубу следует развальцевать по фаске фланца.

Таблица 21

Размеры, мм

Примечания:

1. Трубу следует развальцевать до устранения зазора.

2. Соединение рекомендуется для трубопроводов, транспортирующих агрессивную среду, склонную к образованию струевой коррозии.

Таблица 22

Размеры, мм

Таблица 23

Размеры, мм

Примечания:

1. Соединение рекомендуется для трубопроводов, транспортирующих агрессивную рабочую среду, склонную к образованию струевой коррозии.

2. Шов с привалочной стороны фланца допускается выполнять способом сварки ЗН.

Таблица 24

Размеры, мм

Таблица 25

Размеры, мм

Таблица 26

Размеры, мм

Примечание. Допускается непровар и превышение проплава величиной не более 1,5 мм суммарной протяженностью до 20 % периметра сварного шва.

Таблица 27

Размеры, мм

5. При изготовлении тройников и крестовин из труб должны применяться типы сварных соединений, установленные для отростков с трубами, а при сварке тройников, крестовин и переходов с трубами или фланцами — соответственно типы сварных соединений труб с трубами или труб с фланцами.

6. Для сварных соединений, выполняемых с применением сварочных материалов по ГОСТ 16130-85, величина условного давления допускается равной величине условного давления, установленного для самих труб, за исключением случаев, когда в стыковых соединениях допускается непровар.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

7. Смещение перед сваркой кромок стыковых соединений труб, свариваемых на весу, допускается до 20 % от толщины стенки трубы, но не более 0,3 мм по внутренней поверхности.

При сварке на остающихся или съемных подкладках или при двухсторонней сварке смещение кромок допускается до 1 мм.

8. Сварка стыковых соединений деталей неодинаковой толщины при разнице, не превышающей значений, указанных в табл. 28, должна производиться также, как деталей одинаковой толщины; конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по большей толщине.

Таблица 28

мм

Для осуществления плавного перехода от одной детали к другой допускается наклонное расположение поверхности шва (черт. 1).

Черт. 1

При разнице толщины свариваемых деталей свыше значений, указанных в табл. 28, на детали, имеющей большую толщину s₁, должен быть сделан скос до толщины тонкой детали s, как указано на черт. 2 и 3. При этом конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

Черт. 2

Черт. 3

9. Шероховатость обрабатываемых под сварку поверхностей — R_z, не более 80 мкм по ГОСТ 2789-73.

10. Остающиеся подкладки и муфты должны изготовлять из металла той же марки, что и изготовленные трубы.

11. Зазор между остающейся подкладкой и трубой для сварных соединений, контролируемых радиографическим методом, должен быть не более 0,2 мм, а для соединений, не контролируемых радиографическим методом, — не более 0,5 мм.

Местные зазоры для указанных соединений допускаются до 0,5 мм и 1,0 мм соответственно.

12. Диаметр раздачи трубы D_pследует определять по формуле:

D_р=D_вн + 2δ

13. В сварных соединениях отростков с трубами допускается присоединение отростков под углом до 45° к оси трубы.

14. В соединениях У18 и У19 размеры «е» и «g» в сечении А-А должны устанавливаться при проектировании. При этом, размер «е» должен перекрывать утонение стенки трубы, образуемое при вырезке отверстия на величину до 3 мм, а размер «а» должен быть не менее минимальной толщины стенки свариваемых деталей.

15. Предельные отклонения катетов углового шва K от номинального в случаях, не оговоренных в таблицах, должны соответствовать:

+2 мм — при K ≤ 5 мм;

+3 мм — при 5 мм < K ≤ 12 мм;

+5 мм — при K > 12 мм.

16. Допускается выпуклость углового шва не более 2 мм при сварке в нижнем положении и до 3 мм при сварке в других пространственных положениях. Вогнутость углового шва до 30 % его катета, но не более 3 мм.

(Новая редакция, Изм. № 1).

• < ГОСТ 16310-80 Соединения сварные из полиэтилена, полипропилена и винипласта Основные типы, конструктивные элементы и размеры
• ГОСТ 11534-75 Ручная дуговая сварка Соединения сварные под острыми и тупыми углами Основные типы, конструктивные элементы и размеры >

Сварка полиэтиленовых труб. Особенности сварки ПЭ труб муфтами

Различают два способа сварки полиэтиленовых труб — стыковая сварка и сварка при помощи электросварных муфт. О сварке встык мы писали в другой статье. Муфтовая же или электрофузионная сварка труб ПНД осуществляется при помощи специальных фитингов с закладным электронагревателем. Это могут быть — муфты, отводы, тройники, седелки, заглушки.

Диапазон диаметров труб, которые можно соединить при помощи элетросварных фитингов — от 20 до 1200 мм.

При монтаже труб диаметром до 110 мм соединение труб при помощи элетрофузионной сварки экономически выгоднее стыковой сварки, так как стоимость муфтового оборудования в несколько раз ниже стоимости стыкового сварочного оборудования.

Трудно обойтись без муфтовой сварки при монтаже труб большого диаметра, как при строительстве нового трубопровода, так и при ремонте аварийного участка, т.к. в большинстве случаев это связано с работой в довольно стесненных условиях, например, внутри водопроводного колодца, где громоздкое стыковое оборудование не может быть использовано.

Этапы муфтовой сварки полиэтиленовых труб

1. Подготовка

   Концы свариваемых труб должны быть чистыми и визуально ровными в торцах. Если торцы неровные, то их необходимо обработать специальным обрезным инструментом.

   Далее белым маркером на обеих трубах отмечается глубина половины муфты, после чего специальным скребком или любым строительным ножом счищается верхний оксидный слой трубы (трубы ПНД под воздействием кислорода окисляются и этот слой снижает качество сварки). Зачищенные участки труб обрабатываются специальными обезжиривающими салфетками.

   Далее, не прикасаясь к зачищенным участкам трубы руками, на трубу надвигается фитинг до отметки маркером.

2. Сварка

   Сварочный аппарат подключается к сети. В зависимости от модели аппарата и его комплектации данные сварки (температура и время нагрева, а также время остывания) вводятся в систему при помощи сканера, считывающего карандаша или вручную.

   После того, как данные отсканированы, муфтовые аппарат готов к запуску процесса сварки, остается только нажать кнопку старт и оборудование само подаст напряжение на фитинг в течение необходимого времени.

3. Остывание

   После того, как аппарат для муфтовой сварки подаст сигнал об окончании нагрева, необходимо дать остыть фитингу в течение положенного времени.

   Трогать или перемещать свариваемые трубы в это время не рекомендуется.

   После того, как фитинг остыл, можно переходить к следующему участку. Таким образом, как мы видим, сварка полиэтиленовых труб, с одной стороны, требует внимательного выполнения определенных правил, с другой, ничего сложного в этом процессе нет и если у Вас в руках современное оборудование, то совершить ошибку практически невозможно.

   
   

   Муфтовая сварка труб ПНД

ЦентрТехФорм — трубопроводы для полиэтиленовых труб

CTF

Группа Компаний «CTF» является одним из лидеров на Российском рынке материалов и оборудования для строительства и реконструкции трубопроводов с использованием современных технологий. Мы активно содействуем внедрению, развитию и расширению применения полиэтиленовых трубопроводных систем для водо- и газоснабжения.

Россия

Московская область

Москва

Чермянский пр-д, д.7, подъезд 2

+7 4957271015

ГОСТ Р ИСО 12176-1-2011: Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык

ГОСТ Р ИСО 12176-1-2011: Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык

Терминология ГОСТ Р ИСО 12176-1-2011: Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык оригинал документа:

3.4 динамическое сопротивление: Сила трения во время движения.

3.7 компенсация сопротивления: Способность оборудования преодолевать сопротивление перемещению подвижных зажимов в целях достижения и поддержания требуемых параметров сварки.

3.6 номинальная толщина стенки е _п, мм: Условный размер, соответствующий минимальной допустимой толщине стенки трубы в любой точке ее поперечного сечения.

3.5 номинальный наружный диаметр d_n: Обозначение размера, которое является общим для всех элементов трубопровода из термопластов, кроме фланцевых и резьбовых соединений.

Примечание — Номинальный наружный диаметр представляет собой целое число, удобное для ссылок [1].

Определения термина из разных документов: номинальный наружный диаметр d_n

3.3 пиковое сопротивление: Сила трения в точке начала движения.

3.2 сопротивление трению оборудования для сварки встык: Сила, необходимая для преодоления трения во всем механизме.

Примечание — См. раздел 6.1.

3.1 центратор: Конструкция, состоящая из двух или более направляющих и зажимов трубы.

Примечание — Обеспечивает соосность труб и/или фитингов, параллельность их торцов в процессе сварки.

Определения термина из разных документов: центратор

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• ГОСТ Р 54382-2011: Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические требования
• ГОСТ Р ИСО 12176-2-2011: Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 2. Сварка с закладными нагревателями

(PDF) Сварка полимерных труб газопроводов при низких температурах

Сварка полимерных труб газопроводов при низких температурах

Н.П. Старостин, А. Герасимов, Е. Данзанова

Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия

Учитывая особенности теплофизических процессов полимерных материалов, авторами предложены способы сварки полиэтиленовых труб

для газопроводы, сварка в которых может производиться без временного перекрытия при низких температурах атмосферного воздуха

.

Ключевые слова: полимерный материал; газопровод; сварка; продолжительность тепла; сварное соединение

Объем применения полиэтиленовых труб вместо

металлических труб при строительстве магистральных газопроводов

в России с каждым годом увеличивается. В то же время

, согласно действующим на данный момент инструкциям СП 42-

103-2003, сварка разрешается при температуре воздуха

от 215 до 45 8С. При необходимости сварочные работы

следует проводить в закрытых помещениях, в которых температура воздуха

должна быть отрегулирована до значений, указанных в нормативных документах

, а сечение сварной трубы

должно выдерживаться определенное время. период времени для достижения

требуемой температуры.На важность разработки

более простых и эффективных методов сварки при низких температурах

указывает тот факт, что в регионах

с холодным климатом температура воздуха ниже 2158 ° C

измеряется для 6 месяцев или дольше. Кроме того, в доступных в настоящее время методах сварки полимерных материалов

,

возможности технологии стыковой сварки нагретым инструментом

используются неэффективно.Методы регулирования теплового процесса

, обеспечивающие образование прочных сварных соединений

, не используются.

Особенностью полимерных материалов является низкая теплопроводность

по сравнению с металлами. Коэффициенты теплопроводности металлов и полимеров

отличаются от

на два порядка. Например, коэффициент теплопроводности полиэтилена

составляет 0,16–0,42, а для стали

— 25–88 Вт / (м · К).Следовательно, при сварке полиэтиленовых труб

тепловой эффект, приводящий к разрушению материала

, применяется на небольшой площади

, ограниченной изотермой при 808C

2

. Скорость охлаждения

нагретых участков полимерного материала ниже, чем

металлов. Принимая во внимание тот факт, что при сварке полимерных материалов нагретым инструментом

зона термического влияния

(ЗТВ) формируется на протяжении всего процесса в районе

сварного соединения и, как показано в (см.3, изотерма

обращена к сварному соединению своей выпуклой частью, метод сварки

a

при температурах окружающего воздуха на

ниже установленных стандартом температур

предложено

4

. Вместо создания участков со стандартной температурой

для сварочных работ и длительного выдерживания

сварных участков полимерных труб при этих температурах

предлагается повысить температуру

ЗТВ концы свариваемых труб

до стандартной температуры путем предварительного подогрева.Для этой цели

концы сварных труб вставляются в нагретый инструмент

(нагретый до требуемой стандартной температуры

) на глубину, превышающую глубину ЗТВ

, и удерживаются там до достижения температурного поля. в ЗТВ

становятся похожими на однородное поле.

В этом методе используется следующая процедура. Концы

свариваемых труб 1 (рис. 1) центрируются на внешней поверхности

, после чего выполняется механическая обработка

концов труб для обеспечения плотного контакта друг с другом

, а также для удалить окисленные поверхностные слои.Концы

труб затем приводят в непосредственный контакт с нагретым инструментом 2

с нагревательным элементом 3 путем смещения концов

сварных труб на глубину h, превышающую длину

ЗТВ l, в цилиндрические глухие отверстия

конец кольцевой канавки с упругими элементами 4 для

, обеспечивающими идеальный тепловой контакт контактирующих поверхностей.

Температура стенок труб равна

температуре в заданном диапазоне температур

атмосферного воздуха при сварочных операциях, а концы

выдерживаются в течение определенного периода времени для получения среднего значения.

температура ЗТВ равна температуре нагретого инструмента

.

Время нагрева определяется путем решения задачи теплопроводности

на основе условия

обеспечения равномерного распределения температуры в ЗТВ.

Инструмент удаляется, когда в ЗТВ создается почти однородное температурное поле

. Затем второй инструмент

, нагретый до температуры плавления материала или выше,

используется для оплавления концов свариваемых труб. Инструмент

удаляется, и расплавленные концы высаживаются под давлением

и выдерживаются в течение определенного периода времени под этим давлением

.Основные параметры сварки такие же, как у сварки

при стандартных температурах атмосферного воздуха.

Для поддержания такой же скорости охлаждения и релаксации

процессов в сварных соединениях, что и при сварке при рекомендуемых температурах

, охлаждение осуществляется в закрытом ограниченном объеме 2

(Рисунок 2) с использованием тепла

3. Температура поддерживается в указанном диапазоне

с помощью нагревательных элементов, а также за счет тепла сварного шва

.Для получения наиболее эффективной теплоизоляции

между стенками трубы 4 и теплоизоляционным материалом

используется эластичный материал 1.

Таким образом, температура в ЗТВ при низкой температуре атмосферного воздуха

«принудительно» становится равной

рекомендованной температуре. Сила

ISSN 0950-7116 print / ISSN 1754-2138 online

q 2011 Taylor & Francis

http://dx.doi.org/10.1080/09507116.2011.581442

http://www.tandfonline.com

Welding International

Vol. 25, № 12, декабрь 2011 г., 981–983

Выбрано из Сварочного производства 2010 (7) 43–45

Загружено пользователем [84.237.108.216] в 23:24 25 октября 2012 г.

Постоянные соединения для сборки армированного полиэтилена Трубы и стальные трубы — Описание

Постоянные соединения, предназначенные для соединения полиэтиленовых труб, армированных синтетической нитью, со стальными трубопроводами (далее — неразъемное соединение), изготавливаются сборкой отрезка армированной полиэтиленовой трубы на стальной ниппель вставки путем оправки центрального отверстия ниппеля. .

Постоянные соединения предназначены для приварки армированных труб ТУ 2248-001-55038886-01 к стальным трубопроводам систем холодного водоснабжения, технологических и нефтепроводных систем с рабочим давлением до 4 МПа, газораспределительных сетей рабочим давлением до 1,2 МПа. давление.

Постоянные соединения предназначены для применения при температурах стенок трубопроводов от + 60С до -15С.

Несъемные соединения привариваются встык к армированным полиэтиленовым трубам с использованием подогреваемого устройства, а затем шов армируют электромуфтовой муфтой в соответствии с технологической документацией, утвержденной в установленном порядке.

Постоянные соединения привариваются к стальным трубопроводам по ГОСТ 16037.

Температура стальной трубы в месте ее соединения с армированной полиэтиленовой трубой не должна превышать 800 ° C выше нуля. Рекомендуется сначала приварить постоянное соединение к куску стальной трубы длиной 1 м в цехе, где могут быть обеспечены тепловые условия в зоне переходной втулки. В процессе регулировки стальных труб, подготовленных для стыковой сварки и последующего армирования электромуфтовой муфтой, операции газовой резки и полировки кромки следует выполнять на конце стального трубопровода, а не на конце стального соединительного элемента постоянного соединения.Соединительный элемент из полиэтилена должен быть защищен от брызг и окалины металла при регулировке и сборке стыка, сварке клещами и последующей электродуговой сварке.

Вкладыши стальные неразъемных соединений нефтепромысловых трубопроводов должны быть защищены от внешней коррозии в соответствии с требованиями ПБ (ПБ) 08-624.

При подземной прокладке газопроводы должны быть защищены от гальванического воздействия с помощью защитных изолирующих сверхпрочных кожухов в соответствии с требованиями ПБ (ПБ) 12-529.

На изогнутых упругих участках трасс трубопроводов монтаж соединений не допускается.

См. Дополнительную информацию:

Наноструктуризация и термические свойства сварных швов полиэтиленов | Письма о наноразмерных исследованиях

Результаты термогравиметрических исследований ПЭ-100, ПЭ-80 и их сварного шва представлены на рисунке 2а. Видно, что при температурах 280-500 ° С кривая сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 находится между кривыми чистого ПЭ-80 и ПЭ-100, которые соответствуют процессу термоокислительного разрушения.Такое поведение кривых логично и не подлежит обсуждению. Но в начальной зоне процесса термоокислительного разрушения (до 280 ° С) наблюдается определенная повышенная стабильность сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 по сравнению с чистыми полиэтиленами. Как видно на вставке на рис. 2а, сварной шов ПЭ-80 / ПЭ-100 имеет меньшую потерю веса в начале пробоя и повышенную (до 10 ° С) температуру начала пробоя по сравнению с ПЭ-80 и ПЭ-100. Такой вид кривой свидетельствует о том, что в сварном шве образуются структуры с более высокой термической стабильностью.

Графики результатов исследований TGA и TMA. Термогравиметрические (a) и термомеханические (b) результаты для чистого PE-80, PE-100 и их сварного шва PE-80 / PE-100.

Аналогичное поведение материалов наблюдается при термомеханическом испытании (рис. 2b). Кривая относительной деформации сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 при плавлении при температурах выше T = 140 ° C расположена между соответствующими кривыми для чистого ПЭ-80 и ПЭ-100.При температуре 25-130 ° C сварной шов PE-80 / PE-100 имеет максимальные значения теплового расширения (вставка на рис. 2b) по сравнению с чистым PE-80 и PE-100. Это можно объяснить наличием внутренних напряжений в «замороженных» участках аморфной части полимера, возникающих в процессе сварки. Расслабление и размораживание этих участков при нагревании приводит к увеличению молекулярной подвижности и увеличению объема материала.

Исходя из приведенных данных, можно предположить, что при сварке разнородных типов полиэтилена, таких как ПЭ-80 и ПЭ-100, возникают области с более высокой термической стабильностью (очевидно, в кристаллической фазе) и области с внутренними напряжениями (в аморфной фазе). ) образуются в зоне сварки.Чтобы проверить эту идею, все образцы (как чистые полиэтиленовые типы, так и их сварные швы) были изучены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (рис. 3а) и широкоугольной рентгеновской спектроскопии (рис. 3b).

Результирующие графики исследований DSC и WAXS. DSC (a) и WAXS (b) спектры чистого PE-80, PE-100 и их сварного шва PE-80 / PE-100.

Для всех трех образцов на кривых ДСК можно наблюдать два минимума, соответствующих процессам плавления кристаллических структур внутри ПЭ, причем эти две температуры плавления на всех образцах указывают на их поликристалличность.Первый минимум Т _{m 1} указывает температуру плавления для более легкоплавкой фракции с температурой плавления 117-125 ° C. Второй минимум Т _{м 2} соответствует плавлению более упорядоченных (лучше упакованных) кристаллитов с более высокой термической стабильностью с температурой плавления от 133 ° C до 138 ° C. Температуры плавления, соответствующие обоим типам кристаллитов для всех образцов, представлены в таблице 1.

Повышенная температура плавления T _{м 2} сварного шва по сравнению с соответствующим T _{м 2} обоих типов чистого полиэтилена является важным подтверждением предположения о том, что сварной шов содержит области с более высокой термической стабильностью и, соответственно, с кристаллитами более высокого порядка (упаковка).

Аналогичная тенденция наблюдается также для интегральных энтальпий плавления, определенных по площадям плавления на кривых ДСК, которые позволили нам рассчитать степень кристалличности с использованием классического уравнения [24] (см. Таблицу 1). Для сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 интегральная энтальпия плавления является наибольшей среди трех полимеров, что, очевидно, указывает на более высокую термическую стабильность кристаллической фазы сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 по сравнению как с чистым ПЭ-80 и ПЭ-100, так и в свою очередь, это можно объяснить образованием более плотных кристаллитов в сварном шве.Степени кристалличности, представленные в таблице 2, рассчитаны на основе интегральных энтальпий плавления для каждого образца с использованием классического уравнения [24]. Видно, что степень кристалличности сварного шва самая высокая среди трех образцов и, соответственно, выше, чем у чистых матриц обоих типов ПЭ.

Другими аргументами, подтверждающими наше предположение, являются результаты WAXS (рис. 3b).{-1} \ cdot 100 $$

(1)

, где Q cr — площадь дифракционных максимумов, описывающих кристаллическую структуру полимера, а Q _cr + Q _am — общая площадь дифракционной картины в пределах углов рассеяния, на которой проявляется аморфно-кристаллическая структура полимера. Это определение показало, что степень кристалличности как для PE-80, так и для PE-100 почти одинакова (приблизительно 56% для PE-80 и 57% для PE-100) и сильно отличается от такой степени для PE-80 / PE- 100 сварных швов (66%), и эти данные коррелируют с результатами исследований методом ДСК.{-1} $$

(2)

, где K — константа, связанная с формой кристаллита (если форма не определена, К = 0,9), а β — угловая полуширина (ширина полувысоты) дифракционного максимума, показал, что средние значения L 1 ≈ 7,2 нм для сварных швов PE-80, PE-100 и PE-80 / PE-100 и средние значения L 2 ≈ 7,2 нм для PE-80 и PE-100. , а для шва ПЭ-80 / ПЭ-100 L 2 ≈ 8.0 нм (для расчета использовались дифракционные максимумы при 2 θ max = 21,2 ° и 23,6 °).

Чтобы оценить разницу между экспериментальной рентгенограммой сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 и дифрактограммами механических смесей ПЭ-80 и ПЭ-100 (в условиях нулевого взаимодействия между ними), дальнейшие расчеты рентгенограмм таких смесей была сделана в предположении, что оба компонента (оба типа ПЭ) вносят аддитивный вклад в дифракционную картину:

$$ {I} _ {\ mathrm {add}} = {w } _1 {I} _1 + {w} _2 {I} _2 $$

(3)

где I ₁ и I ₂ — интенсивности широкоугольного рентгеновского рассеяния ПЭ-80 и ПЭ-100; Вт ₁ и w ₂ — массовое содержание компонентов в системе ( w ₁ + w ₂ = 1).Сравнивая экспериментальные и рассчитанные картины дифракции рентгеновских лучей, можно увидеть на рисунке 3, что имеет место неаддитивное изменение экспериментальной дифракционной кривой по сравнению с теоретической; это важный результат, поскольку он подтверждает, что взаимодействие между макромолекулами PE-80 и PE-100 происходит в сварном шве PE-80 / PE-100. Анализируя экспериментальную дифракционную кривую сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100, очевидно, что интенсивность первого дифракционного максимума (2 θ max = 21,2 °) уменьшается, а интенсивность второго дифракционного максимума значительно увеличивается (2 θ ). макс = 23.6 °) по сравнению с соответствующими дифракционными максимумами на обоих спектрах чистого ПЭ. По-видимому, этот фактор указывает на то, что при сварке этих двух материалов происходит перестройка кристаллических фаз ПЭ-80 и ПЭ-100 и что в сварном шве ПЭ-80 / ПЭ-100 образуются более плотные кристаллиты (по сравнению с чистыми материалами). Этим фактом можно объяснить повышенную прочность соединения разнородных полимеров, выявленную ранее специалистами и подтвержденную экспериментально до начала текущих исследований (см. Таблицу 2).Значения размера кристаллитов ( L 1 и L 2) для каждого образца, рассчитанные на основе отдельных дифракционных максимумов, также представлены в таблице 2. Таким образом, увеличенный размер кристаллитов характерен для шва ПЭ-80 / ПЭ-100.

Наноструктуризация и термические свойства сварных швов полиэтиленов

Nanoscale Res Lett. 2015; 10: 138.

Анатолий Гальчун

Сварочное отделениеИнститут электросварки им. О. Патона НАН Украины, ул. Боженко, д. 8, 03680 Киев-150, Украина

Николай Кораб

Кафедра сварки пластмасс, Институт электросварки им. Наук Украины, Б.8, ул. Боженко, 11, 03680 Киев-150, Украина

Владимир Кондратенко

Отделение сварки пластмасс Института электросварки им. Е.А. Патона НАН Украины, Б.Ул. Боженко, 8, 03680 Киев-150, Украина

Валерий Демченко

Отделение сварки пластмасс, Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, ул. Боженко, д. 11, д. 8, 03680 Киев 150, Украина

Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины, Харьковский проспект, 48, 02160 Киев, Украина

Андрей Шадрин

Отделение сварки пластмасс, Институт электросварки им. Украина, Б.Ул. Боженко, 8, 03680 Киев-150, Украина

Виталий Анистратенко

Отделение сварки пластмасс, Институт электросварки им. Е.А. Патона НАН Украины, ул. Боженко, д. 11, д. 8, 03680 Киев- 150, Украина

Максим Юрженко

Отделение сварки пластмасс, Институт электросварки им. Е.А. Патона НАН Украины, ул. Боженко, д. 8, д. 8, 03680 Киев-150, Украина

Институт макромолекулярных соединений Химия НАН Украины, Харьковский проспект, 48, 02160 Киев, Украина

Отделение сварки пластмасс, ул.Институт электросварки им. О. Патона НАН Украины, ул. Боженко, д. 8, д. 8, 03680 Киев-150, Украина

Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины, пр. Харьковское, 48, 02160 Киев, Украина

Поступило 6 ноября 2014 г .; Принято 19 февраля 2015 г.

Реферат

Как известно, полиэтилен (ПЭ) — один из распространенных материалов в современном мире, а изделия из ПЭ занимают основную долю на промышленных и торговых рынках. Например, различные типы технического PE, такие как PE-63, PE-80 и PE-100, имеют широкое промышленное применение, например, в строительстве, для трубопроводных систем и т. Д.Быстрое развитие индустрии пластмасс опережает подробные исследования процессов сварки и механизма образования сварных швов, поэтому они остаются неизученными. До сих пор нет окончательного ответа на вопрос, как формируется микроструктура сварного шва. Такие условия ограничивают наш путь к пониманию проблемы и, соответственно, препятствуют научным подходам к сварке более сложных (с химической точки зрения) типов полимеров, чем полиэтилен. С учетом современного состояния в статье представлены результаты комплексных исследований сварного шва ПЭ, его структуры, теплофизических и эксплуатационных характеристик, анализ этих результатов и на их основе выдвинуты гипотезы формирования сварного соединения и структуры сварного шва.Показано, что сварка полиэтилена разного типа, такого как ПЭ-80 и ПЭ-100, приводит к образованию более упорядоченных кристаллитов, перестройке кристаллической фазы и аморфных областей с внутренними напряжениями в зоне сварки.

PACS: 81.20.Vj, 81.05.Lg, 81.07.-b

Предпосылки

Строительство технологических трубопроводов — одна из основных областей применения полимерных материалов в мире [1]. Среди полимеров, используемых для производства труб, полиэтилен (ПЭ) является одним из наиболее часто используемых [2]; этот материал имеет идеальное соотношение между ценой, механическими свойствами и свариваемостью и, следовательно, имеет значительное преимущество по сравнению с другими полимерами.

Для строительства трубопроводов используются трубы из различных видов полиэтилена высокой плотности (HDPE; так называемый «трубный» полиэтилен) [3]. Трубы для первых технологических трубопроводов изготовлены из сырья марки ПЭ-63. Позже были разработаны и получили широкое распространение следующие марки ПЭ-80 и ПЭ-100 [4,5]. В настоящее время все эти три вида полиэтилена используются в трубной промышленности [6].

Сварка — основной способ соединения полиэтиленовых труб при строительстве трубопроводов.На сегодняшний день следующие методы сварки достаточно развиты с технологической точки зрения и широко используются на практике: стыковая сварка горячим инструментом, сварка муфтой горячим инструментом и контактная сварка [7,8]. Для последних двух методов требуются некоторые специальные детали муфты, такие как муфты и фитинги сопротивления. Стыковая сварка — наиболее простой и универсальный метод, применимый для труб любого диаметра (кроме тонкостенных).

Эксплуатационные характеристики полиэтиленовых трубопроводов в значительной степени зависят от качества сварного соединения.Как правило, заявленный срок службы трубопровода составляет не менее 50 лет, и все факторы, которые могут способствовать разрушению трубы или сварного шва, постоянно исследуются и могут быть устранены [9]. В случаях, когда разрушение произошло, важно иметь эффективную и надежную технологию ремонта [10]. Поскольку трубы изготавливаются из полиэтилена различных типов, необходимо разработать технологию сварки, обеспечивающую надежную сварку разнородных типов полиэтилена.

Все вышеперечисленные способы сварки имеют свои технологические особенности и типичные дефекты сварных соединений [11].Многочисленные научные исследования направлены на совершенствование метода стыковой сварки горячим инструментом. Эмпирические методы используются исследователями для оптимизации основных параметров сварки для различных технологических режимов [12,13], а также для исследования особенностей сварки труб разного размера [14]. Механические и термические свойства материала трубы также сильно влияют на процесс стыковой сварки горячим инструментом [15,16]. Это следует учитывать при сварке разнородных видов полиэтилена между собой. ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100 имеют разные технологические характеристики, такие как, например, степень усадки при охлаждении [17] и разные показатели текучести расплава, поэтому для случаев, когда неоднородный ПЭ следует разработать специальную сварочную технологию и оборудование. типы должны быть сварены вместе.

Несмотря на многочисленные разработанные технологии и практическое применение сварки широких труб, детальное исследование природы сварки полиолефинов до сих пор не завершено; Механизм образования сварных швов изучен недостаточно. Исследования морфологии, как правило, позволяют изучить макроструктуру полиэтиленовой трубы, линии сплавления и геометрию зоны термического влияния [18,19]. В некоторых работах исследовалась макромолекулярная структура полиэтилена, влияющая на свариваемость материала [20], а также внутренние деформации в сварных соединениях полиэтилена [21], но общий механизм образования сварного соединения и макромолекулярные структуры [22,23] в сварном шве до сих пор изучены недостаточно.

Таким образом, до сих пор нет полного представления о формировании и структурных особенностях сварных соединений полиэтилена и других полиолефинов. Еще меньше изучен процесс сварки более сложной химической системы, чем полиэтилен. В данной работе представлены результаты комплексных исследований (методами дифференциальной сканирующей калориметрии, термогравиметрического и термомеханического анализов, а также широкоугольного рентгеновского рассеяния) разнородной структуры сварного шва типа ПЭ и их свойств.На основе анализа полученных результатов предложены новые гипотезы о природе и механизме образования сварных швов и структурирования полимера в таких швах.

Методы

Материалы и обработка

Для экспериментов по сварке, структурного анализа и исследования механических и термических свойств были использованы следующие образцы: полиэтиленовые трубы, изготовленные из двух типов полиэтилена высокой плотности (HDPE) с разным минимумом требуемая прочность (MRS) — ПЭ-80 (MW _{бимодальный} 300000 г / моль, плотность 0.953 г / см ³ , MRS = 8 МПа) и PE-100 (MW _{бимодальный} 300000 г / моль и плотность 0,960 г / см ³ , MRS = 10 МПа).

Сварочные эксперименты проводились с диаметром 63 мм и толщиной стенки 6 мм труб из ПЭ-80 и ПЭ-100 с использованием традиционной стыковой сварки горячей пластиной при следующих условиях: температура сварки 200 ° C, давление сварки 0,2 МПа и 60 с время перерыва. Изменение во времени составило 3 с. Время охлаждения под давлением 6 мин. Аппарат для стыковой сварки горячим листом САТ-1 производства Опытного сварочного оборудования Э.Для сварки использовался Институт электросварки им. О. Патона НАН Украины. Фотография сварного шва труб ПЭ-80 и ПЭ-100 представлена ​​на рисунке.

Сварной стык полиэтиленовых труб. Сварной шов разнородных труб (ПЭ80 и ПЭ-100, диаметром 63 мм).

Оборудование и измерения

PE Структура PE (типы PE-80 и PE-100), а также сварных швов PE-80 / PE-100 была исследована методом широкоугольного рассеяния рентгеновских лучей (WAXS) с использованием Рентгеновский дифрактометр ДРОН-4.07 (Буревестник, Санкт-Петербург, Россия) с рентгенооптической схемой по методу Дебая-Шерера с использованием излучения CuK _α ( λ = 0.154 нм), монохроматизированный Ni-фильтром. Рентгеновская трубка BSV27Cu, работающая при U, ​​ = 30 кВ и I, = 30 мА, использовалась в качестве источника характеристического рентгеновского излучения. Рентгеновские измерения проводились пошаговым сканированием с углами рассеяния (2 θ ) от 2,6 ° до 40 °, с выдержкой 5 с при температуре T = 20 ± 2 ° С.

Термические свойства исходных образцов и сварных швов были исследованы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе DSC Q2000 от TA Instruments (Нью-Касл, Делавэр, США) в инертной атмосфере (азот высокой чистоты, ГОСТ 9293–74) при температурах от 40 до 200 ° С с линейной скоростью нагрева 20 ° С / мин.Масса образцов составляла от 6 до 10 мг каждый. Точность измерения температуры ± 0,01 ° С, точность теплового потока ± 0,01 Дж / г.

Термическая стабильность и термоокислительное разрушение (ТГА) исходных образцов и сварного шва изучались с помощью прибора TGA Q50 компании TA Instruments (Нью-Касл, Делавэр, США) в атмосфере осушенного воздуха при температурах от 30 до 700 ° С. ° C при линейной скорости нагрева 20 ° C / мин. Масса образцов составляла примерно 6–12 мг каждый. Точность измерения температуры ± 0.01 ° С, точность похудания ± 0,0001 мг.

Термомеханическое поведение и деформационные характеристики (ТМА) исходных образцов и сварного шва были исследованы с помощью прибора TMA Q400 EM компании TA Instruments (Нью-Касл, Делавэр, США) в атмосфере осушенного воздуха при линейной скорости нагрева 10 ° C / мин при температуре от 30 до 250 ° C. Измерения проводились в режиме теплового расширения с использованием кварцевого индентора диаметром 2,8 ± 0,01 мм. Приложенное к образцу давление индентора было постоянным и составляло 10 ^-1 МПа.Точность измерения температуры ± 0,01 ° С, точность контроля деформации ± 0,01 мкм. Все устройства TA Instruments сертифицированы по международному стандарту ISO 9001: 2000.

Механические свойства (прочность и относительное удлинение при разрыве) исходных и сварных образцов оценивали с помощью осевого испытания на растяжение (по стандарту ДБН В.2.5-41) со скоростью растяжения 50 мм / мин при комнатной температуре с FP- 10 натяжной станок (Германия). Качество сварки также оценивали по визуальным геометрическим параметрам.Все исследования повторялись трижды с разными образцами каждый раз для повышения точности измерений.

Результаты и обсуждение

Результаты термогравиметрических исследований ПЭ-100, ПЭ-80 и их сварного шва представлены на рисунке а. Видно, что при температурах 280-500 ° С кривая сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 находится между кривыми чистого ПЭ-80 и ПЭ-100, которые соответствуют процессу термоокислительного разрушения. Такое поведение кривых логично и не подлежит обсуждению.Но в начальной зоне процесса термоокислительного разрушения (до 280 ° С) наблюдается определенная повышенная стабильность сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 по сравнению с чистыми полиэтиленами. Как видно на вставке к рисунку а, сварной шов ПЭ-80 / ПЭ-100 имеет меньшую потерю веса в начале пробоя и повышенную (до 10 ° С) температуру начала пробоя по сравнению с ПЭ-80 и ПЭ-100. Такой вид кривой свидетельствует о том, что в сварном шве образуются структуры с более высокой термической стабильностью.

Графики результатов исследований TGA и TMA. Термогравиметрические (a) и термомеханические (b) результаты для чистого PE-80, PE-100 и их сварного шва PE-80 / PE-100.

Аналогичное поведение материалов наблюдается при термомеханическом испытании (рисунок b). Кривая относительной деформации сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 при плавлении при температурах выше T = 140 ° C расположена между соответствующими кривыми для чистого ПЭ-80 и ПЭ-100. При температурах 25-130 ° C сварной шов PE-80 / PE-100 имеет максимальные значения теплового расширения (вставка на рис. B) по сравнению с чистым PE-80 и PE-100.Это можно объяснить наличием внутренних напряжений в «замороженных» участках аморфной части полимера, возникающих в процессе сварки. Расслабление и размораживание этих участков при нагревании приводит к увеличению молекулярной подвижности и увеличению объема материала.

Исходя из приведенных данных, можно предположить, что при сварке разнородных типов полиэтилена, таких как ПЭ-80 и ПЭ-100, возникают области с более высокой термической стабильностью (очевидно, в кристаллической фазе) и области с внутренними напряжениями (в аморфной фазе). ) образуются в зоне сварки.Чтобы проверить эту идею, все образцы (как чистые полиэтиленовые типы, так и их сварные швы) были изучены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (рисунок а) и широкоугольной рентгеновской спектроскопии (рисунок б).

Полученные графики исследований DSC и WAXS. DSC (a) и WAXS (b) спектры чистого PE-80, PE-100 и их сварного шва PE-80 / PE-100.

Для всех трех образцов на кривых ДСК можно наблюдать два минимума, соответствующих процессам плавления кристаллических структур внутри ПЭ, причем эти две температуры плавления на всех образцах указывают на их поликристалличность.Первый минимум T _{м 1} указывает температуру плавления для более легкоплавкой фракции с температурой плавления 117-125 ° C. Второй минимум T _{м 2} соответствует плавлению более упорядоченных (лучше упакованных) кристаллитов с более высокой термической стабильностью с температурой плавления от 133 ° C до 138 ° C. Температуры плавления, соответствующие обоим типам кристаллитов для всех образцов, представлены в таблице.

Таблица 1

Термические характеристики (температуры и энтальпии плавления) обоих типов полиэтиленов и их сварных швов, полученные в результате исследований методом ДСК

Аналогичная тенденция наблюдается также для интегральных энтальпий плавления, определенных по площадям плавления на кривых ДСК, которые позволили нам рассчитать степень кристалличности с использованием классического уравнения [24] (см. Таблицу). Для сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 интегральная энтальпия плавления является наибольшей среди трех полимеров, что, очевидно, указывает на более высокую термическую стабильность кристаллической фазы сварного шва ПЭ-80 / ПЭ-100 по сравнению как с чистым ПЭ-80 и ПЭ-100, так и в свою очередь, это можно объяснить образованием более плотных кристаллитов в сварном шве.Приведенные в таблице степени кристалличности рассчитаны на основе интегральных энтальпий плавления для каждого образца по классическому уравнению [24]. Видно, что степень кристалличности сварного шва самая высокая среди трех образцов и, соответственно, выше, чем у чистых матриц обоих типов ПЭ.

Таблица 2

Структурно-механические характеристики полиэтиленов и их сварного шва

 Воспользуйтесь преимуществами массивной коллекции надежных и опытных.Сварная труба  ГОСТ  на Alibaba.com позволяет осуществлять многочисленные надежные коммерческие операции по самым доступным ценам. Эти жесткие и прочные. Сварные трубы  ГОСТ  используются для различных целей в нефтяной, пищевой, строительной и химической промышленности и многих других. Эти мощные. Трубы сварные  ГОСТ  изготавливаются бесшовным способом сварки и изготавливаются с применением как холоднокатаной, так и горячекатаной техники. Вы можете получить к ним доступ у ведущих поставщиков и оптовиков на сайте для разовых сделок.
 Бесшовная и прочная. Сварные трубы  ГОСТ , доступные на объекте, изготовлены из стали марок 200 Series / 300 Series / 400/500/600 series, которые обеспечивают более высокую прочность и долговечность на протяжении многих лет. Это выдающееся качество. Сварные трубы  ГОСТ  выпускаются в круглых трубах и соответствуют стандартам JIS, AiSi, ASTM, GB, DIN, EN. Эти. Сварные трубы  ГОСТ  экологичны, выдерживают высокое давление, сопротивление и демонстрируют превосходную прочность.Они также доступны в различных индивидуальных версиях для индивидуальных требований.
 Alibaba.com и его огромная коллекция. Сварные трубы  ГОСТ  различных цветов, размеров, характеристик и марок могут помочь вам в различных промышленных операциях.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Comment
Your Name *
Your Email *
Your Website