Инженерная деятельность

Инженерная деятельность

1 Состояние вопроса

1.1   Описание узла, изделия  технологического трубопровода

1.2   Материал изделия

Описание материала изделия

Полимеры - высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев. В начале XX века полимеры были выделены в самостоятельную группу веществ. Выделение произошло, когда появилась реальная возможность получать их химическим путем. Первоначально синтетические вещества использовались как заменители известных природных полимеров: древесины, каучука, шелка. Развитие промышленности в последние десятилетия привело к появлению широкого спектра совершенно новых веществ - пластмасс и эластомеров, многие из которых имеют свойства, отличные от свойств любых полимеров. Материалы на основе полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формироваться и затем устойчиво сохранять (в результате охлаждения или отверждения) приданную им форму, широко используются для производства труб и соединительных деталей. Помимо полимера, пластмассы содержат добавки, улучшающие их технологические и эксплуатационные свойства.

По типу полимерных соединений пластмассу можно разделить на термопластичную и термореактивную (термопласты и реактопласты).

К первой группе термопластов можно отнести пластмассу, которая при нагревании переходит в пластическое состояние. Ее могут перерабатывать двумя методами:методом литья под давлением (в соединительные и фасонные детали) и методом экструзии (в трубы).

К первой группе (термопластам) - нашедшим наибольшее применение для изготовления пластмассовых трубопроводов, относятся следующие пластмассы:

- полиэтилены, получаемые при высоком, среднем и низком давлениях, и их сополимеры с другими полиолефинами, а также радиационно или химически сшитый полиэтилен;

- полипропилены (гомополимер, блоксополимер, рандом сополимер);

- полибутен;

- поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид;

- фторполимеры.

Во вторую группу (реактопласты) входят пластмассы, которые в процессе формирования в изделие отвердевают итеряют способность к повторному формованию. В основном реактопласты не применяются в чистом виде. Они используются в качестве компонентов композитных материалов в сочетании с углеродными, стеклянными, полимерными и другими волокнами. Эпоксидная и полиэфирная смола являются самыми используемыми отвердевающими полимерными материалами.

Основным сырьем для получения пластмасс являются нефть или природный газ. Основным же химическим элементом, входящим в состав всех синтетических пластических материалов, является углерод. В состав пластмасс входят также другие элементы: водород, кислород, азот, хлор, сера.

На базе относительно простого вещества – этилена, состоящего из двух атомов углерода и четырех атомов водорода, осуществляется получение гораздо более сложного химического вещества - полиэтилена.

СН₂ = СН₂ - этилен

В ходе полимеризации  молекулы этилена преобразуются в молекулы полиэтилена рис. 1.1.

А. До полимеризации:

Б. После полимеризации:

Рис. 1.1. Молекула полиэтилена.

Таким образом, полиэтилен состоит из больших молекул, представляющих собой длинные углеводородные цепочки, которые могут быть простыми или разветвленными рис. 1.2. .

Простые – линейные цепочки

Разветвленные цепочки

Рис. 1.2. Цепочки молекул полиэтилена

В зависимости от степени разветвленности получают пластические массы с различными характеристиками.

При химической модификации термопластичного полимера создаются поперечные связи между цепочками - так называемая сшивка. Различают три основных метода сшивки полиэтилена: радиационный (РЕХ-с), перекисный (РЕХ-а) и силанольный (РЕХ-b).

Преимущества силанольного метода сшивки:

- возможность использования существующего экструзионного оборудования;

- отсутствие ограничений по диаметру трубы;

- возможность использования традиционных методов сварки, с последующей обработкой соединения.

Силанольная сшивка протекает по следующему механизму: следовые количества воды диффундируют в силансодержащую полиэтиленовую матрицу, вызывая гидролиз и концентрацию силановых групп с образованием силоксановых поперечных связей между цепочками полиэтилена. Процесс ускоряется под воздействием тепла и наличии катализатора [3, 8].

Свойства полиэтилена, применяемого для изготовления труб и деталей

Из всего многообразия свойств полиэтилена особо можно выделить два: высокую химическую стойкость и неспособность вступать в электрохимические реакции, благодаря чему исключается возможность появления коррозии, присущей стали.

Далее приведены свойства, наиболее полно характеризующие полиэтилен, как материал, применяемый для изготовления труб и соединительных деталей.

Свойства полиэтилена во многом определяются его плотностью. В российских и международных стандартах принята следующая классификация полиэтилена по группам плотности, г/см3:

1. ПНП и ПВД — полиэтилен низкой плотности и полиэтилен высокого давления - 0,910—0,925;

2. ПСП - ПНД — полиэтилен средней плотности и полиэтилен низкого давления - 0,926 — 0,940;

3. ПВП - ПНД — полиэтилен высокой плотности и полиэтилен низкого давления - 0,941—0,965.

Разветвленный полиэтилен с низкой плотностью можно получить путем полимеризацией при высоком давлении. Линейный полиэтилен получают путем полимеризацией при низком давлении различными методами: газофазный, растворный, суспензионный.Полиэтилен можно получить различной плотности за счет введения сополимеров. Плотность может составлять от 0,92 до 0,96 г/см3. Отечественные трубные марки полиэтилена низкого давления производятся газофазным методом с использованием в качестве сополимера бутена-1. Полиэтилен средней плотности может получиться только полимеризацией при низком давлении.

Внешне трубы из ПВД и ПНД ничем не отличаются. Если на трубы отсутствуют документы (маркировка или паспорт) то ПНД от ПВД довольно сложно отличить. Если имеются два отрезка трубы из ПНД и ПВД одного наружного диаметра с одинаковой толщиной стенки, то при положении равных нагрузок трубы из ПНД сплющиваются в меньшей степени. Трубы из ПНД более твердые, чем трубы из ПВД.

Высокая прочность и монолитность соединения можно получить только путем сварочных работ изделий из одинаковой пластмассы. Трубы из полипропилена, полиэтилена или полибутена, которые были сварены между собой, легко разрушаются при механических испытаниях и не образуют прочного соединения [3].

Полиэтилен чувствителен к ультрафиолетовым лучам и теплу. Под их воздействием изменяются его цвет и механические характеристики, т.е. он становится более твердым и хрупким. Эти изменения происходят не сразу и становятся заметными только после года хранения труб на открытом воздухе, на солнце и в неблагоприятных климатических условиях. Так как трубы укладываются в траншеи, то опасность климатического старения становится минимальной.

При температурном воздействии полиэтилен становится более «эластичным», т.е. более легко поддающимся деформированию при механических усилиях.

Температура плавления, при которой полиэтилен превращается в пастообразную массу - 130°С.

Температура размягчения 120°С.

Температура хрупкости минус 70°С [7].

Определение предела текучести является довольно важным, т.к. оно указывает на тот предел, по достижении которого пластическая масса испытывает необратимые изменения, при этом относительное удлинение составляет 16 %.

Разрыв наступает при нагрузке в 32 МПа, предел текучести — 22 МПа.

Удлинение может колебаться в пределах от 800 до 1000 % при скорости от 50 до 100 мм/мин при температуре 20 °С. Величина удлинения непостоянна и зависит от скорости растяжения и температуры.

Коэффициент расширения полиэтилена в десять раз превышает соответствующий коэффициент стали. Коэффициент линейного расширения полиэтилена равен 0,15 — 0,20, тогда как у стали — 0,011 мм/м°С. Это следует учитывать при прокладке трубопроводов из полиэтиленовых труб и соблюдать меры предосторожности [12].

Полиэтилен не является абсолютно герметичным против диффузионной проницаемости, которая увеличивается с повышением температуры. Однако проницаемость полиэтилена чрезвычайно мала и равняется 0,6 м3 на один километр в течение года.

Трубы из полиэтилена обладают химической стойкостью к воздействию: 6,31%-ного водного раствора азотной кислоты; аммиака (газообразного, сухого, 100%-ного, чистого, водного, насыщенного на холоде); технически чистого ацетона; технически чистого бензина; винной кислоты; любого торгового вина; воды (дистиллированной, деминерализованной, обессоленной, минеральной, морской); солям калия; воздуха (сжатого, содержащего масло); солям меди; солям магния; отходящих газов, содержащих диоксид углерода; соляной кислоты; диоксида серы; ртути; сероводорода; серы; мочевины; мыльного раствора.

Не обладают химической стойкостью к воздействию: 40%-ного водного раствора азотной кислоты; брома; мазута; камфорному маслу; 100%-ного озона; сероуглерода; технической жидкой двуокиси серы; хлора и хлористых соединений; царской водки.

Свариваемость материала -целью сварки пластмассовых труб является получение неразъемного соединения, равнокачественное основному материалу.

В основе механизма образования сварного соединения труб лежит процесс реализации межмолекулярных сил путем активации макромолекулярных слоев на соединяемых поверхностях и создания контакта между ними.

В зависимости от метода получения пластмассовых труб и соединительных деталей, подлежащих сварке, в их поверхностных слоях происходят процессы, приводящие к значительным изменениям физических и химических свойств по сравнению с этими свойствами внутренних слоев.

Наружные и внутренние слои стенок труб отличаются по плотности, степени кристалличности, твердости, и по роду других физических свойств, что не безразлично для получения доброкачественного сварного соединения.

Известно, что со временем у многих пластмасс наблюдается миграция отдельных составляющих из внутренних слоев на поверхность. Со временем происходит структурирование и другие процессы, изменяющие исходное состояние поверхности пластмассовой детали. На поверхности кромок труб абсорбируются газы и твердые пылевидные частицы из окружающей среды. Увеличивается суммарная толщина окислительного слоя [14].

Существенные изменения происходят на поверхности кромок труб под воздействием нагрева. Нагреваемая поверхность интенсивнее окисляется, вследствие деструкции полимера на ней могут образовываться газовые поры. При нагреве отмечается неупорядоченная деформация нагретой поверхности.

Процесс сварки пластмасс может происходить строго в определенном диапазоне температур Т_ТЕК – Т_ДЕСТР.

В табл. 1 приведены основные тепло – физические свойства ПНД.

Таблица 1

Основные тепло - физические свойства ПНД

Существенное значение имеет характер изменения и уровень вязкости свариваемых термопластов в интервале выше температуры текучести (Т_ТЕК). Чем меньше вязкость в интервале Т_ТЕК.-Т_ДЕСТР., тем меньше давление, необходимое для вытеснения ингредиентов, экранирующих поверхность в зоне контакта. Чем  шире температурный интервал Т_ТЕК.-Т_ДЕСТР. тем проще производить сварку.

Естественным показателем свариваемости термопластов является: ширина температурного интервала текучести, определяемой по термомеханической кривой, и минимальная вязкость в этом температурном интервале, определяемого с помощью пластомера [5].

По свариваемости ПНД относится к 1 группе хорошо сваривающихся термопластов температурный интервал вязкотекучего состояния которых более 500˚С, минимальная вязкость менее 10Па/c. В инженерной практике изменения эффективной вязкости термопластов при переходе в текучее состояние количественно оценивается показателем текучести расплава (ПТР). Чем больше значение ПТР тем меньше вязкость расплава и больше его текучесть. Таким образом, ПТР обратно пропорциональна вязкости. Установлено, что чем больше ПТР термопласта, тем лучше его свариваемость.

Качество свариваемого соединения с точностью определяет:

1. температура нагрева ТН;

2. время нагрева t_Н;

3. давление Р_ос. нагревательного контакта деталей с нагревателем или деталей между собой, при условии, что используется при сварке нагретым инструментом [2].

1.3   Выбор труб и соединительных деталей для изготовления технологического трубопровода

Выбор труб

При обозначении труб из полиэтилена (ПЭ) обязательно должна указываться его плотность. На готовую продукцию наносится специальная маркировка, которая обозначает: ВП — высокая, СП — средняя, НП –низкая.  Однако указание плотности не характеризует основной показатель, который был принят в международной системе стандартизации (СЕN и ISО) для соединительных деталей и идентификации труб. Он основан на прочности материала «Minimum Required Strengh» (МRS)– это минимальная длительная прочность. В соответствии с этим методом указывается давление, которое материал трубы может воспринимать без разрыва в течение 50 лет.

Стандартное размерное отношение SDR - это отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки.

SDR определяется по определенным формулам. Выбор формулы зависит в первую очередь от материала трубы и рабочего давления среды:

1. для водопроводных труб SDR=2S+1

2. для газовых труб SDR=2MRS/MOP·C+1,

где:

S — серия трубы, определяемая по формуле:

S = σ/MOP, где

σ — допускаемое напряжение в стенке трубы, равное МRS/С, МПа;

МОР — максимальное рабочее давление, МПа.

МRS — минимальная длительная прочность, МПа;

С – коэффициент запаса прочности: для водопровода — 1,25;

для трубопровода – имеет различное значение (от 2,5 до 2,8), в зависимости от местонахождения и максимального рабочего давления.

Формула для определения SDR газовых труб упрощена по сравнению с  водопроводными, так как в ней отсутствует определение серии трубы S.

Область применения полиэтиленовых труб

В табл. 3 приведены наружные диаметры напорных полиэтиленовых труб для трубопроводов различного назначения.

СВ строительстве с помощью полиэтиленовых труб прокладывают:

- подземные напорные водопроводные и канализационные трубопроводы;

- подземные самотечные трубопроводы для сточных, поверхностных и дренажных вод;

- защитные футляры электрических и телекоммуникационных кабелей при их подземной прокладке;

- водопропуски под дорогами;

- газопроводы;

- технологические трубопроводы в промышленности;

- подводные трубопроводы и водовыпускные трубопроводы [20].

Номенклатура и сортамент труб

Трубы для трубопроводов производятся по ГОСТ  18599-2001.

Данный стандарт распространяется на напорные трубы из полиэтилена, которые предназначены для трубопроводов, транспортирующих воду, в том числе для хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. Оптимальная температура при этом должна составлять от 0 до 40 С, а также другие газообразные и жидкие вещества.

Данный стандарт не распространяется на трубы для проведения транспор­тирования горючих газов и электромонтажных работ, которые предназначены в качестве топлива и сырья для и коммунально-бытового и промышленного использования.

К качеству продукции, которые обеспечивают ее безопасность для здоровья, жизни и имущества населения, охраны окружающей среды предъявляют особые требования. Такими требованиями являются:

 - Трубы изготовленные из полиэтилена минимальной длительной прочностью MRS 3,2; 6,3; 8,0; 10,0 МПа (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100) по технологической документа­ции, утвержденной в установленном порядке.

- Трубы для хозяйственно-питьевого водоснабжения изготовляют из полиэтилена марок, которые разрешены Министерством здравоохранения.

- По согласованию с потребителем допускается изготовлять трубы технического назначения с использованием вторичного сырья той же марки, которое образуется при собственном производстве труб по настоящему стандарту.

        Выбираем трубы из полиэтилена ПЭ100 диаметром 225 SDR11 и 160 SDR11технические по ГОСТ18599-2001 которые должны отвечать следующим требованиям:

- Наружный диаметр х толщина стенки^{+Предельное отклонение}:

160 х 14,6 мм;

225 х 20,5 мм.

- Вид поверхности внешний:

Трубы должны иметь гладкие поверхности (наружную и внутреннюю). Допускаются волнистость и незначительные продольные полосы,которые не выводят толщину стенки трубы за пределы допускаемых отклонений. На внутренней, наружной, и торцевой поверхностях труб не допускаются трещины, раковины, пузыри и посторонние включения, которые видно невооруженным глазом без увеличительных приборов.

-  Относи­тельное удлине­ние при разры­ве, не менее 250%;

- Измене­ние длины труб после прогрева, не более 3%;

Выбор и расчет максимального рабочего давления труб для транспортирования различных жидких и газообразных сред, кроме воды, к которым полиэтилен химически стоек, проводят на основе нормативных документов на монтаж и эксплуатацию соответствующих трубопроводов.

Для труб из полиэтилена ПЭ100 максимальное рабочее давление при температуре воды 20 °С равно 1,0 МПа.

Коэффициент снижения максимального рабочего давления при температуре транспортируемой по трубопроводу воды до 40 ºС на срок службы 50 лет.

Соединительные детали (фитинги)

Соединительные детали, предназначенные для соединения труб, изготовленных в соответствии с ГОСТ Р 50838-95* «Трубы из полиэтилена для трубопроводов». Данный ГОСТ распространяется на трубопроводы систем водоснабжения, канализации, технологических трубопроводов

ТУ 6-19-359-97 «Детали соединительные из полиэтилена для газопроводов» используются для производства деталей для соединения труб с использованием сварки нагретым инструментом встык, при строительстве подземных газопроводов, транспортирующих горючие газы, в системах промышленного и коммунально-бытового назначения».

Условное обозначение деталей состоит из наименования вида детали, материала (ПЭ100), номинальных наружных диаметров, размерного отношения (SDR 11), слова промышленная, обозначения ТУ.

1.4   Выбор способов сварки трубопровода

Сварка встык

— закрепление концов труб в зажимах центратора сварочной машины;

— механическая обработка концов труб с помощью торцевателя (она производится до тех пор, пока снимаемая с торцов стружка не станет сплошной, после чего стружка должна быть удалена из зоны сварки);

— проверка соосности и точности совпадения торцов труб по величине зазора между ними (величина зазораможет составлять 0,3—0,5 мм);

— оплавление и нагрев свариваемых поверхностей нагретым инструментом (оплавление торцов производится под давлением 0,2±0,02МПа до образования по всему периметру контакта валиков первичного грата, после чего давление снижается и происходит нагрев торцов. Давление при оплавлении в 10 раз больше, чем при нагреве);

— удаление нагретого инструмента из зоны сварки;

— осадка стыка до образования сварного соединения (процесс происходит под плавным увеличением давления на оплавленные торцы, которое достигает значения 0,2±0,02 МПа и сохраняется до охлаждения сваренного стыка);

— демонтаж сварного соединения из зажимов центратора сварочной машины.

Температура нагретого инструмента в процессе сварки должна автоматически поддерживаться постоянной, величина ее, в зависимости от материала труб и температуры окружающего воздуха, может колебаться от 200 до 230 °С. В зависимости от материала и толщины стенки трубы, а также температуры окружающего воздуха продолжительность нагрева составляет от 50 до 360 секунд, давления осадки — от 3 до 16 секунд, а охлаждение сварного соединения — от 4 до 36 минут. Технологическая пауза (время, за которое необходимо удалить нагревательный инструмент из зоны сварки) зависит от толщины стенки трубы, и ее величина колеблется от 3 до 6 секунд (для труб диаметром свыше 315 мм -12 секунд). Технологический процесс сварки встык более прост по сравнению со сваркой враструб и легче поддается автоматизации.

Для этого были определены основные параметры сварки встык:

- продолжительность оплавления и нагрева;

- температура нагретого инструмента;

- давление нагретого инструмента на торцы при оплавлении и нагреве;

- давление на торцы при осадке;

- продолжительность технологической паузы;

- время охлаждения сваренного стыка под давлением осадки.

Если сварочная машина управляет и контролирует всеми вышеперечисленными параметрами, она считается машиной с высокой степенью автоматизации, если хотя бы один из параметров машиной не выполняется, то она относится к средней степени автоматизации. Те сварочные машины, в которых управление основными параметрами сварки осуществляется вручную, но контроль автоматизирован, относятся к ручным. Применить более простые термины - «автомат» и «полуавтомат» нельзя, потому, что начальный этап технологического процесса сварки встык не поддается автоматизации или чрезмерно ее усложняет. А именно: механическая обработка концов труб с помощью торцевателя; удаление стружки из зоны сварки; проверка соосности и точности совпадения торцов труб по величине зазора между ними. Все эти операции выполняются вручную. Некоторые производители сварочных машин высокой и средней степени автоматизации как дополнительную меру, обеспечивающую качество сварки, нормируют время нарастания давления осадки. Огромным преимуществом этих машин является наличие электронного устройства, позволяющего протоколировать весь процесс сварки, что позволяет практически исключить возможность субъективной оценки правильности проведения сварочного процесса.

Не рекомендуется соединять сваркой встык трубы разной толщины, однако при определенных условиях возможно стыковое соединение труб из разных марок полиэтилена.

Для сварки труб с соединительными деталями потребуется сварочная машина, в центраторе которой можно удалить тот или иной зажим, т.к. соединительные детали имеют разную конфигурацию. Концы труб и деталей центрируют по наружной поверхности таким образом, чтобы максимальная величина смещения наружных кромок не превышала 10% от толщины стенок труб и деталей. При сварке встык вылет концов труб из зажимов центраторов обычно составляет 15—30 мм, а привариваемых деталей не менее 5—15 мм. Сам процесс сварки аналогичен процессу сварки труб. Рекомендуется сварку соединительных деталей с трубами производить в условиях мастерских. При этом деталь приваривают к полиэтиленовому патрубку длиной не менее 0,8—1,0 м. Маркировка стыков (номер стыка и код оператора) производится несмываемым карандашом-маркером или клеймом на горячем расплаве грата через 20—40 секунд после окончания операции осадки в процессе охлаждения стыка.

Стыковую сварку используют и для изготовления соединительных деталей водопроводов и канализации, с так называемым «косым стыком». В этом случае центратор имеет подвижное основание или специальные зажимы, позволяющие производить сварку под углом. Таким образом можно сделать сварные колена, тройники, крестовины.

Сварка встык широко применяется для соединения труб мерной длины и больших диаметров при строительстве газопроводов, водопроводов, канализации и т.п. [12].

Сварка враструб

Сварка враструб основана на одновременном оплавлении при помощи наружной поверхности конца трубы с последующим сопряжением оплавленных поверхностей путем быстрого надвигания конца трубы в раструб и нагревательного инструмента внутренней поверхности раструба. (рис. 1.6). Нагревательный инструмент имеет сложную конфигурацию. При ней наружный диаметр дорна должен быть равным или несколько большим номинального внутреннего диаметра раструба, следовательно, внутренний диаметр гильзы должен быть равным или несколько меньшим минимального наружного диаметра трубы. Поэтому перед сваркой размеры свариваемых труб обязательно проверяются при помощи специального калибра. Если в процессе проверки были выявлены несоответствия, то концы труб доводятся до требуемых размеров. Делается это с помощью нагрева, расширения или механической обработки. Площадь сварки в раструбных соединениях значительно превышает площадь поперечного сечения трубы.

Технологический процесс проходит в следующей последовательности:

— подготовка концов труб (калибровка под размер нагретого инструмента, механическая и тепловая обработка до размеров калибра);

— нанесение метки на расстоянии от торца трубы, равном глубине раструба плюс 2 мм;

— сборка стыка (происходит установка и закрепление концов свариваемых труб или деталей в зажимах центрирующего приспособления;

— проверка соосности и разметка стыка (на конце трубы дальше глубины раструба и на наружной поверхности раструба);

— оплавление и нагрев свариваемых поверхностей нагретым инструментом;

—  удаление нагретого инструмента из зоны сварки;

— осадка стыка до образования сварного соединения (продолжительность осадки в 3 раза больше продолжительности нагрева);

— охлаждение соединения;

— удаление центрирующего приспособления.

В зависимости от материала труб, для обеспечения надежного оплавления поверхностей температура нагревательного инструмента меняется в пределах 300 - 260 °С. Также, в зависимости от материала и толщины стенки трубы, продолжительность нагрева составляет от 6 до 50 секунд, а охлаждение сварного соединения от 2 до 10 минут. Технологическая пауза (время, за которое необходимо удалить нагревательный инструмент из зоны сварки) не должна превышать 1 - 2 секунды. При применении приспособлений, обеспечивающих быстрое сопряжение деталей, сварка враструб допускается при минимальной температуре окружающего воздуха до минус 15 °С, в других случаях она не должна быть ниже 0 °С.

При соединении труб с муфтами рекомендуется сварку второго конца муфты производить после полного охлаждения первого. Ограничительный хомут используется для более точной центровки концов труб и деталей, а также создания дополнительного давления при сварке. Перед каждой сваркой рабочие поверхности нагревательного инструмента необходимо очистить от налипшего от предыдущей сварки материала.

Раструбные соединения не получили распространения для сварки ответственных трубопроводов из-за сложности проведения

подготовительных и сварочных работ, и, как следствие, возможности снижения качества их выполнения. [5].

Сварка при помощи деталей с закладными нагревателями

Сварку при помощи деталей с закладными нагревателями (ЗН) можно применять для соединения труб любого диаметра и длины, а также для приварки к трубопроводу седловых отводов, усиливающих муфт и прочих элементов. Особенно это эффективно для соединения длинномерных труб.

Сварка производится при температуре воздуха от минус 15 °С до плюс 35 °С. Суть технологического процесса сварки заключается в том, что встроенные в соединительную деталь закладные нагреватели (еще их называют проволочные электроспирали) разогревают место соприкосновения поверхностей трубы и детали. В результате такого процесса происходит расплавление и смешивание материала поверхностных слоев. После охлаждения материал напоминает однородную массу.

Существует определенная последовательность запуска процесса (рис. 1.8.):

— подготовка концов труб (разметка под деталь с ЗН, механическая обработка - циклевка свариваемых поверхностей труб, их обезжиривание и, при необходимости, обезжиривание детали с ЗН);

— сборка стыка (устанавливаются и закрепляются концы свариваемых труб в зажимах центрирующего приспособления. Одновременно происходит посадка детали с ЗН);

— подключение детали с ЗН к сварочному аппарату (ввод информации, определяющий режим процесса сварки);

— пуск процесса сварки (обычный нагрев);

— охлаждение соединения;

— удаление центрирующего приспособления.

         Процесс сварки при включении аппарата происходит в автоматическом режиме, а сами результаты процесса сварки протоколируются.

Сварка при помощи деталей с ЗН наибольшее распространение получила за рубежом, в России она долгое время не применялась, несмотря на наличие отечественных разработок. Считалось, что этот вид сварки намного дороже и сложнее, чем сварка встык, при этом не учитывались следующие факторы:

— надежность соединения за счет большей площади свариваемой поверхности и механического обжатия деталью с ЗН тела трубы (исключение составляют седельные ответвления и патрубки-накладки);

— возможность соединения труб с толщиной стенки менее 5 мм;

— автоматический процесс сварки;

— сварочный аппарат в 3—5 раз дешевле машины для сварки встык;

— снижение стоимости деталей с ЗН по мере расширения их производства.

Относительно большая стоимость деталей с ЗН компенсируется за счет их малого количества, необходимого для соединения длинномерных труб. Так, в сочетании с небольшой стоимостью сварочного аппарата, общая стоимость такого соединения значительно ниже стоимости сварного соединения встык и надежнее соединения враструб.

Кроме соединения длинномерных труб и труб с толщиной стенки менее 5 мм, этот способ сварки эффективен при производстве ремонтных работ и незаменим при реконструкции изношенных трубопроводов с использованием профилированных полиэтиленовых труб, а также для соединения труб разной толщины или материалов [19].

Выбор способа сварки

Выбор способа сварки регламентирован требованиями нормативной документации по строительству и ремонту полиэтиленового трубопровода.

Каждый из рассмотренных способов сварки обладает преимуществами и недостатками. Однако для сварки распределительной сети трубопровода из полиэтилена низкого давления (ПЭНД) применяются различные способы сварки, исходя из их технико-экономических показателей.

Для изготовления основной ветки трубопровода, где применяются трубы мерной длины с диаметром 225 мм и ветки с диаметром 160 мм, применяют сварку нагретым инструментом. Сварка нагретым инструментом имеет ряд преимуществ:

− во-первых, прочность сварного шва не уступает прочности основного материала;

− во-вторых, относительная простота способа позволяет исключить большие затраты на создание оборудования и дальнейшее обслуживание.

Там, где необходимо от основной трубы большого диаметра по сравнению с отводимой трубой, подвести трубопровод к потребителю применяют сварку соединительными деталями с закладным нагревателем. В частности седловые отводы с закладным нагревателем. Такой способ сварки позволяет соединять трубы с маленькой толщиной стенки. Это позволяет получить качественное, надёжное и технологичное соединение.

Не редка возникает необходимость. Следовательно нужно осуществить переход полиэтилен - металл. Для этого обычно применяют фланцевое разборное соединение полиэтиленовой трубы с металлической [6].

Итак, выбор способа сварки на данном участке трубопровода зависит от особенностей местности, условий прокладки магистрали и требований нормативных документов на проводимые работы.