Диссертация (1173030), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Адаменко,Ф.И. Бабенко, В.Е. Бухина, Б.Ф. Виндта, С.С. Волкова, У.Ш.-М. Гисера, К.И.Зайцева, Д.Ф. Кагана, Г.К. Кайгородова, В.Ю. Каргина, Е.А. Кашковской, Г.В.Комарова, Г.Н. Кораба, А.С. Стручкова и многих других.На основании обобщения приведённого материала сделаны выводы посложившемуся на сегодня уровню исследований, сформулированы цель изадачи исследования в диссертационной работе.Вторая глава посвящена разработке технологии сварки нагретыминструментом встык полиэтиленовых труб ПЭ80 SDR11 63×5,8 при низких6температурах. Предлагается два подхода реализации сварки НИВ при низкихтемпературах:1)Без предварительного подогрева;2)С предварительным подогревом.При разработке технологии сварки НИВ полиэтиленовых труб при низкихтемпературах без предварительного подогрева использовался комплекспрограмм «СТЫК-1», разработанный в Институте проблем нефти и газа СОРАН для анализа температурных полей при сварке.
Основная идея сварки безпредварительного подогрева заключается в увеличении продолжительностивоздействия нагретым инструментом на торцы свариваемых труб дляобеспечения такой же глубины проплавления при низких температурах ОВ, чтои глубины проплавления, достигаемой при допустимых температурах (таблица1). Охлаждение сварного соединения производится в теплоизоляционнойкамере для обеспечения необходимого темпа охлаждения сварного соединения.Таблица 1 Продолжительность нагрева при сварке полиэтиленовых трубПЭ80 SDR11 63×5,8 (согласно программы «СТЫК-1»)Температура ОВ, °С- 20- 30- 40- 50- 60Продолжительностьнагрева, с798896104116Температура нагретогоинструмента, °С220230230230230Также в главе рассматривается сопоставление расчетных температурныхданных, полученных комплексом программ «СТЫК-1», с экспериментальнымиданными, полученными при натурных испытаниях с использованием медьконстантановых термопар с помощью многоканального программногорегулятора температуры с графическим дисплеем ТЕРМОДАТ–17Е3.
Показано,что расхождение составляет около 5-6 °С.Суть второго подхода сварки НИВ заключается в подогреве участкасвариваемых торцов трубы с длиной вылета, равной пятикратной толщинестенки трубы, отдельным нагретым инструментом непосредственно передсваркой и последующим охлаждением для выравнивания температурного поляобласти сварки до значений допустимой температуры ОВ, согласнодействующим нормативным документам. Известно из работ Института7электросварки им. Е.О. Патона, что на удалении от стыка на расстояние, равноепятикратной толщине стенки полимерной трубы, термические напряжения,обусловленные сваркой, исчезают. Продолжительности предварительногоподогрева и охлаждения для выравнивания температур рассчитывали сиспользованием комплекса программ «ПОДОГРЕВ-1» (таблица 2).Таблица 2 Продолжительности предварительного подогрева и охлажденияпри сварке полиэтиленовых труб ПЭ80 SDR11 63×5,8Температура ОВ, °С-20-30-40-50Продолжительностьподогрева, с138147156164Время охлаждения, с220181158136По предлагаемым технологическим режимам проводилась сварка ПЭ трубпри температурах ОВ, ниже нормативных.
Для оценки качества сварных швовиспользовались внешний осмотр, испытания на осевое растяжение, испытанияна статический изгиб, определение границ области сплавления методомлокального вторичного нагрева. Методами кратковременных испытаний наосевое растяжение показано, что качество сварных соединений не уступаеткачеству сварных соединений, полученных при допустимых температурах.При испытаниях на статический изгиб было выявлено, что предельныйугол прогиба в 160 ° выдерживают без разрушения и появления трещин всесварные стыковые соединения.
Испытания методом локального вторичногонагрева показали, что форма, размеры и границы областей сплавления сварныхстыковых соединений, изготовленных при низких температурах спредварительным подогревом идентичны области сплавления сварныхсоединений, изготовленных при комнатной температуре (23±3) °С.Третья глава посвящена разработке технологии сварки ЗНЭ притемпературах ОВ, ниже нормативных.
Разработка технологического режимасварки ЗНЭ при температурах воздуха, ниже нормативных, сводится кобеспечениювобластисварногосоединениятемпературыизрегламентированного диапазона проведения сварочных работ путемпредварительного подогрева области сварки, используя закладнойметаллический элемент самой сварочной муфты отдельным источникомпитания. В таблице 3 приведены расчетные продолжительности подогрева для8полиэтиленовой трубы ПЭ80 ГАЗ SDR11 63×5,8 при различных температурахОВ, полученные с помощью комплекса программ «МУФТА», которыеобеспечивают, после выдерживания определенного фиксированного времени,равного 120 с, более однородное температурное поле равное 20°С.
Длясварочного аппарата имитируется температура ОВ из допустимого диапазонатемператур производства сварки, равная (23±3°С).Таблица 3 Продолжительность предварительного подогрева при муфтовойсварке полиэтиленовых труб ПЭ80 ГАЗ SDR11 63×5,8 при различныхтемпературах ОВТемпература ОВ, °СРасчетное времяподогрева, мин- 20- 30- 40- 5010131721Средняя температура в областисварного соединения, после120 с. охлаждения, °С20202020На рис. 1 и 2 видно, что изменения температурного поля сварки иохлаждения в области сварного муфтового соединения при температурахокружающего воздуха при плюс 22 и минус 33 °С одинаковы.Полученные муфтовые сварные соединения были подвергнутыиспытаниям на сплющивание и на отслаивание. В диссертации показано, чтоиспытания на сплющивание выдерживают все сварные соединения,полученные даже с нарушением технологического режима. Оценка качествасварного соединения по максимальной разрушающей нагрузке при испытанияхна отслаивание оказалась непригодной, т.к.
разрушение происходит или поосновному материалу трубы, или по отверстию приложения нагрузки на муфте.Рисунок 1 - Распределениетемпературывпроцессестандартной сварки при допустимойтемпературе ОВ, равной 22 °С.Расположение термопар: 1 - междутрубой и муфтой, 2 – в сварочноймуфте, 3 – в трубе9Рисунок 2 - Распределение температуры в процессе сварки попредлагаемому технологическому режиму (I – подогрев, II – сварка иохлаждение) при температуре ОВ равной минус 33 °С. Расположение термопар:1 - между трубой и муфтой, 2 – в муфте, 3 – в трубеВ четвертой главе приведено исследование эффективности различныхрежимов сварки ПЭ труб.
Эффективность режимов проверялась следующимиметодами: определением физико-механических свойств зон сварного стыковогосоединения полиэтиленовых труб, исследованиями степени кристалличности спомощью дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК), длительнымииспытаниями в активной среде, а также измерением прочности сварногосоединения без нанесения надреза и удаления грата.
На рис. 3 приведенопринятое в работе разделение на зоны сварного стыкового соединения ПЭтрубы. Для детального исследования сварного стыкового соединения из каждойзоны вырезались образцы-пленки. Затем, согласно ГОСТ 14236 – 81,проводились испытания на растяжение. Таким образом, разработаннаяметодика позволила определить физико-механические свойства материалаприведенных зон сварного стыкового соединения.Рисунок 3 – Схемаразделения на зоны сварногостыкового соединения ПЭ труб10На рис. 4 приведены результаты испытаний на растяжение образцов из зонсварных стыковых соединений, которые были изготовлены: при комнатнойтемпературе ОВ (+23°С) по стандартной технологии, при температуре ОВ,равной минус 40 °С сварка производилась без предварительного подогрева.Полученные данные свидетельствуют о том, что в сварном соединениинаименее прочной является зона сплавления вне зависимости от условийсварки.
Значения предела текучести материала зон сварных соединений,произведенных при различных условиях сварки, сильно не различаются инаходятся на одном уровне в пределах 11,7-12,6 МПа. Зона сплавленияхарактеризуется сниженными значениями относительного удлинения примаксимальной нагрузке.а)б)в)г)Рисунок 4 - Результаты испытаний на растяжение сварного стыковогосоединения по зонам: а) прочность при растяжении и; б) предел текучести; в)относительное удлинение при максимальной нагрузке; г) относительноеудлинение при разрывеРазработанная методика определения свойств сварного стыковогосоединения позволяет исследовать отдельно каждую зону, но не выявляет11нарушения технологических параметров сварки НИВ.
Данный факт, косвеннымобразом, свидетельствует об однородном характере надмолекулярныхобразований основного объема материала зон, независимо от того, при какойтемпературе ОВ были произведены сварочные работы, т.к. влиянию температурподвержены наружные поверхности трубы и сварного соединения, которые, всвою очередь, в испытуемых образцах-лентах находятся на боках, размеркоторых равняется толщине образцов-лент.
Об однородности надмолекулярнойструктуры глубинных слоев ПЭ трубы при различных скоростях охлажденияотмечают Г. К. Кайгородов, В. Ю. Каргин и др.Исследовалась степень кристалличности каждой зоны методомдифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК). Была обнаруженаобратная пропорциональная зависимость прочностных характеристик отстепени кристалличности материала сварного соединения полиэтиленовойтрубы по зонам (рис. 5).Испытаниям на длительное растяжение в активной среде при температуре95 °С подвергали сварные стыковые соединения труб из ПЭ80 ГАЗ SDR1163×5,8, изготовленные в интервале температур ОВ при сварке от минус 40 °Сдо плюс 43,5 °С. При температурах ниже минус 15 °С сварка производилась поразработанным технологическим режимам.Рисунок 5 Зависимостьпрочностныххарактеристик отстепеникристалличностисварного соединенияпо зонам сварногостыкового соединенияПЭ трубВидно (таблица 4), что сварные стыковые соединения, изготовленные притемпературах ОВ ниже минус 15 °С с предварительным подогревом,12выдержали более 30 часов, что выше показателей сварных соединений,изготовленных технологическим режимом, определенным с использованиемкомплекса программ «СТЫК-1», без предварительного подогрева.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
