Диссертация (1173030), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Комплексисследований показывает, что из двух предлагаемых подходов сварки НИВпредпочтительнее подход с предварительным подогревом.Таблица 4 Время до разрушения при испытаниях на длительноерастяжение сварных соединений, изготовленных при низких температурах ОВРежим сваркиТемператураОВ присварке,°СВремянагрева55 сВремя нагрева«СТЫК-1»- 30- 40- 4954 мин1 ч 26 мин-11 ч 27 мин7 ч 8 мин-Время нагрева«СТЫК-1»,(охлаждение вкамере)44 мин27 мин-Предварительныйподогрев «ПОДОГРЕВ-1»,(охлаждение в камере)39 ч64 ч48 чДействующие методики определения качества сварного стыковогосоединения полиэтиленовых труб не позволяют количественно определитьпрочность соединения ПЭ труб по стыку сварки, т.е. при испытаниях напрочность разрушение происходит по основному материалу.
В связи с этимбыла разработана методика определения прочности сварного стыковогосоединения ПЭ труб, суть которой заключается в испытаниях сварныхсоединений с заданной площадью сварки.Для получения образцов сварного соединения с заданной площадьюсварки,длясоответствующеготипоразмерапластмассовойтрубыизготавливается шаблон из тонкого теплоизоляционного материала,размещаемого между торцами труб и препятствующего их сварке по всемупериметру материала. Шаблон (Рис. 6) обеспечивает получение образцовлопаток с площадью сваренных участков, равной или не большей, чем сечениерабочей части основного материала образца-лопатки.В процессе сварки шаблон устанавливается между торцами свариваемыхтруб после удаления нагретого инструмента, т.е. дальнейшее охлаждениесварного соединения под давлением осадки производится уже в контакте сшаблоном.
Таким образом, достигается заданная площадь сварки. Полученныепо ГОСТ 11262-80 образцы-лопатки испытывали на осевое растяжение. Так как13наименьшей прочностью обладает область сварного соединения, то приусловии равенства поперечного сечения образца-лопатки и стыка сварки,разрушение происходит по стыку сварного соединения.Рисунок 6 - Шаблон для создания заданной площади сваркиНа рис. 7 представлены результаты испытаний на растяжение попредложенной методике сварных соединений, изготовленных в диапазонетемператур ОВ от минус 43 °С до 45 °С.Рисунок 7 - Значения разрушающего напряжения сварных стыковыхсоединений, изготовленных при различных температурах ОВ14Видно, что значения разрушающего напряжения сварных соединений,полученных при низких температурах по предлагаемым технологиям,находятся на одном уровне со значениями разрушающего напряжения сварныхсоединений, полученных при регламентированном диапазоне температур.Разрушающее напряжение сварных соединений, полученных при низкихтемпературах с предварительным подогревом, оказалось выше.Разработанную методику испытания сварных стыковых соединений можноиспользовать в качестве метода определения прочности по стыку сварки, атакже в качестве инструмента при выборе наилучших технологий сварки НИВполимерных труб.Характер надмолекулярной структуры исследуемого участка шва, размерыструктурныхобразованийсущественновлияютнапрочностныехарактеристики, а также на их стабильность при испытаниях.
Исследованиянадмолекулярной структуры различных участков сварных стыковыхсоединений, изготовленных по различным технологическим режимам,проводили методами оптической (оптический микроскоп Альтами ПОЛАР 312)и атомно-силовой микроскопии (сканирующий зондовый микроскоп «Ntegra»).На рис. 8 представлены фотографии микроструктур осевой линии сплавлениясварных стыковых соединений, изготовленных по различным режимам.Надмолекулярная структура швов, полученных при использовании программ«ПОДОГРЕВ-1», наиболее идентична структуре шва, полученного пристандартной сварке. При этом размеры сферолитов варьируются в пределах 515 мкм (Рис.
8 а, г). Также следует отметить, что сферолиты немного вытянутывдоль оси трубы. Вероятно, это вызвано усадкой материала шва, связанной стем, что концы свариваемых труб жестко фиксированы.Надмолекулярная структура сварных соединений, изготовленных притемпературе минус 30 °С с нарушением режима (укороченное время нагрева) ибез предварительного подогрева (Рис.
8 б, в) характеризуется мелкимисферолитами (размеры от 2 до 8 мкм) с трудно различимыми границамираздела, что можно объяснить чрезмерно быстрым охлаждением.Таким образом, микроскопические исследования показали, что режимсварки при низких температурах оказывает существенное влияние на размеры иформу надмолекулярных образований ПЭ. Однако, использование при сварке вусловиях низких температур ОВ предварительного подогрева позволяетполучить надмолекулярную структуру сварного соединения, схожую со15структурой сварных соединений, полученных при стандартной сварке, и темсамымобеспечиваетсятребуемыйкомплексфизико-механическиххарактеристик сварного соединения.Режим сваркиТов= + 30 °С,стандартный режимТов= - 30 °С,сварка с нарушениемстандартногорежимаа)б)Тов= - 30 °С,сварка безпредварительногоподогрева,(«СТЫК-1»)в)Тов= - 30 °С,сварка спредварительнымподогревом,(«ПОДОГРЕВ-1»)г)Рисунок 8 – Микроструктура материала на осевой линии сплавлениясварного стыкового соединения, полученного при различных режимах (×1000)Для испытаний муфтовых сварных соединений была разработана методикаизготовления образцов с заданной площадью сварки.
Заданная площадь сваркидостигается путем нанесения барьерного слоя, препятствующего свариванию,полосами равной половине ширины испытуемого образца, перед проведениемсварки ЗНЭ. Далее концы труб, исключая повороты, вставляются в муфту, ипроизводится сварка. Затем проводятся испытания на отслаивание согласно ISO13954.
Так как зона сварки занимает половину площади образца, отслаиваниепроисходит именно по зоне сплавления, что позволяет определить прочностьмуфтовых сварных соединений, изготовленных с использованием различныхрежимов.Видно (рис. 9), что значения максимальной разрывной нагрузки муфтовыхсварных соединений, полученных при низких температурах по предлагаемойтехнологии с предварительным подогревом, не ниже значений максимальнойразрывной нагрузки сварных соединений, изготовленных при комнатнойтемпературе.
Таким образом, установлена эффективность предлагаемойтехнологии сварки ЗНЭ при низких температурах.16Рисунок 9 - Значения максимальной разрывной нагрузки сварныхсоединений, изготовленных при различных температурах ОВОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ1.На базе комплекса исследований механических свойств сварныхсоединений научно обоснованы и оптимизированы технологии сваркинагретым инструментом встык и сварки с закладным нагревательнымэлементом полиэтиленовых труб из ПЭ80 при температурах окружающеговоздуха ниже минус 15 °С;2.В результате исследований эффективности стандартизованныхметодов разрушающего и неразрушающего контроля качества сварныхсоединений обнаружено, что существующие испытания зачастую не выявляютнарушения технологии сварки и не дают количественную оценку прочностисварного соединения3.Разработанная методика, позволяет оценить прочностные свойствазон сварного стыкового соединения полимерных труб.
Установлено, чтопрочность зоны сплавления сварного соединения полиэтиленовых труб ПЭ80ГАЗ SDR11 63×5,8 ниже на 11 – 20 %, чем прочность остальных зон;4.На основе изучения надмолекулярной структуры материаласварных соединений ПЭ труб, установлено, что требуемый комплекс физикомеханических свойств обеспечивается микроструктурой с размераминадмолекулярных образований 5-15 мкм;175.Установлено, что предлагаемые технологии сварки нагретыминструментом встык и сварки закладным нагревательным элементом приестественно низких температурах обеспечивают необходимый уровень качестваи по исследованным показателям не уступают показателям соединений,изготовленных при температурах из допустимого интервала температурпроизводства сварочных работ;6.Установлено, что при производстве сварочных работ на открытомвоздухе при температурах ОВ ниже минус 15 °С, необходимо использоватьпредварительный подогрев свариваемых торцов и деталей полиэтиленовыхтруб.Основные положения диссертационной работы опубликованы вследующих работах:1.Данзанова Е.В.
Метод определения прочностных свойств зонстыкового сварного соединения полимерных труб / Е.В. Данзанова, А.И.Герасимов // Технология металлов. - 2010. -№ 2. -С. 27-30.2.Данзанова Е.В. Сварка полимерных газопроводов при низкихтемпературах / Н.П.
Старостин, А.И. Герасимов, Е.В. Данзанова // Сварочноепроизводство. - 2010. -№ 7. -С. 43-45.3.Данзанова Е.В. Определение физико-механических характеристикзоны сварного стыкового соединения полимерных труб / А.И. Герасимов, Е.В.Данзанова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2010. -№ 7. -С.55-57.4.Данзанова Е.В. Математическое моделирование теплового процессаэлектромуфтовой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах / Н.П.Старостин, В.В. Сивцева, Е.В.
Данзанова // Сварочное производство. - 2011. №8. -С. 25-29.5.Данзанова Е.В. Стыковая сварка полиэтиленовых труб в условияхнизких температур / Н.П. Старостин, М.А. Васильева, Е.В. Данзанова, О.А.Аммосова // Сварочное производство. – 2012. -№ 1. –С.45-48.6.Данзанова Е.В. Вопросы контроля качества сварных соединенийполиэтиленовых труб для газопроводов / Е.В. Данзанова // Электронныйнаучныйжурнал«Нефтегазовоедело»http://www.ogbus.ru/authors/Danzanova/Danzanova_1.pdf 2009.С. 1-8.18.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
