Сварка полиэтиленовых труб для газопроводов при естественно низких температурах

• Автор: Данзанова, Елена Викторовна
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Применение полиэтиленовых труб при низких температурах
1.2. Сварка полиэтиленовых труб для газопроводов
1.3. Методы испытаний сварных соединений полиэтиленовых труб
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СВАРКИ НАГРЕТЫМ ИНСТРУМЕНТОМ ВСТЫК ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
2.1. Технология сварки нагретым инструментом встык без предварительного подогрева при естественно низких температурах
2.1.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели теплового процесса сварки нагретым инструментом встык
2.1.2. Определение технологических режимов сварки нагретым инструментом встык при температурах ОВ, ниже нормативных
2.1.3. Контроль качества сварных стыковых соединений ПЭ труб
2.1.4. Исследование сварного стыкового соединения методом локального вторичного нагрева
2.2. Технология сварки нагретым инструментом встык с предварительным подогревом при естественно низких температурах ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СВАРКИ ЗАКЛАДНЫМ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
3.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели теплового процесса сварки закладным нагревательным элементом
3.2. Разработка методики определения технологических параметров сварки закладным нагревательным элементом полиэтиленовых труб при низких температурах
3.3. Контроль качества муфтовых сварных соединений
3.4. Исследование сварного муфтового соединения методом локального вторичного нагрева
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СВАРКИ
ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДЛЯ ГАЗОПРОВОДОВ
4.1. Исследования физико-механических свойств сварного стыкового соединения полиэтиленовых труб по зонам
4.1.1. Разработка методики определения физико-механических свойств материала зон сварного стыкового соединения
4.1.2. Исследование прочностных свойств материала зон сварного стыкового соединения

4.1.3. Исследование степени кристалличности материала зон сварного стыкового соединения
4.2. Длительные испытания сварных соединений полиэтиленовых труб
4.2.1. Испытания на длительное растяжение сварных стыковых соединений
4.2.2. Испытания при постоянном внутреннем давлении
4.3. Исследования прочности сварных соединений
4.3.1. Разработка методики определения прочности стыкового сварного соединения с заданной площадью сварки
4.3.2. Разработка методики определения прочности муфтового сварного соединения с заданной площадью сварки
4.4. Исследования надмолекулярной структуры сварных соединений полиэтиленовых труб
4.4.1. Исследование надмолекулярной структуры материала сварных соединений методом световой микроскопии
4.4.2. Исследование надмолекулярной структуры материала сварного соединения методом атомно-силовой микроскопии (АСМ)
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Низкая стоимость, легкий вес, простота технологии монтажных и сварочных работ, отсутствие необходимости дополнительной изоляции и долговечность материала способствовали широкому использованию полиэтиленовых (ПЭ) труб в газовых сетях вместо стальных по всему миру. Однако существование ограничения при проведении строительных работ по температуре окружающего воздуха (ОВ) несколько сдерживает темпы повсеместного внедрения данного перспективного материала. В средней полосе и, особенно в северных регионах Российской Федерации, с середины сентября по май месяц среднесуточная температура ОВ ниже минус 15 °С [14]. Согласно действующим СНиП по проектированию и строительству газопроводов из полиэтиленовых труб при температурах ОВ ниже минус 15 °С сварочные работы производятся во временных укрытиях или сооружениях, в которых поддерживается температура из допустимого диапазона (от -15 °С до 45 °С). Такие вынужденные мероприятия приводят к удорожанию и сокращению сезона строительства полиэтиленовых газопроводов. С другой стороны, прерывание подачи газа ниже минус 40 °С в течение нескольких часов в энерго- и теплоснабжающие системы может привести к чрезвычайным ситуациям и в бедственном положении могут оказаться жители целых кварталов и поселков. Существующие методы разрушающего и неразрушающего контроля не всегда позволяют адекватно устанавливать качество сварного соединения. В связи с изложенным, возникает актуальная задача разработки технологических режимов сварки нагретым инструментом встык (НИВ) и сварки с закладным нагревательным элементом (ЗНЭ) при температурах воздуха, ниже нормативных, и разработки новых эффективных методов контроля качества сварных соединений.
В связи с этим в Институте проблем нефти и газа СО РАН ведутся научно-исследовательские работы по разработке технологии оперативной

Испытания на длительное растяжение проводятся на образцах-лопатках типа 2 по ГОСТ 11262 [29]. Испытанию должны подвергаться одновременно и оцениваемое сварное соединение, и контрольное. Для проведения испытаний требуется специальное нагружающее приспособление, которое позволяет создавать и поддерживать в образцах постоянное статическое растягивающее усилие в течение всего времени испытания. В качестве испытательной среды рекомендуется использование дистиллированной воды с 2 % содержанием ПАВ типа ОП-7 или ОП-Ю по ГОСТ 8433 [28]. Следует обеспечивать неизменную концентрацию
смачивающего вещества. Испытания проводятся при температурах испытательной среды 80 °С или 95 °С и напряжениях, не превышающих 4 МПа.
Наряду с существующими методами оценки качества сварных соединений разрабатываются новые методы исследований. В Институте электросварки им. Е.О. Патона были предложены методы экспрессной оценки качества сварных соединений пластмасс. Одним из предложенных испытаний является метод локального вторичного прогрева сварного шва [7, 81, 84]. Как известно, при сварке материал переходит в вязкотекучее состояние, образуя зону шва. Поскольку остывание шва происходит под давлением, материал оказывается в напряженном, как бы в «замороженном» состоянии. При вторичном локальном нагреве выше температуры плавления материал шва релаксирует, четко обозначая его границы.
Вторичный нагрев можно осуществить с помощью горячего воздуха, инфракрасного излучения и т.д. Метод был разработан для контроля качества сварки нагретым инструментом встык полимерных трубопроводов, но с равным успехом может применяться для оценки области сплавления в образцах, изготовленных как с помощью сварки НИВ, так и сваркой с помощью деталей с закладным нагревателем.
Рядом авторов был предложен способ определения прочности сварных стыковых соединений [8, 81], сущность которого заключается в