Журнал Полимерные трубы - Производство и качество

КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБ

Кожна продукція незалежно від її призначення та використання має ряд властивостей і характеристик, що визначають її якість. Здебільшого такі властивості неможливо оцінити візуально, оскільки вони проявляються лише під час використання чи експлуатації продукції, тому ці властивості виражають у кількісних показниках і шляхом випробувань за чітко встановленими процедурами, щоб уникнути неузгодженості та різних тлумачень результатів, перевіряють відповідність продукції значенням встановлених для неї показників. Випробування проводять як на самих виробництвах у спеціально обладнаних для таких цілей лабораторіях (при прийманні продукції відділом технічного контролю), так і державними органами перевірки (під час сертифікації продукції). 

Що стосується виробника, то він зобов’язаний контролювати відповідність своєї продукції встановленим показникам і на кожну партію труби видавати паспорт (документ про якість), гарантуючи таким чином належну якість продукції. 

Показники якості, періодичність їх перевірок та процедура випробувань для водопровідних і газопровідних труб регламентуються державними стандартами ДСТУ Б В.2.7-151:2008 «Труби поліетиленові для подачі холодної води», ДСТУ Б В.2.7-73-98 «Труби поліетиленові для подачі горючих газів» та іншими нормативними документами, на які посилаються ці ДСТУ.

Випробування поліетиленових труб проводять з метою оцінити пластичність матеріалу, здатність тримати постійний внутрішній тиск протягом гарантованого терміну експлуатації труби, реагувати на критичні навантаження пластичним деформуванням, а не розломами і крихкістю, проявляти достатню стійкість до процесу окислення. Такими випробуваннями для напірних поліетиленових труб (табл. 1) є визначення межі текучості при розтягу та відносного подовження при розриві, перевірка зміни довжини труб після прогріву, визначення термостабільності, випробування на стійкість при постійному внутрішньому тиску, на стійкість до газових складових і стійкість після пережимання, випробування на стійкість до повільного та швидкого розповсюдження тріщин.

 

Таблиця 1. Найменування випробувань і значення показників якості поліетиленових труб 

 

1. Визначення межі текучості при розтягу та відносного подовження при розриві

Перед початком випробування з кожного відібраного відрізка труби виготовляють зразок у вигляді лопатки, зображеної на (рис. 1, 2, табл. 2).  В окремих випадках передбачається також використання лопаток інших типів. Зразок виготовляють штампом-просічкою або механічною обробкою з використанням фрезерувального верстата, при цьому не допускають температурне пошкодження матеріалу зразків. Звертають також увагу на те, щоб оброблені поверхні та краї виготовлених зразків не мали видимих через збільшувальний прилад (наприклад, лупу з п’ятикратним збільшенням) оплавлень, подряпин чи інших дефектів.  

Таблиця 2. Розміри зразка у вигляді лопатки для визначення межі текучості при розтягу та відносного подовження при розриві

 

П’ять виготовлених зразків-лопаток кондиціонують за температури 23±2 °С не менше 2 годин та обчислюють для кожного зразка площу поперечного перерізу А0, попередньо вимірявши мікрометром товщини та ширини робочої частини зразка не менше ніж у трьох поперечних перерізах.

Потім зразок закріплюють у затискачах випробувальної машини (рис. 3) відповідно до заздалегідь нанесених на поверхню зразка міток та забезпечують відповідну швидкість руху затискачів, яка залежить від товщини зразка, до моменту розриву. При цьому фіксують рівень навантаження на зразок та довжину його подовження. Результат випробування обчислюють за наступними формулами.

 

За кінцевий результат приймають мінімальні значення межі текучості при розтягу та відносного подовження при розриві, що розраховані до другої значущої цифри. Отримані значення повинні відповідати значенням табл. 1.

2. Визначення зміни довжини труб після прогріву 

Обладнання для випробування має вигляд бані, яка заповнена нейтральною по відношенню до матеріалу, що випробовується, і стабільною при заданій температурі рідиною (наприклад, гліцерин, етиленгліколь, диетиленгліколь, водяний розчин хлористого кальцію тощо).

В якості зразка для труб діаметром до 180 мм беруть відрізок труби довжиною 300±20 мм, а для труб діаметром більше 180 мм – зразок вирізають з труби у вигляді полоси довжиною 300±20 мм та шириною 250±50 мм. Випробування проводять на трьох зразках.

На зовнішній поверхні по периметру (якщо зразок у вигляді відрізка труби) або ширині зразка (якщо зразок у вигляді полоси) паралельно вісі труби наносять три лінії на рівній однаковій одна від одної. На кожній з цих ліній залишають дві позначки, відстань між якими становить не менше 100 мм і не менше 10 мм від торця труби. Всі лінії та позначки наносять таким чином, щоб після випробування вони залишалися видимими.

Зразки перед випробуванням кондиціонують не менше двох годин за температури 232 С та вимірюють відстань між двома позначками (отримують значення величини l0).

Далі зразки за допомогою підтримуючого пристрою занурюють у баню за температури 110±2 °C на глибину не менше ніж 200 мм, при цьому унеможливлюючи їх контакт між собою і стінками бані, та витримують 15 хв (якщо товщина стінки труби менша або дорівнює 8 мм) і 30 хв (якщо товщина стінки труби більше 8 мм). Потім зразки виймають та кондиціонують не менше двох годин за температури 23±2 °С. Після цього знову вимірюють відстань між двома позначками (отримують значення величини l)

Зміну довжини між позначками на кожній лінії зразка визначають у відсотках за формулою:

 

Середнє арифметичне значення результатів випробувань трьох зразків складає кінцевий результат, як повинен становити не більше 3 %.

 

3. Визначення термостабільності

 

У камері диференційного термічного аналізатора розміщують дві алюмінієві чашки: одну – відкриту із зразком (шматочком труби масою 15±0,5 мг), іншу – порожню, закриту кришкою з отвором. Далі через камеру приладу пропускають азот зі швидкістю 50±1,5 мл/хв. Саму камеру приладу при цьому нагрівають до температури 200±0,5 °С зі швидкістю 20 °С/хв та вмикають запис термограми, на якій будується графік залежності різниці температур ΔТ від часу τ (рис. 4). Після п’яти хвилин такої процедури камеру перемикають на подачу кисню і позначають цю позицію на термограмі (крапка А). Запис термограми триває до моменту, коли екзотерма окислення досягне свого максимуму, після цього прилад вимикають. 

При обробці результатів опрацьовують отриманий під час випробування графік. Так до утвореної справа від крапки А кривої проводять дотичну, а горизонтальну частину графіку подовжують. На перетині цих двох ліній позначають крапку В. Обидві ці крапки проектують на вісь абсцис і фіксують різницю часу між крапками А’ та В’. Випробування проводять на кожному з трьох заздалегідь відібраних зразків. За термостабільність приймають середній арифметичний проміжок часу у хвилинах від крапки А’ до крапки В’ на трьох зразках. Якщо це значення становить не менше 20 хв – вважається, що випробування пройшло успішно. 

4. Випробування на стійкість при постійному внутрішньому тиску 

Обладнання для випробування складається з наступних частин:

1)ванна, наповнена водою та обладнана термостатуючим пристроєм, що дозволяє підтримувати задану температуру;

2)установка для досягнення заданого тиску, що містить напірну систему з джерелом надлишкового тиску та пристрій для подачі робочої рідини до кожного зразка;

3)манометри або системи для вимірювання тиску в кожному зі зразків, які здатні контролювати відповідність тиску заданому значенню;

4)пристрої, що призначені для реєстрації тривалості впливу тиску до моменту руйнування зразка.

Випробування на стійкість при постійному внутрішньому тиску проводять за умовами табл. 1 на зразках у вигляді відрізку труби, довжина якого між встановленими на зразок заглушками (рис. 5) для труб діаметром до 315 мм повинна дорівнювати 3d (трьом діаметрам труби), але бути не менше 250 мм, а для труб діаметром більше 315 мм довжина між заглушками має становити не менше 1000 мм. 

 

Зразки, на кінцях яких встановлено заглушки, розміщують у ванні з водою і додатково заповнюють водою середину зразка при температурі, що не перевищує температуру випробування. Перед початком випробування зразки кондиціонують протягом часу, який,  залежно від товщини стінки зразка, може становити від 1 до 16 годин. Потім зразки підключають до джерела тиску та видаляють повітря.

 Тиск, яким випробовується зразок труби, розраховують за формулою:

  

Результати випробувань вважають задовільними, якщо всі зразки не зазнали руйнувань протягом контрольного часу випробувань.  

5. Випробування на стійкість до газових складових 

Процедура випробування повторює випробування на стійкість до постійного внутрішнього тиску, як це описано вище, за наступних умов: випробування у водному середовищі триває 30 годин при температурі 80 °С, а випробувальний тиск для зразка розраховують при значенні початкової напруги в стінці труби δ рівною 2 МПа.

Головною особливістю даного випробування є те, що його проводять на трубах діаметром 32 мм і зразок заповнюють не водою, а синтетичним конденсатом, який складається з суміші 50 % масової частки н-декана та 50 % масової частки 1-3-5 триметилбензолу.

Перед випробуванням зразки, заповнені конденсатом, витримують у повітряному середовищі протягом 1500 годин при температурі 23±2°С.

Випробування вважається успішним, якщо після випробування у водному середовищі на стійкість до постійного внутрішнього тиску зразки, заповнені конденсатом, не зазнали руйнувань. 

6. Випробування на стійкість труб після пережимання 

Процедура випробування повторює випробування на стійкість до постійного внутрішнього тиску, як це описано вище, за наступних умов: випробування у водному середовищі триває 165 годин при температурі 80° С, а випробувальний тиск для зразка розраховують при значенні початкової напруги в стінці труби δ рівної 4,6 МПа (для труб з ПЕ 80) та 5,5 МПа (для труб з ПЕ 100).

Головною особливістю даного випробування є використання зразків у вигляді відрізків труб довжиною, що дорівнює восьми номінальним діаметрам труби, але не меншою за 250 мм, які після 10-годинного кондиціонування при температурі від 0 до 2° С, пережимають протягом 10 хвилин упоперек осі по середині труби двома металевими циліндричними елементами рис. 6). У такому стані труби тримають не менше однієї години, після чого протягом 10 хвилин відновлюють попередню форму.

Випробування вважається успішним, якщо після випробування на стійкість до постійного внутрішнього тиску підготовлені таким чином зразки не зазнали руйнувань.

 

Рис. 6. Підготовка зразка для випробування на стійкість після пережимання

 

7. Випробування на стійкість до повільного розповсюдження тріщин 

Процедура випробування повторює випробування на стійкість до постійного внутрішнього тиску, як це описано вище, за наступних умов: випробування у ванні триває 165 годин при температурі 80 ° С, значення тиску для зразка встановлюють у відповідності до табл. 3: 

 

Таблиця 3. Випробувальний тиск для випробування на стійкість до повільного розповсюдження тріщин

 

Рис. 7. Схема виконання надрізів на поліетиленовій трубі для проведення випробування на стійкість до повільного розповсюдження тріщин

Головною відмінністю даного випробування є наявність на кожному з трьох зразків чотирьох повздовжніх надрізів (рис. 7). Надрізи виконують на фрезерному верстаті рівномірно по периметру труби і на однаковій відстані від торців. Довжина надрізів має відповідати номінальному зовнішньому діаметру труби. Глибину кожного надрізу h розраховують як різницю між середньою товщиною стінки труби по лінії цього надрізу і залишковою товщиною стінки езал, значення якої беруть з табл. 4:  

Таблиця 4. Значення залишкової товщини стінки езал зразка для випробування на стійкість до повільного розповсюдження тріщин

 

При розрахунку глибини надрізу необхідно вибирати максимальне значення залишкової товщини езал. 

Після закінчення випробування тиском зразок виймають із ванни та охолоджують до 23 °С. Потім зі зразка вирізають секцію труби, яка оточує надріз. Надріз розкривають таким чином, щоб мати доступ до однієї з оброблених фрезою поверхонь надрізу. Вимірюють ширину поверхні надрізу b. Глибину надрізу h розраховують за формулою:

  

Після цього розраховують залишкову товщину стінки езал для кожного надрізу як різницю між середньою товщиною стінки в місці кожного надрізу і глибиною надрізу h. Залишкова товщина стінки повинна відповідати значенням, які вказані в табл. 4. У випадку, якщо езал є більшою за максимальне табличне значення, то зразок у розрахунок не приймають, його замінюють іншим та випробовують знову.

  

8. Випробування на стійкість до швидкого розповсюдження тріщин 

Установка для випробування (рис. 8) складається із зовнішньої обойми у вигляді кілець, яка допускає вільне розширення труби від внутрішнього тиску та водночас обмежує радіальне розширення під час руйнування, внутрішньої оправки (несучого стрижня, ковадла, декомпресійних перегородок), манометрів для вимірювання внутрішнього статичного тиску, заглушок, які встановлюють з обох кінців зразка, а також бойка для нанесення удару. В якості зразка для випробування беруть відрізок труби довжиною, що дорівнює величині семи або восьми номінальних діаметрів dn. 

Безпосередньо перед випробуванням зразок кондиціонують при температурі 0 °С, занурюючи в суміш води з льодом. Кожний зразок повинен бути випробуваний протягом не більше 3 хв після кондиціонування. Під час випробування зразок піддають впливу постійного внутрішнього тиску повітря та проводять удар бойком. Таким чином, подаючи всередину труби різні тиски повітря, отримують не менше двох результатів: у першому випадку при ударі утворюється тріщина довжиною менше 4,7dn, а в другому випадку утворюється тріщина, довжина якої більша значення 4,7dn. За результат випробування приймають мінімальний внутрішній тиск повітря (критичний тиск), за якого виникає тріщина довжиною більше 4,7dn. 

Випробування вважається успішним, якщо отриманий критичний тиск становить не менше MOP/2,4 (значення розрахункового максимального робочого тиску труби, поділеного на число 2,4).

 

Коментар експерта

Викладений матеріал в котрий раз нагадує споживачеві про необхідність відповідального ставлення до питання якості при виборі трубної продукції того чи іншого виробника. Тільки наявність сертифікованої (акредитованої) лабораторії на підприємстві-виготовлювачі труби може гарантувати дійсно високу якість продукції. 

Крім цього, важливим елементом забезпечення якості є відповідальне ставлення до цього питання працівників усіх служб підприємства. Вхідний контроль якості сировини, правильно підібрані режими роботи обладнання (екструзійних ліній), робота операторів ВТК безпосередньо в цеху (на лінії) по виробництву труби, проведення періодичних, кваліфікаційних та інших випробувань – запорука випуску якісної труби. 

Цілком виправданим важелем забезпечення якості стала б персональна відповідальність керівника підприємства за виробництво  неякісної продукції (як, наприклад, прийнято в Білорусі).

Сподіваємося за допомогою вищенаведеного матеріалу «достукатися» до тих виробників трубної продукції, хто, нехтуючи питанням якості поліетиленової труби, ставить під загрозу безаварійну експлуатацію мереж, а також добре ім`я поліетиленової труби як надійного та конкурентоспроможного елемента трубопровідної мережі будь-якого призначення.

Автор: Антон Борисенко

 

 

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА