Практичні проблеми зварювання поліетиленових труб

Журнал Полимерные трубы - Производство и качество

Практичні проблеми зварювання поліетиленових труб

У попередній статті [1] на суд фахівців були винесені деякі аспекти впливу так званого людського фактора на якість з'єднань, виконуваних зварюванням нагрітим інструментом (НІ) при монтажі поліетиленових труб. Розгляд спірних елементів технології зварювання викликав жвавий інтерес як з боку практикуючих зварювальників, технологів зварювального виробництва, так і виробників зварювального обладнання. Узагальнюючи реакцію колег, можна зробити висновок, що практика виконання зварювальних робіт істотно відрізняється від думки фахівців про оптимальну технологію. Предмет цієї статті – деякі практичні проблеми зварювання ПЕ труб, які знижують потенційно найвищу надійність полімерних трубопровідних систем.

Основні тези статті проілюстровані фотографіями з практики зварювання, обраними випадково і не покликаними створити негативне уявлення про конкретні будівельні фірми чи зразки зварювального обладнання. Наприклад, застосування розукомплектованої і зношеної техніки (рис. 1) у будь-якому випадку не гарантує належну якість зварювання незалежно від вихідної конструкції нової машини.

Відсутність допоміжної оснастки (наприклад, роликових опор) знижує експлуатаційну надійність і довговічність не тільки зварних з'єднань, а й поліетиленових трубопровідних систем у цілому, навіть якщо основна зварювальна машина має сучасну конструкцію та професійно вибрану конфігурацію.

Поверховість при виконанні складних з'єднань, нехтування правилами центрування, на думку авторів статті, свідчить не стільки про високий професіоналізм, скільки про легковажність зварювальників (рис. 2).


Несприятливі умови зварювання

При зварюванні у незручних і несприятливих умовах монтажна бригада зобов'язана вжити спеціальні заходи по зменшенню впливу негативних факторів на результати зварювання.

Найважливіший з них – це організація укриття зі створенням мікроклімату в зварювальній зоні та попереднє кондиціонування зварюваних труб і деталей. Тільки таким чином можна чітко дотримуватися оптимальних процедур і параметрів зварювання [2]. Можна почути заперечення, що допустимий діапазон температур навколишнього повітря, що дозволяють зварювання, досить широкий. У деяких документах, складених без належної експериментальної бази, дійсно можна зустріти рекомендації по зварюванню при досить низьких температурах (-5, -10 і навіть -15 °С). Надійно перевірені вказівки Німецького товариства зварювання (DVS), проте, не дозволяють зварку при температурі навколишнього повітря нижче + 5 °С.

Вітчизняна практика показує, що погодно-кліматичні чинники є досить істотними причинами, які погіршують якість зварювання. До таких факторів належать температура навколишнього повітря (як низькі, так і високі значення), її добові коливання, сонячне опромінення, сильний вітер, вологість повітря, опади, пил. Прийнято вважати, що зона зварювання повинна бути надійно захищена від негативних факторів. При цьому в укриттях повинна бути забезпечена зручна робота бригади зварників. Так, у наметах досить складно розміщувати зварювальні апарати, у яких відсутня інтегрована механізація роботи з торцівником і нагрівним елементом, замість якої використовується габаритна кран-балка з опорною «ногою». Однак ці проблеми успішно вирішуються і в європейській практиці зварювання (рис. 3), і серйозними українськими будівельними фірмами (рис. 4).


У вітчизняній практиці зварювання застосування належних укриттів поки не стало правилом. Тим часом термостатуючі намети, безсумнівно, необхідні при зварюванні за несприятливих погодних умов, навіть якщо облаштування укриттів вимагає значних витрат, особливо при зварюванні супервеликих труб на машинах з кран-балками і приварюванні укрупнених вузлів. Обов'язкове застосування наметів необхідно передбачати в специфікаціях на будівництво ПЕ трубопроводів у несприятливих умовах.
 
Незручні умови зварювання

У документації по організації зварювальних робіт, що застосовується у світовій практиці, зазвичай підкреслюється необхідність організації зручної роботи для зварювальної бригади як обов’язкової умови забезпечення високої якості зварювання НІ встик.

За спостереженнями авторів, в українській практиці цей принцип нерідко порушується, особливо при виконанні санації старих трубопроводів. Причиною екстремальних умов зварювання часто стають невиправдано малі розміри котлованів і траншей, у яких проектом передбачені роботи по зварюванню. Дана обставина не дозволяє належним чином виставити монтажне обладнання та забезпечити співвісність деталей, які зварюються.

Типовою причиною непроварів є відсутність надійної основи для центратора та опор труб, що зварюються, простору для виставлення центратора співвісно трубі, розташованій у сталевому футлярі. Додатково центрування ускладнюється кривизною санованої ділянки старої труби.

За відсутності кран-балки неприпустимо сповільнюється витяг нагрівача і затягується технологічна пауза, що особливо небезпечно в холодну пору року.

Подібні недоліки організації зварювальних робіт значно знижують шанси на досягнення необхідної якості зварювання, а застосування варіантів машин у три- і навіть двохомутних виконаннях легко може стати причиною браку зварного з'єднання (рис. 5).

Рис. 5. Двохомутна машина не гарантує хорошого центрування

При зварюванні в обмежених умовах зазвичай неможливо забезпечити належні візуально-вимірювальний контроль (ВВК) і випробування зварних з'єднань. У світовій практиці проблема доступу для повного контролю зварних з'єднань найчастіше вирішується шляхом зварювання ниток трубопроводу на поверхні землі. У цьому випадку всі з'єднання нитки можна проконтролювати візуально-вимірювальними методами і при необхідності вирізати гірші за зовнішнім виглядом зразки для механічних випробувань. Тільки тоді перевірені і випробувані нитки вводяться всередину відрізків старих трубопроводів, що підлягають санації.

Проблема зварювання укрупнених вузлів

За спостереженнями авторів, при монтажі фітингів у споруджуваних трубопроводах часто створюються невиправдані проблеми, зумовлені прагненням заощадити при закупівлі укрупнених вузлів. Сучасні принципи індустріалізації монтажу полімерних трубопровідних систем потребують виготовлення проектних вузлів у цехових умовах. Зварювання фітингів, на яких вдалося заощадити при їх закупівлі, часто стає додатковою проблемою для зварювальника, вимушеного з'єднувати фітинги на польових машинах, не пристосованих для цієї роботи. Якщо при плануванні зварювальних робіт не враховувати приварювання подовженого відрізком труби відводу до нерухомої ділянки трубопроводу, то висока ймовірність того, що забезпечити співвісне переміщення цієї деталі при зварюванні не вдасться.

Зварювальні комплекси

При роботі на традиційних зварювальних машинах існує проблема узгоджених дій численних членів бригади, включаючи водіїв транспортного та вантажопідйомного обладнання. Специфікою вітчизняного ринку обладнання для будівництва ПЕ трубопроводів є слабо виражена пропозиція спеціалізованих систем і монтажних комплексів для польових зварювальних робіт.

Одним з підходів до підвищення якості зварювання НІ, які використовуються у світовій практиці, є застосування високомеханізованих зварювальних комплексів [3, 4]. Так, компанія McElroy (США) пропонує мобільний монтажний комплекс, що включає стенд тимчасового зберігання труби з механізацією її подачі, інтегровані регульовані роликові опори та захищений мобільний зварювальний пост. Комплекс управляється всього одним кваліфікованим оператором, який замінює велику групу часто некваліфікованих робітників.

Використання подібного комплексу вирішує безліч супутніх завдань, що виникають під час роботи в польових умовах з великими обсягами будівництва, таких як необхідність постійної присутності вантажопідйомної техніки підвищеної прохідності, виконання такелажних робіт, організації майданчика тимчасового зберігання труб та їх вхідного контролю. При цьому меншуються ризики пошкодження зварювального обладнання, а також роль «людського фактора». Скорочується тривалість підготовчих робіт, і, що важливо, дані комплекси мають високий рівень техніки безпеки.
Доречно зазначити, що всі елементи комплексу розміщені на надійних щитах, які забезпечують збереження співвісності зварюваних заготовок.

Деякі європейські та австралійські фірми також виробляють обладнання, що поєднує операції зварювання труби з операціями її завантаження та позиціонування.

Логічно припустити, що багато труднощів при зварюванні створюються та тиражуються на практиці в результаті недостатнього контролю якості зварних з'єднань. Допуском до початку робіт зі зварювання на об'єкті є позитивний результат випробувань стику, який часто виконується за спрощеним сценарієм, що не відображає специфіку майбутньої роботи – несприятливі та незручні умови зварювання, а також зварювання вузлів. При цьому пробні стики, які слід виконувати в умовах, максимально наближених до реальних, не перевіряються, як, втім, і контрольні з'єднання, які повинні гарантувати стабільність технологічного процесу протягом монтажу всього об'єкта (див. «Система контролю процесу зварювання»). Природно, така усічена система контролю не враховує всіх факторів, які згодом будуть впливати на надійність трубопровідної системи в цілому.

Втім, проблеми контролю зварювання НІ встик і їх вирішення виходять за рамки цієї статті і будуть розглянуті окремо.

Література

1. Прокоп'єв Н.В., Кімельблат В.І. Професіоналізм зварювальників та якість зварювання полімерних труб. – Полімерні труби – Україна, №4 (33), 2014. – С. 32-35.
2. Кимельблат В.И, Волков И.В. Процедуры и основные параметры сварки полиэтилена. – Вестник Казанского технологического университета. Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2014, т. 17, №14. — С. 293–296.
3. Кимельблат В.И, Волков И.В. Современное состояние и актуальные новации техники для сварки полиэтиленовых труб нагретым инструментом встык. – Вестник Казанского технологического Университета. Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2014, т.17, № 16. – С.175–178.
4. www.mcelroy.com/quickcamp.

СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ПРОЦЕСУ ЗВАРЮВАННЯ

Перевірка пробних стиків (ВІК + випробування) – актуальний елемент класичної системи контролю процесу зварювання. Його головна мета – перевірити зварюваність даної партії труб (фітингів) на даному обладнанні і в даних погодно-кліматичних умовах. Якщо результати перевірки пробних стиків негативні, то необхідно проводити налагодження (оптимізацію) технології зварювання та зварювальної техніки.
Перевірка пробних стиків проводиться до початку основних робіт на об'єкті.
Перевірка пробних стиків виконується незалежно від допускних стиків, але на практиці може бути поєднана, якщо допускні стики теж потрібно перевірити.

Перевірка допускних стиків має особливу і конкретну мету: перевірити кваліфікацію зварника та допустити його до роботи на даному об'єкті.

Контрольні стики повинні відбиратися безпосередньо в процесі зварювання об'єкта будівництва в кількості, передбаченій ППР або специфікацією на спорудження трубопроводу. Мета перевірки контрольних стиків – підтвердити стабільність технологічного процесу зварювання.

Контрольні стики повинні випробовуватися завжди. Звичайна норма – 1 % від загального числа стиків, але не менше п'яти зварених даним зварювальником на даному об'єкті. Виняток становлять короткі трубопроводи (менше 100 стиків) – тоді можна задовольнитися допускними стиками. Конкретні цифри вказують у специфікаціях.

Обсяг випробувань повинен бути регламентований для кожного об'єкта в специфікації, яку зобов'язаний скласти головний зварювальник будівельної фірми та погодити компетентний представник замовника.
 

Від редакції

У міжнародному співтоваристві діє цілий ряд стандартів, які регламентують режими зварювання: ISO 12176-1: 2006 «Plastics pipes and fittings – Equipment for fusion jointing polyethylene systems - Part 1: Butt fusion» (Труби та фітинги пластмасові. Обладнання для зварювання поліетиленових систем. Частина 1. Зварювання нагрітим інструментом встик), ISO 11414:1996 «Труби та фітинги пластмасові. Приготування випробувальних збирань методом зварювання встик поліетиленових компонентів труба/труба або труба/фітинги» та вітчизняні стандарти ДБН В.2.5-41 «Газопроводи з поліетиленових труб. Частина І. Проектування. Частина ІІ. Будівництво» та ДСТУ-Н Б В.2.5-40 «Проектування та монтаж мереж водопостачання та каналізації з пластикових труб». Цей перелік можна продовжити.

Разом з тим слід розрізняти режим експлуатації зварювального обладнання, яке повинно мати ширший діапазон експлуатації, та безпосереднє зварювання поліетиленових труб і фітингів. Дійсно, стандарт ISO 11414:1996 допускає зварювання поліетиленових труб при температурі -5 °С як мінімально допустимій температурі, однак це скоріше виняток із правил. Застосування у холодну пору року палаток і тепляків при зварюванні поліетиленових труб ще не гарантує якість зварних з’єднань,оскільки на охолоджених стінках труби утворюється конденсат, який суттєво знижує якість зварювання. Для того, щоб кондиціонування припинилося, необхідно витримати трубу в теплі від 3 годин для ПЕ труб із товщиною стінки менше 8 мм і до 6 годин – для труб завтовшки від 8 мм до 16 мм.

Кожна країна має право встановлювати свої нормативні вимоги щодо зварювання полімерних труб, тільки спочатку слід навчитися дотримуватись існуючих норм і правил (відповідні матеріали неодноразово публікувалися у журналі), а тоді щось змінювати.
 
Автори: Микола Прокоп'єв, Володимир Кімельблат
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА