23.09.2025
Соединение ПЭ-труб нагретым инструментом встык
Важнейшим методом монтажа ПЭ-труб и фитингов является соединение контактным сплавлением встык с помощью нагретого инструмента (метод НИ). Если такие работы выполнены без соблюдения всех процедур, то возможны ограничение службы трубопроводных систем и даже аварии. Эксперт журнала продолжает знакомить читателей с мировыми и российскими стандартами в данной области, а также принципами создания подобных соединений.
Окончание. Начало в журналах «Пластикс» №5 и №6, 2025.
Особенности директив DVS
Выполнение сварки. Согласно требованиям немецкого «Руководства DVS 2208-1», соединяемые поверхности доводят до температуры сварки с помощью нагревательного элемента, который затем удаляется. Затем создается давление для формирования соединения. Температура нагревательного элемента составляет 220±10°С.
Выравнивание. Соединяемые поверхности, подлежащие сварке, прижимаются к нагревательному элементу до тех пор, пока поверхности заготовок не станут параллельными нагревательному элементу. Выравнивание завершено, когда высота буртиков по всей окружности доходят до нормированных значений, зависящих от толщины стенки en.
Так, для en до 4,5 мм высота первичного валика составляет 0,5 мм, а при en 100-130 мм требуемая высота валика — 5,5 мм. Выравнивающее давление
(0,15 Н/мм²) создается в плоскости сварки на протяжении всего процесса выравнивания.
Прогрев. Во время прогрева свариваемые поверхности должны упираться в нагревательный элемент с давлением менее 0,01 Н/мм² в течение заданного времени. Отметим это важное и полезное отличие от указаний стандарта ISO [1].
Переключение. После прогрева торцы отделяются от нагревательного элемента, соблюдая осторожность, чтобы не повредить и не загрязнить нагретые поверхности соединения, которые затем следует быстро соединить. Время переключения должно быть как можно короче.
Соединение. При соприкосновении свариваемые поверхности должны двигаться со скоростью, очень близкой к нулю. Прикладывается требуемое давление соединения в возрастающей линейной зависимости от времени. При этом достигается давление 0,15±0,01 Н/мм² в плоскости сварки.
Механическая нагрузка на шов не допускается до конца процесса охлаждения. Полное давление в соединении должно сохраняться в течение времени охлаждения. При нормальной температуре окружающей среды время охлаждения составляет примерно 1 мин на каждый мм толщины стенки.
Необходимо отметить, что поправки на изменение температуры среды в DVS (уменьшение времени охлаждения при снижении температуры воздуха) носят дискуссионный характер. Существует резонное мнение, что, поскольку при работе на морозе требуется более длительный нагрев, время охлаждения должно соответственно увеличиваться.
До полного остывания шва не допускается его механическая нагрузка. После соединения должен образоваться равномерный двойной валик.
Особое дополнение «Руководства DVS 2208-1» [2] распространяется на сварку встык нагретым инструментом труб и частей трубопровода из полиэтилена согласно DIN 8074 / DIN 8075 с толщиной стенки >30 мм или диаметром >630 мм.
Последовательность процессов в основном соответствуют процедуре, описанной в техническом кодексе [3]. Рекомендации, приведенные ниже, являются дополнительными указаниями.
Общие требования немецких НТД
Сварочные работы должны контролироваться мастером-сварщиком соответственно требованиям DVS 2213 или DVGW GW 331. Договаривающиеся стороны (заказчик и подрядчик) должны прийти к соглашению о типе и объеме мониторинга. Данные процесса должны быть задокументированы на листах учета сварочных работ или на носителях данных. В этом отношении предпочтения должны быть отданы электронному сбору данных.
В рамках обеспечения качества рекомендуется изготовление и испытание пробных сварных швов в заданных условиях работы перед началом и во время сварочных работ. Каждый сварщик должен пройти обучение и иметь действующую квалификацию, сертификат испытаний согласно DVS 2212-1 или GW 330. Планируемая область работ определяет тип квалификации. Машины и приспособления, используемые для сварки, должны удовлетворять требованиям по техническому кодексу DVS 2208-1.
Мероприятия перед сваркой аналогичны изложенному в кодексе [3].
Проверка температуры нагревателя. Равномерность температуры нагретого инструмента должна быть проверена в зоне сварки не менее чем на восьми измерениях точек, равномерно распределенных по окружности. Действительно, для больших нагревателей это уточнение необходимо.
При большой бочкообразности концы трубы следует срезать. Овальность труб следует выправлять. Радиусы изгиба труб с SDR <26 при 20°С допустимы на 30 диаметров, при 10°С — на 52,5 диаметра, при 0°С — на 75 диаметров.
Для снижения усилия при перемещении труб следует использовать роликоопоры. Предпочтительно перемещать более короткую плеть труб. Следует проверить способность машины перемещать тяжелые трубы при сварке.
Удаление валика. Как правило, нет необходимости удалять сварочный валик для причины, связанной с гидравлическим сопротивлением потоку или с контролем. Более того, удаление сварочного валика затрудняет оценку исполнения сварного шва и ухудшает его качество.
Особенности британских НТД [4]
Ранее в Великобритании продвигалась так называемая «высокопроизводительная процедура» для сварки труб, однако, по некоторым данным, в результате этой процедуры получались недостаточно долговечные соединения. Следует отметить, что «высокопроизводительное соединение встык» (известное как UKWIR Fastweld) было разработано для труб из ПЭ-80. Для водопроводных систем данная технология больше не применяется.
Предполагается, что выполнение работы возложено на людей, имеющих соответствующую квалификацию и опыт. Операторы должны пройти обучение по официальной программе, охватывающей выполнение процедур соединения. Операторы должны оцениваться на предмет компетентности перед выполнением такой работы, а затем периодически переоцениваться.
Эта спецификация требует, чтобы подрядчик использовал систему обеспечения качества в соответствии с BS EN ISO 9001, охватывающую процедуры поставки оборудования, его технического обслуживания и калибровки, ведения учета, а также программы обучения и повышения компетентности персонала. Последняя достигается за счет соответствующей подготовки, оценки знаний и опыта для безопасного выполнения работы.
Основные требования британских НТД
Метод соединения встык требует наличия плиты с электрическим нагревом (нагревателя) для повышения температуры концов трубы выше температуры плавления и подходит для соединения труб и фитингов для изделий диаметром более 63 мм.
В общем, только трубы и фитинги одинакового диаметра, SDR и выполненные из одного материала (ПЭ-80 или ПЭ-100) должны соединяться друг с другом с помощью сплавления встык. Трубы из ПЭ-80 не должны сплавляться встык с трубами из ПЭ-100.
Размещение оборудования. Для облегчения выравнивания труб в машине и их перемещения соединяемые трубы всегда должны опираться на ролики, расположенные с подходящими интервалами, чтобы свести к минимуму сопротивление перемещению и эффект провисания трубы между ними. Машина для стыковки должна быть размещена на чистой, ровной и твердой поверхности. Плети труб должны быть уложены на ровной поверхности, где это возможно. Если плети труб находятся на уклоне, необходимо соблюдать особую осторожность при измерении и контроле давления подвижного зажима машины, чтобы обеспечить получение надлежащих результатов.
Подготовка. ПЭ-трубы с защитной наружной оболочкой, которую необходимо снять перед соединением, можно соединять встык. Должны использоваться инструменты, указанные производителем, также необходимо следовать указаниям, касающимся количества удаляемого материала. Никакой другой полимерный материал, кроме ПЭ-80 или ПЭ-100, не должен соприкасаться с пластиной нагревателя.
Стоит отметить, что при соединении встык соэкструдированные (многослойные) полиэтиленовые трубы следует рассматривать как одностенные. Никаких дополнительных процедур или мер предосторожности при сварке таких изделий не требуется.
Поверхности торцевателей необходимо ежедневно осматривать на наличие смазки и грязи и при необходимости очищать их. Это положение представляется недостаточно жестким и противоречит, например [3].
Особое внимание следует уделять состоянию ножей. Затупившиеся или поврежденные лезвия необходимо заменить.
Для очистки нагревателя следует использовать только чистые одноразовые безворсовые материалы. Жировые и масляные пленки не полностью удаляются при использовании воды, поэтому может потребоваться протирание чистой безворсовой тканью или чистящим средством, смоченным изопропанолом. Этот растворитель не является лучшим выбором ввиду относительно низкой летучести по сравнению с этанолом, особенно в холодное время года. Его применение противоречит более жестким требованиям [3].
Хотя при очистке удаляются большие пятна грязи, очень мелкие частицы пыли все же могут скапливаться в углублениях текстурированной поверхности пластины нагревателя. Для удаления такой пыли в начале каждого сеанса соединения необходимо выполнять фиктивное соединение. Второе фиктивное соединение должно быть выполнено для труб диаметром более 180 мм. Для автоматических машин процедура очистки может быть прекращена после полного цикла выдержки при условии, что машина автоматически сохраняет параметры для проверки. В противном случае необходимо сделать полный стык и вырезать его в качестве доказательства того, что фиктивный стык был сделан.
Заметим, что процедура фиктивной сварки слишком трудоемка.
Перед зажимом в машине концы труб (за пределами области зажима) должны быть протерты чистым, влажным безворсовым материалом или предусмотренной влажной салфеткой как с внутренней, так и с внешней поверхности для удаления грязи или пыли. При использовании влажных салфеток с изопропанолом необходимо подождать не менее 6 мин для испарения растворителя, прежде чем продолжить. Если не используются влажные салфетки с изопропанолом, то перед продолжением работы трубу следует вытереть насухо. Следует отместить, что предпочтительнее использовать (особенно зимой) салфетки, смоченные этанолом. Во избежание загрязнения концы труб после очистки нельзя трогать руками.
Проверка перед соединением. Перед соединением необходимо проверить следующее:
— оборудование должно быть правильно размещено;
— у генератора есть достаточно топлива для завершения соединения и запускается перед подключением к машине, чтобы проверить, правильно ли он работает;
— инструмент для обрезки, гидравлический насос и пластина нагревателя должны быть чистыми и в рабочем состоянии;
— соединяемые трубы или труба и фитинг имеют одинаковый размер, SDR, изготовлены из одного материала (ПЭ-80 или ПЭ-100). Только совместимые материалы должны соединяться вместе.
Следует сделать несколько примечаний. Во-первых, в случае сомнений следует обратиться за советом к изготовителю трубы или фитинга. Во-вторых, давление сопротивления обычно должно быть меньше давления плавления. Если давление сопротивления выше, чем давление сплавления, это может привести к некачественному соединению. В-третьих, давление сопротивления измеряется автоматически при использовании полностью автоматизированных машин для стыковой сварки.
Общие положения
На всех этапах процесса оператор должен постоянно следить за тем, чтобы труба не двигалась в зажимах.
Для ПЭ-труб со съемной оболочкой должны соблюдаться инструкции изготовителя труб в отношении длины удаляемого наружного слоя (слоев) и правильного метода удаления. Необходимо после завершения этого этапа оставить достаточное количество оголенного конца трубы в соответствии с декларацией изготовителя, чтобы избежать вмешательства в процесс стыковой сварки.
Хомуты должны быть затянуты для фиксации и дополнительного скругления труб. Свободные концы труб должны быть закрыты для предотвращения охлаждения нагревателя внутренними сквозняками.
Торцеватель следует прижимать к торцам с постоянным давлением до тех пор, пока с каждого конца трубы не будет получено не менее трех колец непрерывной стружки. После торцевания не следует касаться чистых поверхностей. Поверхности труб или фитингов должны быть проверены на полную очистку. При необходимости проводится повторное торцевание.
Концы труб или фитингов должны быть сведены вместе и проверены на отсутствие видимого зазора между поверхностями.
Смещение кромок трубы должно находиться в следующих пределах:
для толщины стенок менее 1 мм — до 180 мм включительно; менее 10% толщины стены — свыше 180 мм.
Если несоответствие больше, чем указано выше, то труба должна быть повторно выровнена и заново обрезана.
Далее проводится выравнивание и прогрев. Температура нагревателя должна составлять 230°С (+10°С, -5°С). Однако нужно отметить, что это слишком высокая температура для нормальных условий.
После прогрева при снятии нагревателя расплавленный полимер не должен прилипать к нагревателю. Иначе соединение должно быть прервано, пластина очищена, а качество поверхности нагревателя проверено.
Нагреватель должен быть удален, а расплавленные концы соединены в течение времени, установленного для выбранного метода соединения. Если этот критерий не соблюдается, то соединение должно быть прервано. Время удаления нагревателя должно составлять менее 10 с. И все же последнее требование является слишком жестким для толстостенных труб.
Соединение плавлением. Непосредственно после удаления нагревателя концы горячих труб плавно и контролируемо сводят вместе, а давление повышают до расчетного в плоскости соединения с регулируемым временем нарастания давления. Расплавленный материал должен выдавливаться однородно, не должны появляться признаки пузырей или загрязнения.
Охлаждение. Соединение должно охлаждаться в машине в течение всего времени охлаждения в зажимах при заданном напряжении плавления в плоскости соединения.
Заглушки, закрывающие концы трубы, должны быть удалены, чтобы обеспечить тягу через трубу для облегчения охлаждения после начала времени охлаждения. Это полезное уточнение отсутствует в других НТД.
Внешний вид грата. Наружные валики не должны иметь складок или разрывов, им необходимо быть симметричными и равномерными. Равномерность сварного шва следует проверять по всей окружности трубы. При условии, что каждая половина окончательного валика имеет одинаковую форму и размер, общая ширина не должна быть критическим фактором для оценки стыкового соединения. Неравномерные валики указывают на то, что оборудование настроено неправильно, несоответствие труб выходит за допустимые пределы или труба нагревается нагревателем неравномерно.
Срезание валика. По истечении времени охлаждения внешний валик должен быть удален с помощью специального инструмента, одобренного заказчиком. Инструмент для удаления валика не должен оставлять щелей, выемок или дефектов в стенке трубы или валике. После удаления валика необходимо осмотреть нижнюю поверхность, где он был срезан с трубы. Валик должен быть осмотрен визуально на предмет загрязнения материала и наличия щелей или расщеплений по длине соединения. Щелевые дефекты будут способствовать охрупчиванию. После визуального осмотра должно быть проведено испытание на изгиб. Буртик сгибают и скручивают по всей длине валика (максимальный интервал 100 мм), чтобы вызвать дополнительное напряжение вдоль поверхности соединения. Если валик треснет и охрупчится, это будет классифицироваться как дефект. Валики и стык должны быть пронумерованы/закодированы с помощью нестираемого маркера, чтобы обеспечить идентификацию каждого валика с каждым стыком. По истечении времени охлаждения внутренний валик должен быть удален, если это было указано заказчиком. Используемый инструмент должен быть одобрен клиентом. При удалении внутреннего валика не должно быть щелей, выемок или дефектов на поверхности трубы. Данная операция, упоминаемая в британских НТД, не признается безоговорочно и даже отвергается в других документах, например в указаниях DVS. Тем не менее, если срезание валика предусмотрено спецификацией (ППР) трубопровода, то полезно учитывать британские указания.
Соединение встык при очень низких температурах. Если сварка встык выполняется при температуре окружающей среды ниже 0°C, то в укрытии должен быть предусмотрен обогреватель для повышения местной температуры выше 0°C, предпочтительно выше 5°C, чтобы предотвратить обледенение машины и повышение вязкости масел.
Контрольные соединения должны быть выполнены, чтобы установить, сохраняется ли удовлетворительное качество соединения. Все образцы для испытаний на растяжение должны разрушаться пластично. Если есть подозрение, что низкая температура вызвала охрупчивание соединения, то среднюю температуру нагревателя следует увеличить до установленного верхнего предела (240°C). Затем должны быть выполнена дальнейшая проверка, чтобы убедиться, что достигнуто удовлетворительное качество соединения.
Машины с системами управления, которые не компенсируют изменения температуры окружающей среды, должны продемонстрировать эффективную компенсацию посредством соответствующей программы испытаний, согласованной с заказчиком.
Параметры, характерные для процедуры соединения. Соединение встык единственным давлением рекомендовано для труб с толщиной стенки до 22 мм. Это рекомендовано для труб диаметрам от 90 до 400 мм, с SDR 17 для стандартных труб и применимо для тонкостенных ПЭ-труб. Напряжение в плоскости соединения составляет 0,15 (±0,02) МПа на всем протяжении процесса соединения.
Двойное давление должно использоваться для всех толстостенных (диаметр >22 мм) ПЭ-труб для повышения пластичности шва.
Целью стыковой сварки под двойным давлением является охлаждение расплавленного полимера с минимальным напряжением сдвига, что позволяет кристаллической структуре развиваться без искажений. Признано, что существуют некоторые материалы, для которых обычные условия «единого давления» являются удовлетворительными для труб всех диаметров. Однако некоторые полимеры могут иметь грубую кристаллическую структуру, и область между расплавленным и твердым ПЭ-материалом может деформироваться при сдвиге во время приложения усилия во время охлаждения. Дефектная область может снизить общую пластичность в области соединения.
Цикл двойного давления такой же, как и для одинарного давления, до тех пор, пока нагреватель не будет удален, после чего создается напряжение на границе раздела 0,15 МПа в течение 10 с после соединения концов трубы, чтобы позволить расплаву каждой поверхности смешаться и сформировать валик. Эта мера позволяет очистить поверхность от любых загрязнений. Давление на поверхности раздела снижается до 0,025 МПа при охлаждении.
При обычной температуре окружающей среды в Великобритании рекомендуемое время выдержки составляет [(12,5e)/60 + 1] мин, где e — толщина стенки в мм. При низкой температуре окружающей среды (ниже -5°C) и для труб с толстыми стенками время выдержки может быть увеличено.
Остальные параметры процесса регламентируются в [4] и могут приниматься во внимание сторонниками британской технологии.
Российские стандарты
Стандарт ГОСТ Р 55276-2012 [5] был составлен полтора десятилетия назад, причем по заданию заказчика (НАКС) он должен был быть идентичен стандарту ISO 21307:2011. Однако ряд положений ISO 21307:2011 не соответствовал российской практике и многолетнему опыту автора, поэтому в ГОСТ была добавлена четвертая процедура, которая была высоко оценена российскими строителями. Стандарт [5] сыграл свою важную роль в формировании российской практики, поскольку значительно расширил диапазон процедур и параметров НТД, разработанных в СССР в конце ХХ века.
Вместе с тем прогресс в сфере производства ПЭ-труб поставил перед технологами новые задачи в области соединения труб и фитингов. Были выполнены многочисленные экспериментальные работы и трудоемкие технологические испытания, которые пролили свет на некоторые несовершенства ISO 21307:2011 и ГОСТа Р 55276-2012. Комитет ISO выпустил новый стандарт ISO 21307:2017, который рекомендован для использования в национальных, отраслевых нормах и спецификациях на конкретные объекты.
Поэтому специалисты ожидали появление новой адекватной российской НТД. К сожалению, новый ГОСТ Р 55276-2024 [6] не оправдал ожиданий. Составителям нового стандарта следовало учесть мнение авторов стандарта ISO[1] и создать национальный документ. В нем разумно было оставить единственную процедуру соединения с параметрами процесса, учитывающими расширение ассортимента труб, градаций и марок ПЭ, а также результаты исследований процесса соединения методом НИ. Работе по созданию адекватного стандарта составители [6] предпочли не вполне продуманную компиляцию небезупречных исходных материалов с элементами плагиата.
Кроме указанной выше стратегической ошибки, составители [6] допустили ряд серьезных огрехов и недоделок.
Примеры значений параметров процедур даны для заготовок с наружным диаметром до 1000 мм, что противоречит необходимости соединять давно производимые в России трубы диаметром 1600 мм и запланированные к выпуску диаметром до 3000 мм. Таким образом, основные задачи нового ГОСТа — учет современного ассортимента ПЭ-труб и фитингов, а также надлежащее расширение границ применимости ГОСТ Р 55276-2012 — не решены.
Кроме мелких ошибок и опечаток, искажающих смысл текста, в 4 процедуре некорректно удален актуальный раздел контроля качества.
Итак, российским технологам при составлении оптимизированных спе-цификаций (ППР) можно рекомендовать использование всей доступной НТД.
Рекомендации специалистам
В глобальной практике соединения ПЭ труб и фитингов нагретым инструментом встык (сварке встык) апробирован ряд процедур технологического процесса. Процедуры имеют общие принципы, некоторые особенности и даже содержат известные противоречия между собой. Процедуры описаны в международных стандартах (ISO) и национальных нормах. Отметим, что ряд положений процедур не выдерживает строгой критики с позиций науки о полимерах и с учетом накопленного практического опыта.
Для решения главных задач нового альтернативного норматива для российских потребителей труб необходимо проведение расчетно-аналитических и опытно-экспериментальных работ, которые были проигнорированы составителями [6].
Таким образом, оптимизация технологии соединения ПЭ-труб и фитингов нагретым инструментом встык представляет собой очень важную и нетривиальную задачу для технологов, составляющих спецификации (ППР). Актуальность поиска адекватного решения значительно увеличивается в процессе работы в неблагоприятных условиях, соединении больших и толстостенных заготовок.
Типовые и особые варианты технологии сооружения ПЭ-трубопроводов должны быть письменно зафиксированы в спецификациях, которые оформляют подрядчики (строительные фирмы) и согласуют заказчики.
Нестандартные варианты технологии и новые технические решения должны получать экспериментальное подтвержден кратковременными и длительными испытаниями соединений.
С целью подготовки спецификаций и контроля их дальнейшего применения на практике в штате подрядчиков должны постоянно работать специалисты (супервайзеры), имеющие, как правило, базовое полимерное образование и специальную подготовку. Компетенции супервайзеров должны документально подтверждаться.
Непосредственные исполнители (операторы, сварщики) должны обладать компетенциями, необходимыми для выполнения работ в потенциально бесконтрольных и нестандартных условиях. Старшие операторы бригад монтажников должны владеть приемами пооперационного контроля процесса. Практические навыки и компетенции исполнителей должны регулярно проверяться и подтверждаться испытаниями соединений с оформлением надлежащих документов.
При соединении больших заготовок и работе в неблагоприятных условиях проверка практических навыков и компетенций должна проводиться в реальных условиях.
Посмотреть в журнале
Владимир КИМЕЛЬБЛАТ,
д.т.н., профессор
Окончание. Начало в журналах «Пластикс» №5 и №6, 2025.
Особенности директив DVS
Выполнение сварки. Согласно требованиям немецкого «Руководства DVS 2208-1», соединяемые поверхности доводят до температуры сварки с помощью нагревательного элемента, который затем удаляется. Затем создается давление для формирования соединения. Температура нагревательного элемента составляет 220±10°С.
Выравнивание. Соединяемые поверхности, подлежащие сварке, прижимаются к нагревательному элементу до тех пор, пока поверхности заготовок не станут параллельными нагревательному элементу. Выравнивание завершено, когда высота буртиков по всей окружности доходят до нормированных значений, зависящих от толщины стенки en.
Так, для en до 4,5 мм высота первичного валика составляет 0,5 мм, а при en 100-130 мм требуемая высота валика — 5,5 мм. Выравнивающее давление
(0,15 Н/мм²) создается в плоскости сварки на протяжении всего процесса выравнивания.
Прогрев. Во время прогрева свариваемые поверхности должны упираться в нагревательный элемент с давлением менее 0,01 Н/мм² в течение заданного времени. Отметим это важное и полезное отличие от указаний стандарта ISO [1].
Переключение. После прогрева торцы отделяются от нагревательного элемента, соблюдая осторожность, чтобы не повредить и не загрязнить нагретые поверхности соединения, которые затем следует быстро соединить. Время переключения должно быть как можно короче.
Соединение. При соприкосновении свариваемые поверхности должны двигаться со скоростью, очень близкой к нулю. Прикладывается требуемое давление соединения в возрастающей линейной зависимости от времени. При этом достигается давление 0,15±0,01 Н/мм² в плоскости сварки.
Механическая нагрузка на шов не допускается до конца процесса охлаждения. Полное давление в соединении должно сохраняться в течение времени охлаждения. При нормальной температуре окружающей среды время охлаждения составляет примерно 1 мин на каждый мм толщины стенки.
Необходимо отметить, что поправки на изменение температуры среды в DVS (уменьшение времени охлаждения при снижении температуры воздуха) носят дискуссионный характер. Существует резонное мнение, что, поскольку при работе на морозе требуется более длительный нагрев, время охлаждения должно соответственно увеличиваться.
До полного остывания шва не допускается его механическая нагрузка. После соединения должен образоваться равномерный двойной валик.
Особое дополнение «Руководства DVS 2208-1» [2] распространяется на сварку встык нагретым инструментом труб и частей трубопровода из полиэтилена согласно DIN 8074 / DIN 8075 с толщиной стенки >30 мм или диаметром >630 мм.
Последовательность процессов в основном соответствуют процедуре, описанной в техническом кодексе [3]. Рекомендации, приведенные ниже, являются дополнительными указаниями.
Общие требования немецких НТД
Сварочные работы должны контролироваться мастером-сварщиком соответственно требованиям DVS 2213 или DVGW GW 331. Договаривающиеся стороны (заказчик и подрядчик) должны прийти к соглашению о типе и объеме мониторинга. Данные процесса должны быть задокументированы на листах учета сварочных работ или на носителях данных. В этом отношении предпочтения должны быть отданы электронному сбору данных.
В рамках обеспечения качества рекомендуется изготовление и испытание пробных сварных швов в заданных условиях работы перед началом и во время сварочных работ. Каждый сварщик должен пройти обучение и иметь действующую квалификацию, сертификат испытаний согласно DVS 2212-1 или GW 330. Планируемая область работ определяет тип квалификации. Машины и приспособления, используемые для сварки, должны удовлетворять требованиям по техническому кодексу DVS 2208-1.
Мероприятия перед сваркой аналогичны изложенному в кодексе [3].
Проверка температуры нагревателя. Равномерность температуры нагретого инструмента должна быть проверена в зоне сварки не менее чем на восьми измерениях точек, равномерно распределенных по окружности. Действительно, для больших нагревателей это уточнение необходимо.
При большой бочкообразности концы трубы следует срезать. Овальность труб следует выправлять. Радиусы изгиба труб с SDR <26 при 20°С допустимы на 30 диаметров, при 10°С — на 52,5 диаметра, при 0°С — на 75 диаметров.
Для снижения усилия при перемещении труб следует использовать роликоопоры. Предпочтительно перемещать более короткую плеть труб. Следует проверить способность машины перемещать тяжелые трубы при сварке.
Удаление валика. Как правило, нет необходимости удалять сварочный валик для причины, связанной с гидравлическим сопротивлением потоку или с контролем. Более того, удаление сварочного валика затрудняет оценку исполнения сварного шва и ухудшает его качество.
Особенности британских НТД [4]
Ранее в Великобритании продвигалась так называемая «высокопроизводительная процедура» для сварки труб, однако, по некоторым данным, в результате этой процедуры получались недостаточно долговечные соединения. Следует отметить, что «высокопроизводительное соединение встык» (известное как UKWIR Fastweld) было разработано для труб из ПЭ-80. Для водопроводных систем данная технология больше не применяется.
Предполагается, что выполнение работы возложено на людей, имеющих соответствующую квалификацию и опыт. Операторы должны пройти обучение по официальной программе, охватывающей выполнение процедур соединения. Операторы должны оцениваться на предмет компетентности перед выполнением такой работы, а затем периодически переоцениваться.
Эта спецификация требует, чтобы подрядчик использовал систему обеспечения качества в соответствии с BS EN ISO 9001, охватывающую процедуры поставки оборудования, его технического обслуживания и калибровки, ведения учета, а также программы обучения и повышения компетентности персонала. Последняя достигается за счет соответствующей подготовки, оценки знаний и опыта для безопасного выполнения работы.
Основные требования британских НТД
Метод соединения встык требует наличия плиты с электрическим нагревом (нагревателя) для повышения температуры концов трубы выше температуры плавления и подходит для соединения труб и фитингов для изделий диаметром более 63 мм.
В общем, только трубы и фитинги одинакового диаметра, SDR и выполненные из одного материала (ПЭ-80 или ПЭ-100) должны соединяться друг с другом с помощью сплавления встык. Трубы из ПЭ-80 не должны сплавляться встык с трубами из ПЭ-100.
Размещение оборудования. Для облегчения выравнивания труб в машине и их перемещения соединяемые трубы всегда должны опираться на ролики, расположенные с подходящими интервалами, чтобы свести к минимуму сопротивление перемещению и эффект провисания трубы между ними. Машина для стыковки должна быть размещена на чистой, ровной и твердой поверхности. Плети труб должны быть уложены на ровной поверхности, где это возможно. Если плети труб находятся на уклоне, необходимо соблюдать особую осторожность при измерении и контроле давления подвижного зажима машины, чтобы обеспечить получение надлежащих результатов.
Подготовка. ПЭ-трубы с защитной наружной оболочкой, которую необходимо снять перед соединением, можно соединять встык. Должны использоваться инструменты, указанные производителем, также необходимо следовать указаниям, касающимся количества удаляемого материала. Никакой другой полимерный материал, кроме ПЭ-80 или ПЭ-100, не должен соприкасаться с пластиной нагревателя.
Стоит отметить, что при соединении встык соэкструдированные (многослойные) полиэтиленовые трубы следует рассматривать как одностенные. Никаких дополнительных процедур или мер предосторожности при сварке таких изделий не требуется.
Поверхности торцевателей необходимо ежедневно осматривать на наличие смазки и грязи и при необходимости очищать их. Это положение представляется недостаточно жестким и противоречит, например [3].
Особое внимание следует уделять состоянию ножей. Затупившиеся или поврежденные лезвия необходимо заменить.
Для очистки нагревателя следует использовать только чистые одноразовые безворсовые материалы. Жировые и масляные пленки не полностью удаляются при использовании воды, поэтому может потребоваться протирание чистой безворсовой тканью или чистящим средством, смоченным изопропанолом. Этот растворитель не является лучшим выбором ввиду относительно низкой летучести по сравнению с этанолом, особенно в холодное время года. Его применение противоречит более жестким требованиям [3].
Хотя при очистке удаляются большие пятна грязи, очень мелкие частицы пыли все же могут скапливаться в углублениях текстурированной поверхности пластины нагревателя. Для удаления такой пыли в начале каждого сеанса соединения необходимо выполнять фиктивное соединение. Второе фиктивное соединение должно быть выполнено для труб диаметром более 180 мм. Для автоматических машин процедура очистки может быть прекращена после полного цикла выдержки при условии, что машина автоматически сохраняет параметры для проверки. В противном случае необходимо сделать полный стык и вырезать его в качестве доказательства того, что фиктивный стык был сделан.
Заметим, что процедура фиктивной сварки слишком трудоемка.
Перед зажимом в машине концы труб (за пределами области зажима) должны быть протерты чистым, влажным безворсовым материалом или предусмотренной влажной салфеткой как с внутренней, так и с внешней поверхности для удаления грязи или пыли. При использовании влажных салфеток с изопропанолом необходимо подождать не менее 6 мин для испарения растворителя, прежде чем продолжить. Если не используются влажные салфетки с изопропанолом, то перед продолжением работы трубу следует вытереть насухо. Следует отместить, что предпочтительнее использовать (особенно зимой) салфетки, смоченные этанолом. Во избежание загрязнения концы труб после очистки нельзя трогать руками.
Проверка перед соединением. Перед соединением необходимо проверить следующее:
— оборудование должно быть правильно размещено;
— у генератора есть достаточно топлива для завершения соединения и запускается перед подключением к машине, чтобы проверить, правильно ли он работает;
— инструмент для обрезки, гидравлический насос и пластина нагревателя должны быть чистыми и в рабочем состоянии;
— соединяемые трубы или труба и фитинг имеют одинаковый размер, SDR, изготовлены из одного материала (ПЭ-80 или ПЭ-100). Только совместимые материалы должны соединяться вместе.
Следует сделать несколько примечаний. Во-первых, в случае сомнений следует обратиться за советом к изготовителю трубы или фитинга. Во-вторых, давление сопротивления обычно должно быть меньше давления плавления. Если давление сопротивления выше, чем давление сплавления, это может привести к некачественному соединению. В-третьих, давление сопротивления измеряется автоматически при использовании полностью автоматизированных машин для стыковой сварки.
Общие положения
На всех этапах процесса оператор должен постоянно следить за тем, чтобы труба не двигалась в зажимах.
Для ПЭ-труб со съемной оболочкой должны соблюдаться инструкции изготовителя труб в отношении длины удаляемого наружного слоя (слоев) и правильного метода удаления. Необходимо после завершения этого этапа оставить достаточное количество оголенного конца трубы в соответствии с декларацией изготовителя, чтобы избежать вмешательства в процесс стыковой сварки.
Хомуты должны быть затянуты для фиксации и дополнительного скругления труб. Свободные концы труб должны быть закрыты для предотвращения охлаждения нагревателя внутренними сквозняками.
Торцеватель следует прижимать к торцам с постоянным давлением до тех пор, пока с каждого конца трубы не будет получено не менее трех колец непрерывной стружки. После торцевания не следует касаться чистых поверхностей. Поверхности труб или фитингов должны быть проверены на полную очистку. При необходимости проводится повторное торцевание.
Концы труб или фитингов должны быть сведены вместе и проверены на отсутствие видимого зазора между поверхностями.
Смещение кромок трубы должно находиться в следующих пределах:
для толщины стенок менее 1 мм — до 180 мм включительно; менее 10% толщины стены — свыше 180 мм.
Если несоответствие больше, чем указано выше, то труба должна быть повторно выровнена и заново обрезана.
Далее проводится выравнивание и прогрев. Температура нагревателя должна составлять 230°С (+10°С, -5°С). Однако нужно отметить, что это слишком высокая температура для нормальных условий.
После прогрева при снятии нагревателя расплавленный полимер не должен прилипать к нагревателю. Иначе соединение должно быть прервано, пластина очищена, а качество поверхности нагревателя проверено.
Нагреватель должен быть удален, а расплавленные концы соединены в течение времени, установленного для выбранного метода соединения. Если этот критерий не соблюдается, то соединение должно быть прервано. Время удаления нагревателя должно составлять менее 10 с. И все же последнее требование является слишком жестким для толстостенных труб.
Соединение плавлением. Непосредственно после удаления нагревателя концы горячих труб плавно и контролируемо сводят вместе, а давление повышают до расчетного в плоскости соединения с регулируемым временем нарастания давления. Расплавленный материал должен выдавливаться однородно, не должны появляться признаки пузырей или загрязнения.
Охлаждение. Соединение должно охлаждаться в машине в течение всего времени охлаждения в зажимах при заданном напряжении плавления в плоскости соединения.
Заглушки, закрывающие концы трубы, должны быть удалены, чтобы обеспечить тягу через трубу для облегчения охлаждения после начала времени охлаждения. Это полезное уточнение отсутствует в других НТД.Внешний вид грата. Наружные валики не должны иметь складок или разрывов, им необходимо быть симметричными и равномерными. Равномерность сварного шва следует проверять по всей окружности трубы. При условии, что каждая половина окончательного валика имеет одинаковую форму и размер, общая ширина не должна быть критическим фактором для оценки стыкового соединения. Неравномерные валики указывают на то, что оборудование настроено неправильно, несоответствие труб выходит за допустимые пределы или труба нагревается нагревателем неравномерно.
Срезание валика. По истечении времени охлаждения внешний валик должен быть удален с помощью специального инструмента, одобренного заказчиком. Инструмент для удаления валика не должен оставлять щелей, выемок или дефектов в стенке трубы или валике. После удаления валика необходимо осмотреть нижнюю поверхность, где он был срезан с трубы. Валик должен быть осмотрен визуально на предмет загрязнения материала и наличия щелей или расщеплений по длине соединения. Щелевые дефекты будут способствовать охрупчиванию. После визуального осмотра должно быть проведено испытание на изгиб. Буртик сгибают и скручивают по всей длине валика (максимальный интервал 100 мм), чтобы вызвать дополнительное напряжение вдоль поверхности соединения. Если валик треснет и охрупчится, это будет классифицироваться как дефект. Валики и стык должны быть пронумерованы/закодированы с помощью нестираемого маркера, чтобы обеспечить идентификацию каждого валика с каждым стыком. По истечении времени охлаждения внутренний валик должен быть удален, если это было указано заказчиком. Используемый инструмент должен быть одобрен клиентом. При удалении внутреннего валика не должно быть щелей, выемок или дефектов на поверхности трубы. Данная операция, упоминаемая в британских НТД, не признается безоговорочно и даже отвергается в других документах, например в указаниях DVS. Тем не менее, если срезание валика предусмотрено спецификацией (ППР) трубопровода, то полезно учитывать британские указания.
Соединение встык при очень низких температурах. Если сварка встык выполняется при температуре окружающей среды ниже 0°C, то в укрытии должен быть предусмотрен обогреватель для повышения местной температуры выше 0°C, предпочтительно выше 5°C, чтобы предотвратить обледенение машины и повышение вязкости масел.
Контрольные соединения должны быть выполнены, чтобы установить, сохраняется ли удовлетворительное качество соединения. Все образцы для испытаний на растяжение должны разрушаться пластично. Если есть подозрение, что низкая температура вызвала охрупчивание соединения, то среднюю температуру нагревателя следует увеличить до установленного верхнего предела (240°C). Затем должны быть выполнена дальнейшая проверка, чтобы убедиться, что достигнуто удовлетворительное качество соединения.
Машины с системами управления, которые не компенсируют изменения температуры окружающей среды, должны продемонстрировать эффективную компенсацию посредством соответствующей программы испытаний, согласованной с заказчиком.
Параметры, характерные для процедуры соединения. Соединение встык единственным давлением рекомендовано для труб с толщиной стенки до 22 мм. Это рекомендовано для труб диаметрам от 90 до 400 мм, с SDR 17 для стандартных труб и применимо для тонкостенных ПЭ-труб. Напряжение в плоскости соединения составляет 0,15 (±0,02) МПа на всем протяжении процесса соединения.
Двойное давление должно использоваться для всех толстостенных (диаметр >22 мм) ПЭ-труб для повышения пластичности шва.
Целью стыковой сварки под двойным давлением является охлаждение расплавленного полимера с минимальным напряжением сдвига, что позволяет кристаллической структуре развиваться без искажений. Признано, что существуют некоторые материалы, для которых обычные условия «единого давления» являются удовлетворительными для труб всех диаметров. Однако некоторые полимеры могут иметь грубую кристаллическую структуру, и область между расплавленным и твердым ПЭ-материалом может деформироваться при сдвиге во время приложения усилия во время охлаждения. Дефектная область может снизить общую пластичность в области соединения.
Цикл двойного давления такой же, как и для одинарного давления, до тех пор, пока нагреватель не будет удален, после чего создается напряжение на границе раздела 0,15 МПа в течение 10 с после соединения концов трубы, чтобы позволить расплаву каждой поверхности смешаться и сформировать валик. Эта мера позволяет очистить поверхность от любых загрязнений. Давление на поверхности раздела снижается до 0,025 МПа при охлаждении.
При обычной температуре окружающей среды в Великобритании рекомендуемое время выдержки составляет [(12,5e)/60 + 1] мин, где e — толщина стенки в мм. При низкой температуре окружающей среды (ниже -5°C) и для труб с толстыми стенками время выдержки может быть увеличено.
Остальные параметры процесса регламентируются в [4] и могут приниматься во внимание сторонниками британской технологии.
Российские стандарты
Стандарт ГОСТ Р 55276-2012 [5] был составлен полтора десятилетия назад, причем по заданию заказчика (НАКС) он должен был быть идентичен стандарту ISO 21307:2011. Однако ряд положений ISO 21307:2011 не соответствовал российской практике и многолетнему опыту автора, поэтому в ГОСТ была добавлена четвертая процедура, которая была высоко оценена российскими строителями. Стандарт [5] сыграл свою важную роль в формировании российской практики, поскольку значительно расширил диапазон процедур и параметров НТД, разработанных в СССР в конце ХХ века.
Вместе с тем прогресс в сфере производства ПЭ-труб поставил перед технологами новые задачи в области соединения труб и фитингов. Были выполнены многочисленные экспериментальные работы и трудоемкие технологические испытания, которые пролили свет на некоторые несовершенства ISO 21307:2011 и ГОСТа Р 55276-2012. Комитет ISO выпустил новый стандарт ISO 21307:2017, который рекомендован для использования в национальных, отраслевых нормах и спецификациях на конкретные объекты.
Поэтому специалисты ожидали появление новой адекватной российской НТД. К сожалению, новый ГОСТ Р 55276-2024 [6] не оправдал ожиданий. Составителям нового стандарта следовало учесть мнение авторов стандарта ISO[1] и создать национальный документ. В нем разумно было оставить единственную процедуру соединения с параметрами процесса, учитывающими расширение ассортимента труб, градаций и марок ПЭ, а также результаты исследований процесса соединения методом НИ. Работе по созданию адекватного стандарта составители [6] предпочли не вполне продуманную компиляцию небезупречных исходных материалов с элементами плагиата.
Кроме указанной выше стратегической ошибки, составители [6] допустили ряд серьезных огрехов и недоделок.
Примеры значений параметров процедур даны для заготовок с наружным диаметром до 1000 мм, что противоречит необходимости соединять давно производимые в России трубы диаметром 1600 мм и запланированные к выпуску диаметром до 3000 мм. Таким образом, основные задачи нового ГОСТа — учет современного ассортимента ПЭ-труб и фитингов, а также надлежащее расширение границ применимости ГОСТ Р 55276-2012 — не решены.
Кроме мелких ошибок и опечаток, искажающих смысл текста, в 4 процедуре некорректно удален актуальный раздел контроля качества.
Итак, российским технологам при составлении оптимизированных спе-цификаций (ППР) можно рекомендовать использование всей доступной НТД.
Рекомендации специалистам
В глобальной практике соединения ПЭ труб и фитингов нагретым инструментом встык (сварке встык) апробирован ряд процедур технологического процесса. Процедуры имеют общие принципы, некоторые особенности и даже содержат известные противоречия между собой. Процедуры описаны в международных стандартах (ISO) и национальных нормах. Отметим, что ряд положений процедур не выдерживает строгой критики с позиций науки о полимерах и с учетом накопленного практического опыта.
Для решения главных задач нового альтернативного норматива для российских потребителей труб необходимо проведение расчетно-аналитических и опытно-экспериментальных работ, которые были проигнорированы составителями [6].
Таким образом, оптимизация технологии соединения ПЭ-труб и фитингов нагретым инструментом встык представляет собой очень важную и нетривиальную задачу для технологов, составляющих спецификации (ППР). Актуальность поиска адекватного решения значительно увеличивается в процессе работы в неблагоприятных условиях, соединении больших и толстостенных заготовок.
Типовые и особые варианты технологии сооружения ПЭ-трубопроводов должны быть письменно зафиксированы в спецификациях, которые оформляют подрядчики (строительные фирмы) и согласуют заказчики.
Нестандартные варианты технологии и новые технические решения должны получать экспериментальное подтвержден кратковременными и длительными испытаниями соединений.
С целью подготовки спецификаций и контроля их дальнейшего применения на практике в штате подрядчиков должны постоянно работать специалисты (супервайзеры), имеющие, как правило, базовое полимерное образование и специальную подготовку. Компетенции супервайзеров должны документально подтверждаться.
Непосредственные исполнители (операторы, сварщики) должны обладать компетенциями, необходимыми для выполнения работ в потенциально бесконтрольных и нестандартных условиях. Старшие операторы бригад монтажников должны владеть приемами пооперационного контроля процесса. Практические навыки и компетенции исполнителей должны регулярно проверяться и подтверждаться испытаниями соединений с оформлением надлежащих документов.
При соединении больших заготовок и работе в неблагоприятных условиях проверка практических навыков и компетенций должна проводиться в реальных условиях.
Посмотреть в журнале