Электромуфтовая сварка - Electrofusion welding - Wikipedia

Электромуфтовая сварка это форма сварки резистивным имплантатом, используемая для соединения труб. Фитинг с имплантированными металлическими катушками помещается вокруг двух концов соединяемых труб, и через катушки пропускается ток. Резистивный нагрев Из змеевиков плавятся небольшие количества трубы и фитинга, и при затвердевании образуется стык. Чаще всего используется для присоединения полиэтилен (PE) и полипропилен (ПП) трубы. Электромуфтовая сварка - наиболее распространенный способ сварки полиэтиленовых труб.[1] Из-за последовательности процесса электросварки при создании прочных соединений, он обычно используется для строительства и ремонта газопроводов. [2] На развитие прочности соединения влияют несколько параметров процесса, и для создания прочных соединений необходима последовательная процедура соединения.

Преимущества и недостатки

Преимущества электромуфтовой сварки:

  • Простой процесс, позволяющий производить стабильные соединения
  • Процесс полностью изолирован, что снижает риск загрязнения суставов
  • Процесс позволяет производить ремонт без снятия труб

Недостатки электромуфтовой сварки:

  • Требуется специальная втулка, поэтому она дороже, чем другие методы соединения труб, такие как соединение горячей пластиной.
  • Имплантированные катушки затрудняют переработку деталей

Оборудование

Электросварной фитинг

При электромуфтовой сварке используются фитинги, которые размещаются вокруг свариваемого соединения. Металлические катушки имплантируются в фитинги, и электрический ток пропускается через катушки для генерирования тепла и расплавления части труб, образуя соединение при затвердевании. При электромуфтовой сварке используются две возможные арматуры: муфты и тройники (седла). Фитинги муфты содержат две отдельные области катушек, образующих две отдельные зоны плавления во время сварки. Внутренний диаметр муфты обычно немного больше внешнего диаметра труб. Это упрощает сборку в полевых условиях и позволяет избежать несоответствия диаметра трубы. Правильная вставка труб в муфту имеет решающее значение для создания прочного соединения. Неправильное размещение муфты может вызвать смещение катушек и привести к вытеснению расплавленного полимерного материала из стыка, что снизит прочность стыка. Нарезные тройники или седла встречаются реже, но работают по тем же принципам, что и муфты. Они требуют зажима для обеспечения надлежащего прилегания к трубам.

Установка фурнитуры

Монтаж муфт и тройников требует несколько иных процедур. Ниже приведены общие шаги установки для каждого из них.

Муфты

  1. Вымойте концы труб, чтобы получить чистые поверхности для соединения.
  2. Квадратные концы труб для оптимального монтажа
  3. Очистите место, где будет размещена муфта, изопропиловым спиртом.
  4. Отметьте трубы чуть больше половины длины муфты, чтобы указать, где на последующих этапах будет происходить зачистка.
  5. Отметьте область, которую нужно очистить
  6. Соскребите трубу в отмеченных местах, чтобы удалить поверхностный слой, позволяя чистому материалу трубы контактировать с муфтой.
  7. Тщательно осмотрите очищенную область, убедившись, что свежий материал трубы открыт по всей площади.
  8. Вставьте концы труб в муфту на нужную глубину.
  9. Зафиксируйте муфту с помощью зажима
  10. Подключите фитинг к блоку управления с помощью электрических проводов.
  11. Применить цикл сварки
  12. Оставьте соединение без повреждений в течение всего предписанного времени охлаждения.
  13. Труба для проверки давления
  14. Труба обратного заполнения с соответствующим содержимым
  15. Начать обслуживание

Нарезной тройник

  1. Промойте участок трубы, который нужно соединить, чтобы создать чистую поверхность для соединения.
  2. Очистите место установки тройника с помощью изопропилового спирта.
  3. Отметьте трубы немного дальше краев места врезного тройника.
  4. Соскребите трубу в отмеченных местах, чтобы удалить поверхностный слой, позволяя чистому материалу трубы контактировать с врезным тройником
  5. Тщательно осмотрите очищенную область, убедившись, что свежий материал трубы открыт по всей площади.
  6. Установить тройник на стык
  7. Зафиксируйте тройник для нарезания резьбы зажимом
  8. Подключите блок управления фитингом с помощью электрических проводов
  9. Применить цикл сварки
  10. Оставьте соединение без повреждений в течение всего предписанного времени охлаждения.
  11. Труба для проверки давления
  12. Труба обратного заполнения с соответствующим содержимым
  13. Начать обслуживание

[3]

Требования к питанию

Электромуфтовая сварка требует пропускания электрического тока через катушки, имплантированные в арматуру. Поскольку подводимая электрическая энергия является отличным показателем прочности соединения, развивающейся во время плавления, необходимо иметь постоянную подводимую электрическую мощность. Подвод энергии во время процесса соединения обычно измеряется путем контроля времени, которое требуется для прохождения тока через фитинг. Однако подвод энергии также можно контролировать, контролируя общую температуру, температуру расплавленного полимера или давление расплавленного полимера.[4]

Блок управления получает электроэнергию от генератора и преобразует ее в соответствующие напряжение и ток для электромуфтового соединения. Это обеспечивает постоянное потребление энергии для каждого приложения. Наиболее распространенное входное напряжение для фитингов для электромуфтовой сварки составляет 39,5 В, так как это обеспечивает наилучшие результаты без риска для безопасности оператора. Ток вводится как форма волны переменного тока (AC).

Сварочный процесс

Этапы при сварке

Электромуфтовая сварка характеризуется 4 отдельными стадиями, которые происходят в процессе сварки:

  1. Период инкубации
  2. Совместное формирование и консолидация
  3. Плато
  4. Период охлаждения

Во время инкубационного периода в соединение поступает тепло, поскольку через катушку проходит ток. Хотя на этом этапе прочность соединения отсутствует, полимер расширяется и зазор стыка заполняется. Во время образования и консолидации соединения начинается плавление. Давление расплава начало расти, и большая часть прочности соединения развивается на этом этапе. Повышение прочности происходит в первую очередь из-за ограничения растущего расплавленного материала холодными зонами в окружающей арматуре. Область плато сигнализирует о стабилизации прочности сустава. Несмотря на это, на этом этапе температура соединения все еще увеличивается со временем. Период охлаждения наступает после прекращения подачи тока на катушки. Расплавленный полимерный материал затвердевает и образует соединение.

Ток при сварке

Большинство источников питания для электромуфтовой сварки представляют собой аппараты постоянного напряжения. Машины постоянного тока обеспечат более постоянный ввод энергии из-за меньших колебаний тока, подаваемого на катушки во время сварки. Однако эта дополнительная согласованность обычно не оправдывает более высокую стоимость этих машин. При использовании аппарата постоянного напряжения величина подаваемого тока медленно уменьшается в течение всего процесса сварки. Этот эффект связан с увеличением сопротивления катушек по мере приложения энергии. По мере того, как в катушках генерируется тепло, их температура увеличивается, что приводит к более высокому электрическому сопротивлению в катушках. Это повышенное электрическое сопротивление приводит к тому, что при том же уровне напряжения генерируется меньший ток по мере развития процесса. Степень уменьшения тока определяется материалом, из которого изготовлена ​​катушка. Подвод энергии на единицу площади можно рассчитать и использовать для контроля процесса. Типичные значения для этого диапазона от 2 до 13 Дж / мм.2, со значением 3,9 Дж / мм2 было обнаружено, что они создают самые прочные суставы. [5][6]

Температура на различных участках стыка в процессе электромуфтовой сварки[3]

Температура при сварке

В электросварном соединении во время цикла сварки существуют большие градиенты температуры. Низкая теплопроводность полимеров является основной причиной этих больших градиентов. Недавние попытки смоделировать тепловую историю в различных местах с помощью моделирования методом конечных элементов оказались успешными. [7][8][9][10]

Давление во время сварки

При повышении температуры в стыке полимер начинает плавиться и образуется зона плавления. Расплавленный полимер в зоне плавления оказывает внешнее усилие на окружающий твердый полимерный материал, называемый «холодными зонами». Эти холодные зоны вызывают повышение давления в зоне плавления расплава. Давлению в зоне плавления требуется некоторое время, чтобы достичь максимального значения, обычно не достигая пика примерно до четверти времени в процессе соединения. После отключения тока и начала охлаждения давление медленно снижается, пока температура соединения не станет равномерной.

Свойства швов

Прочность электросварного соединения измеряется с помощью испытаний на растяжение и отслаивание на образцах, взятых из зоны плавления соединения. Были разработаны два метода оценки влияния времени плавления на прочность сустава:

  1. Моделирование электромуфтового соединения исключительно в целях тестирования
  2. Удаление тестовых образцов из стандартных соединений электросваркой

Прочность соединения развивается в течение всего процесса сварки, и на это развитие влияют время плавления, зазор в стыке и материал трубы. Они подробно описаны ниже.

Влияние времени плавления на прочность сустава

Когда начинается время слияния, наступает инкубационный период, когда силы не развиваются. По прошествии достаточного времени для того, чтобы расплавленный материал начал затвердевать, прочность соединения начинает развиваться, прежде чем выйти на плато при максимальной прочности. Если сила применяется после достижения полной прочности сустава, сила начнет медленно снижаться. [5][11]

Влияние зазора на прочность соединения

Соединительный зазор - это расстояние между электросварным фитингом и материалом трубы. Когда зазор между стыками отсутствует, результирующая прочность стыка будет высокой, но не максимальной. По мере увеличения зазора сустава прочность сустава увеличивается до определенного предела, а затем начинает довольно резко снижаться. При больших зазорах во время плавления невозможно создать достаточное давление, и прочность соединения будет низкой. [12] Влияние зазора на прочность является причиной того, что царапание труб перед сваркой является критическим шагом. Неравномерное или непоследовательное соскабливание может привести к образованию больших зазоров в стыках, что приведет к снижению прочности стыков.

Влияние материала трубы на прочность соединения

Материалы труб с более высокой молекулярной массой (MW) или плотностью будут иметь более медленную скорость потока материала, когда они находятся в расплавленном состоянии во время плавления. Несмотря на различия в расходах, конечная прочность соединения обычно остается неизменной в довольно широком диапазоне молекулярных масс труб. [13][14][15][16]

Рекомендации

  1. ^ «Сварка полиэтиленовых труб большого диаметра - особая задача». Трубопровод и газовый журнал. 223: 30–33. 1993.
  2. ^ Ши, Цзяньфэн; Чжэн, Цзиньян; Го, Вэйкан; Сюй, Пин; Цинь, Юнцюань; Цзо, Шанчжи (2008-10-08). «Модель для прогнозирования температуры электросварных соединений для полиэтиленовых труб». Журнал технологии сосудов под давлением. 131 (6): 061403–061403–8. Дои:10.1115/1.4000202. ISSN  0094-9930.
  3. ^ а б Фишер, Г. (2017). Руководство по установке и обучению электросварке. Шони, хорошо.
  4. ^ Д. Усклат, "Производство качественных электромуфтовых соединений", Proc. Девятый симпозиум по пластиковым трубам для топливного газа, стр. 57, Американская газовая ассоциация, Арлингтон, Вирджиния (ноябрь 1985 г.).
  5. ^ а б Х. Нисимура, М. Накакура, Б.А. Шишидо, А. Масаки, Х. Шибано и Ф. Нагатани, «Влияние конструктивных факторов соединений EF на прочность сплавления», Proc. Одиннадцатый симпозиум по пластиковым трубам для топливного газа, стр. 99, Американская газовая ассоциация, Арлингтон, Вирджиния (октябрь 1989 г.).
  6. ^ Д. Усклат, «Характеристики хорошего соединения с электромуфтовой арматурой», Proc. 6-й Znt. Конф. по пластиковым трубам, статья 31A, Институт пластмасс и каучука, Лондон (март 1985 г.).
  7. ^ Ши, Цзяньфэн; Чжэн, Цзиньян; Го, Вэйкан; Сюй, Пин; Цинь, Юнцюань; Цзо, Шанчжи (2008-10-08). «Модель для прогнозирования температуры электросварных соединений для полиэтиленовых труб». Журнал технологии сосудов под давлением. 131 (6): 061403–061403–8. Дои:10.1115/1.4000202. ISSN  0094-9930.
  8. ^ Г. Л. Питман. «Прогнозирование электросварки и компьютерное проектирование фитингов», & id. бумага 29.
  9. ^ М. Ф. Каннинен, Г. С. Букзала, К. Дж. Кульман, С. Т. Грин, С. К. Григори, П. Э. О’Донохью и М. А. Маккарти, «Теоретическая и экспериментальная оценка долгосрочной целостности электросварного соединения», Proc. Plastics Ppes WZZ, статья B2f 3, Институт пластмасс и каучука, Лондон (сентябрь 1992 г.).
  10. ^ А. Накашиба, Х. Нишимура и Ф. Иноуэ, "Моделирование термоядерных соединений для газораспределения", Polym. Англ. Sci., 33, 1146 (1993).
  11. ^ Masaki, A .; Nishimura, H .; Акияма, С. (сентябрь 1991 г.). «Проверка оценки прочности соединения EF с использованием модельного образца». Proc. Двенадцатый симпозиум по пластиковым трубам для топливного газа: 298.
  12. ^ Д. Усклат, "Характеристики хорошего соединения с электрофузионной арматурой", Proc. 6-й Znt. Конф. по пластиковым трубам, статья 31A, Институт пластмасс и каучука, Лондон (март 1985 г.)
  13. ^ Л. Юинг и Л. Мэн, «Электросварка полиэтиленовых газовых трубопроводных систем в British Gas», Roc. Восьмой симпозиум по пластиковым трубам для топливного газа, стр. 57, Американская газовая ассоциация, Арлингтон, Вирджиния (ноябрь 1983 г.)
  14. ^ Дж. Боуман, "Оценка прочности электросварных соединений", Proc. Двенадцатый симпозиум по пластиковым трубам для топливного газа, стр. 31 1, Американская газовая ассоциация, Арлингтон, Вирджиния (сентябрь 1991 г.).
  15. ^ Дж. Боуман, «Соединение плавлением труб из сшитого полиэтилена», Proc. Достижения в соединении пластмасс и композитов, TWI, Кембридж, Англия (июнь 1991 г.)
  16. ^ Д. С. Харджет, Дж. Скарелиус и Ф. Имграм «Сшитый полиэтилен, расширяющий пределы производительности системы напорных трубопроводов», Proc. Plastics Pipes WZZ, Paper E1 / 5 The Plastics and Rubber Institute, London (сентябрь 1992 г.)