Экспериментальное уточнение производственных методик сварочного процесса явилось темой научных исследований, позволяющих повысить объективность контроля качества сварных соединений и в дальнейшем способствовать совершенствованию соответствующих нормативных документов.

Целью настоящей работы является анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований влияния технологических параметров сварки нагретым инструментом встык труб из ПЭ 100 на размеры грата сварного шва. В ходе работы были изучены статьи и нормативно-техническая документация в области сварки нагретым инструментом встык полимерных труб, а также проведены эксперименты на производственной базе и с применением сварочного оборудования ООО «ЦентрТехФорм». Результаты работы можно использовать при корректировке содержащихся в технологических картах температурных параметров сварки полиэтиленовых труб (ПЭТ). Масштаб применения полимерных труб в России неуклонно растет, всё больше строительных предприятий и организаций занимаются сваркой и монтажом полимерных трубопроводов. Однако, как отмечалось в [1], несмотря на требования к контролю качества труб и сварных соединений, содержащиеся в действующих нормативных и методических документах [2, 3], брак при сварке и строительстве полиэтиленовых (ПЭ) трубопроводов остается серьезной проблемой. К факторам, влияющим на качество сварки ПЭТ, относятся следующие [1, с. 57]:

• уровень квалификации и производственной дисциплины сварщиков и специалистов сварочного производства, соблюдение ими технологии сварки;
• качество используемой производственно-технической и нормативной документации (НД);
• комплектность и техническое состояние сварочного и вспомогательного оборудования;
• качество полиэтиленовых труб и соединительных деталей;
• условия проведения сварочных работ (характеристики окружающей среды, температура воздуха, ветер, осадки и т. п.).

Каким образом используемая НД может предопределять достоверность результатов проведения контроля качества сварного соединения, описано в [4]. В указанной статье был сделан вывод о том, чтоn требования действующих отечественных нормативов к размерам грата сварных стыковых соединений ПЭТ при проведении визуально-измерительного контроля (ВИК):

• привязаны только к толщине стенки свариваемых труб;
• не распространяются на трубы диаметром свыше 630 мм и толщиной стенки более 50–60 мм;
• нередко противоречат друг другу, особенно при их интерполяции в область толщины стенки свариваемых труб более 50 мм.

Для нормативного обеспечения ВИК сварных стыковых соединений ПЭТ большого диаметра с толщиной стенки более 50–60 мм необходимы достоверные и непротиворечивые в части требований к размеру грата отечественные стандарты и своды правил, разработанные на основе проведения экспериментальных исследований и учитывающие, помимо толщины стенки, также и другие факторы, влияющие на размер грата.

Например, в статье [5] отмечалось, что «…низкие значения ПТР (показателя текучести расплава. — Прим. авт.) означают относительно высокие средние молекулярные массы полиэтилена. С повышением молекулярных масс замедляется диффузия макромолекул в расплаве. Таким образом, надежность швов потенциально снижается при низких значениях ПТР полиэтилена…». Соответственно, при низких значениях ПТР уменьшаются размеры грата сварного шва.

В [6] был сделан вывод о том, что:

• противоречия требований действующих нормативно-технических документов в области контроля сварных стыковых соединений ПЭТ могут быть вызваны тем, что эти нормативы не учитывают ряд важных условий и параметров сварки, а также других факторов (давление осадки, ПТР сырья свариваемых труб, время оплавления, температуру окружающей среды и т. п.);
• выполнение требований технической документации производителей сварочного оборудования к параметрам процесса сварки не дает стопроцентной гарантии соответствия качества сварного соединения требованиям указанных нормативов;
• в настоящее время не создано универсальной, удобной в применении модели процесса стыковой сварки нагретым инструментом (НИ) ПЭ труб, учитывающей все основные факторы, влияющие на качество и параметры грата сварного шва, и пригодной к использованию для точного расчета параметров грата производителями сварочных работ;
• для выявления зависимости размеров грата от параметров сварки и других факторов и приведения действующей НД в области контроля сварных стыковых соединений ПЭТ в соответствие с современными запросами производителей сварочных работ необходимо проведение экспериментальных исследований в области сварки ПЭТ.

Потребность в таких исследованиях связана также и с тем обстоятельством, что у подавляющего большинства используемых в России стыковых аппаратов задаваемые параметры сварки соответствуют требованиям ГОСТ Р 55276–2012 [7], при этом время нагрева t2 = (11 ± 1)е (где е — толщина стенки ПЭТ). В инструкциях, технологических картах и блоках управления аппаратов со средней и высокой степенью автоматизации (ССА и СВА соответственно) обычно указывается минимальная величина t2 = 10е, не зависящая от температуры окружающего воздуха Твозд.

Однако в практике строительства при сварке газопроводов из ПЭТ с низким показателем текучести расплава или при отрицательных значениях Твозд ширина получающегося грата нередко бывает меньше минимальных значений, указанных в СП 42–103-2003 [2] или СТО Газпром 2–2.1–411-2010 [3].

На основе анализа данных таблицы 23 свода правил [2] нами были получены следующие выражения для определения средней зависимости ширины В и высоты Н грата от толщины стенки е для труб из ПЭ 80: В = 0,81е + 1,06 и Н = 1,16е + 0,22. При этом для труб из ПЭ 100 эти значения должны быть меньше на 15 % [2, п. 8.12], вероятно, из-за более низких стандартных значений ПТР и в среднем более высокой температуры нагретого инструмента Тни для ПЭ 100. Таким же образом нами были определены диапазоны границ допустимых значений ширины и высоты грата: для труб из ПЭ 80 — 0,72 + 0,65е ≤ В80 ≤ 1,22 + 0,96е и 0,63 + 0,17е ≤ Н80 ≤ 1,7 + 0,26е; для труб из ПЭ 100 — 0,61 + 0,55е ≤ В100 ≤ 1,04 + 0,82е и 0,54 + 0,14е ≤ Н100 ≤ 1,45 + 0,22е. Соотношение числовых коэффициентов, стоящих при переменной е в полученных выражениях для ПЭ 100, составляет 0,55/0,14 = 3,93 и 0,82/0,22 = 3,73. То есть ширина грата согласно [2] должна расти с увеличением толщины стенки ПЭТ почти в 4 раза интенсивнее, чем его высота. В [3, п. 9.2.5] приведен допустимый диапазон ширины грата 3 + 0,4е ≤ В ≤ 5 + 0,8е, следовательно, средняя величина В = 4 + 0,6е, а требования к минимальной высоте грата отсутствуют. Упомянутый СТО Газпром [3] был разработан на основе DVS 2202–1-1989 [8]. При этом требования к ширине грата в [8] сформулированы для величины времени нагрева, выраженной формулой t2 = (11 ± 1)е, указанной в [9], откуда она перешла в [7]. Таким образом, требования к ширине грата в виде функции зависимости от толщины стенки трубы можно преобразовать в зависимость от времени нагрева. Тогда, приняв условие, что t2 = 10е, и следовательно е = 0,1t2, средняя величина ширины грата составит В = 4 + 0,06t2, а границы допустимой ширины грата будут находиться в пределах 3 + 0,04t2 ≤ В ≤ 5 + 0,08t2. Несоответствие геометрических параметров грата требованиям НД может приводить к выбраковке сварных соединений, №2. 

—