Регулирование теплового процесса при электромуфтовой сварке полиэтиленовых труб при низких температурах

На основе математического моделирования теоретически исследуется тепловой процесс при электромуфтовой сварке полиэтиленовых труб для газопроводов соединительными муфтами с закладными нагревательными элементами. Исследуется влияние температуры окружающего воздуха на динамику температурного поля при электромуфтовой сварке полиэтиленовых труб. Математическая модель теплового процесса сварки учитывает геометрические размеры, теплофизические свойства материала свариваемых труб и муфты, температуру окружающего воздуха, скрытую теплоту фазового превращения полиэтилена, напряжение, подаваемое на закладной нагреватель. Приводятся результаты численного расчета теплового процесса сварки при различных температурах окружающего воздуха. Разработана методика определения параметров электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб, обеспечивающих протекание теплового процесса при низких температурах окружающего воздуха по закономерностям, свойственным при сварке при допустимых температурах. Показано, что для обеспечения допустимой динамики температурного поля при температурах воздуха ниже нормативных, необходимо предварительно перед сваркой подогреть муфту и свариваемые участки труб. Предварительный подогрев осуществляется вмонтированным штатным нагревателем. Для снижения скорости охлаждения сварного муфтового соединения предлагается использование слоя теплоизоляции. Приведены рекомендуемые технологические параметры электромуфтовой сварки для труб ПЭ 80 ГАЗ SDR 11 63×5,8 при температурах воздуха ниже нормативных.

1. Боровский Б.И., Кунский М.О. Оптимизация систем газоснабжения городских микрорайонов // Строительство и техногенная безопасность. 2014.

2. № 50. С. 29–33.

3. Петришин А. К вопросу использования полиэтилена в трубопроводах // Наука сегодня: задачи и пути их решения: мат. межд. научно-практ. конф. Тюмень: Изд. ООО «Маркер», 2017. С. 31–32.

4. Kuliczkowska E., Gierczak M. Buckling failure numerical analysis of HDPE pipes used for the trenchless rehabilitation of a reinforced concrete sewer // Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 32. P. 106–112. doi: 10.1016/j.engfailanal.2013.03.007

5. Luo X., Lu S., Shi J., Li X., Zheng J. Numerical simulation of strength failure of buried polyethylene pipe under foundation settlement // Engineering Failure Analysis. 2015. Vol. 48. P. 144–152. doi: 10.1016/j.engfailanal.2014.11.014

6. Gould S.J.F., Davis P., Beale D.J., Marlow D.R. Failure analysis of a PVC sewer pipeline by fractography and materials characterization // Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 34. P. 41–50. doi: 10.1016/j.engfailanal.2013.07.009

7. СП 42-103-2003. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. М.: Полимергаз, ФГУП ЦПП, 2004. 86 с.

8. Chen H., Scavuzzo R.J., Srivatsan T.S. Influence of joining on the fatigue and fracture behavior of high density polyethylene pipe // Journal of Materials Engineering and Performance. 1997. N 6(4). P. 473–480. doi: 10.1007/s11665-997-0119-8

9. Lai H.S., Tun N.N., S.H. Kil, et al. Effect of defects on the burst failure of butt fusion welded polyethylene pipes // Journal of Mechanical Science and Technology. 2016. Vol. 30 (5). P. 1973–1981. doi: 10.1007/s12206-016-0403-3

10. Tariq F., Naz N., Khan M.A. et al. Failure analysis of high density polyethylene butt weld joint // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2012. Vol. 12 (2). P. 168–180. doi: 10.1007/s11668-011-9536-y

11. Zakar F., Budinski M. Fracture of a saddle fusion (weld) joint in high density polyethylene (HDPE) pipe // Engineering Failure Analysis. 2017. Vol. 82. P. 481–492. doi: 10.1016/j.engfailanal.2017.03.009

12. Bowman J. A review of the electrofusion joining process for polyethylene pipe systems // Polymer Engineering & Science. 1997. Vol. 37(4). P. 674–691. doi:10.1002/pen.11712

13. Lee B.Y., Kim Y.K., Hwnag W.G., Kim J.S., Lee S.Y. Improvement of butt-welding characteristics of double wall polyethylene pipes // Metals and Materials International. 2012. Vol. 18 (5). P. 851–856. doi: 10.1007/ s12540-012-5016-5

14. Stokes V.K. The vibration and hot-tool welding of polyamides // Polymer Engineering & Science. 2001. Vol. 41 (8). P. 1427–1439. doi: 10.1002/pen.10842

15. Panaskar N., Terkar R. Study of joining different types of polymers by friction stir welding // Mandal D.K., Syan C.S. (eds) CAD/CAM, Robotics and Factories of the Future. Lecture Notes in Mechanical Engineering. New Delhi: Springer, 2016. P. 731–739. doi: 10.1007/978-81-322-2740-3_70

16. Авдонин Н.А. Математическое описание процессов кристаллизации. Рига: Зинатне, 1980. 180 с.

17. Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач со свободной границей. М.: Изд-во МГУ, 1987. 164 с.

18. Samarskii A.A. The theory of difference schemes. Basel: Marcel Dekker Inc, NY, 2001.

19. Самарский А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // Журн. вычислит. математики и мат. физики. 1965. Т. 5, № 5. С. 816–827.

20. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлтхова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

21. Гориловский М.И., Калугина Е.В., Иванов А.Н., Сатдинова Ф.К. Исследование кристалличности и термостабильности в трубах, полученных из различных видов полиэтилена // Пластические массы. 2005.

22. № 4. С. 9–12.

23. Barber P., Atkinson J.R. Some microstructural features of the welds in butt-welded polyethylene and polybutene-1 pipes // Journal of Materials Science. 1972. Vol. 7 (10). P. 1131–1136. doi: 10.1007/BF00550195

24. Pokharel P., Kim Y., Choi S. Microstructure and mechanical properties of the butt joint in high density polyethylene pipe // International Journal of Polymer Science . 2016. P. 1–13. doi: 10.1155/2016/6483295

25. Ageorges C., Ye L., Hou M. Advances in fusion bonding techniques for joining thermoplastic matrix composites: a review, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2001. Vol. 32(6). P. 839–857. doi: 10.1016/S1359-835X(00)00166-4

26. Кайгородов Г.К., Каргин В.Ю. Влияние скорости охлаждения полиэтиленового сварного шва на его прочность // Трубопроводы и экология. 2001.

27. № 2. С. 13–14.

28. Крюкова И.М., Сквирская И.И., Ушаков В.Я., Шмаков Б.В. Влияние температуры расплава на свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях // Пластические массы. 1998. № 6. С. 38–39.