Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб
Рассмотрен новый подход к контролю сварных швов полиэтиленовых труб с помощью тепловизионного метода. Проведены исследования по применению тепловизионного контроля для обнаружения возможных дефектов в сварном шве, а также материалографические исследования образцов, подтверждающие результаты, получ...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103482 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб / В.Ю. Глуховский, А.В. Костенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103482 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1034822025-02-09T10:10:47Z Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб Application of heat monitoring in welding polyethylene pipes Глуховский, В.Ю. Костенко, А.В. Неразрушающий контроль Рассмотрен новый подход к контролю сварных швов полиэтиленовых труб с помощью тепловизионного метода. Проведены исследования по применению тепловизионного контроля для обнаружения возможных дефектов в сварном шве, а также материалографические исследования образцов, подтверждающие результаты, полученные с помощью тепловизионного контроля. A new approach to control of polyethylene pipe welds using heat monitoring technique is considered. Investigations on application of heat monitoring to detect possible defects in the weld have been conducted. Materialographic investigations of samples have been performed, which confirm the results obtained in heat monitoring. 2010 Article Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб / В.Ю. Глуховский, А.В. Костенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103482 621.19.42 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль |
| spellingShingle |
Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Глуховский, В.Ю. Костенко, А.В. Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Рассмотрен новый подход к контролю сварных швов полиэтиленовых труб с помощью тепловизионного метода.
Проведены исследования по применению тепловизионного контроля для обнаружения возможных дефектов в сварном
шве, а также материалографические исследования образцов, подтверждающие результаты, полученные с помощью
тепловизионного контроля. |
| format |
Article |
| author |
Глуховский, В.Ю. Костенко, А.В. |
| author_facet |
Глуховский, В.Ю. Костенко, А.В. |
| author_sort |
Глуховский, В.Ю. |
| title |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| title_short |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| title_full |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| title_fullStr |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| title_full_unstemmed |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| title_sort |
применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Неразрушающий контроль |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103482 |
| citation_txt |
Применение тепловизионного контроля при сварке полиэтиленовых труб / В.Ю. Глуховский, А.В. Костенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 54-57. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT gluhovskijvû primenenieteplovizionnogokontrolâprisvarkepoliétilenovyhtrub AT kostenkoav primenenieteplovizionnogokontrolâprisvarkepoliétilenovyhtrub AT gluhovskijvû applicationofheatmonitoringinweldingpolyethylenepipes AT kostenkoav applicationofheatmonitoringinweldingpolyethylenepipes |
| first_indexed |
2025-11-25T15:32:00Z |
| last_indexed |
2025-11-25T15:32:00Z |
| _version_ |
1849776905162588160 |
| fulltext |
УДК 621.19.42
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ
ПРИ СВАРКЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ
В. Ю. ГЛУХОВСКИЙ, А. В. КОСТЕНКО
Рассмотрен новый подход к контролю сварных швов полиэтиленовых труб с помощью тепловизионного метода.
Проведены исследования по применению тепловизионного контроля для обнаружения возможных дефектов в сварном
шве, а также материалографические исследования образцов, подтверждающие результаты, полученные с помощью
тепловизионного контроля.
A new approach to control of polyethylene pipe welds using heat monitoring technique is considered. Investigations on
application of heat monitoring to detect possible defects in the weld have been conducted. Materialographic investigations
of samples have been performed, which confirm the results obtained in heat monitoring.
В последние годы в Украине стали широко исполь-
зовать полимерные трубы для строительства и ре-
монта инженерных сетей разного назначения (водо-
и газопроводы, тепло- и канализационные сети). Это
связано с тем, что полимеры объединяют в себе до-
вольно высокую прочность, стойкость к распрост-
ранению трещин, легкость обработки в сравнении
с металлами, высокую химическую и коррозионную
стойкость и т. д. Уменьшение расходов во время
строительства полимерных трубопроводов в срав-
нении с металлическими может составлять от 30
до 70 % за счет скорости монтажа, отсутствия ан-
тикоррозионной обработки, катодной защиты и спе-
циального оборудования траншей [1].
Наиболее распространенными среди полиме-
ров, которые используются в промышленности,
являются полиэтилен, полипропилен и поливи-
нилхлорид. Однако именно полиэтилен является
наиболее используемым материалом за счет по-
вышенных физико-механических характеристик и
наиболее выгодных для производителей расходов
на получение и переработку сырья.
Монтаж полимерных трубопроводов проводят
с помощью различных способов, наиболее расп-
ространенными из которых являются термичес-
кие (стыковая сварка, сварка в раструб и термо-
резисторная сварка) [2]. Стыковая сварка исполь-
зуется для труб с толщиной стенки не менее 5мм
и диаметром 63…1200 мм. Раструбную и термо-
резисторную сварку используют при различных
толщинах стенки и диаметра труб. При этом не-
обходимо наличие соответствующих соедини-
тельных деталей, которые уменьшают скорость
монтажа, но увеличивают стоимость сварного со-
единения.
Необходимо отметить, что процесс сварки ме-
таллических трубопроводов включает процедуру
неразрушающего контроля как металла зоны шва,
так и зоны термического влияния в процессе свар-
ки, а также в процессе эксплуатации трубопро-
водной сети. Это связано с тем, что трубопровод
должен работать под высоким давлением и ис-
пытывать большие термомеханические нагрузки,
а наличие дефектных зон в местах соединения по-
вышает риск разрушения изделия.
Трубопроводы, изготовленные из полимеров
(полиэтилен, полибутилен и т. д.) работают под
меньшими давлениями, что уменьшает теплофи-
зические нагрузки [3]. При этом не принимаются
во внимание более низкие прочностные характе-
ристики полимеров в сравнении с металлами, а
также другой характер взаимодействия поверх-
ностей в зоне сварного соединения. Процесс свар-
ки полимерных материалов не контролируется,
что повышает риск образования дефектов в зоне
шва и в зоне термического влияния. И, как след-
ствие, увеличивает вероятность разрушения поли-
мерных конструкций в процессе эксплуатации.
Основными параметрами, влияющими на ка-
чество сварного шва, являются температура тор-
цов труб перед сваркой, параллельность повер-
хности торцов, давление сварки, давление усад-
ки и время охлаждения сварного шва. Все пе-
речисленные параметры можно контролировать,
© В. Ю. Глуховский, А. В. Костенко, 2010 Рис. 1. Внешний вид стыкового соединения
54 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2010
за исключением температуры торцов свариваемых
труб. Применение точечных методов определения
температуры (термопарный, пирометрический) не
позволяет увидеть и оценить температурное поле
торцов перед сваркой. При этом неоднородность
температурного поля торцов может приводить к
возникновению дефектов в сварных швах, а сни-
жение средней температуры торцов ниже темпе-
ратуры сварки — к формированию сварного шва
с низкими физико-механическими свойствами.
В последние годы достигнуты значительные
успехи в создании оборудования для сварки плас-
тмасс и отработаны надежные технологии. Одна-
ко контроль качества сварных соединений из
пластмасс все еще связан с некоторыми сложнос-
тями, которые зависят от способа и технологии
сварки, вида сварных конструкций, свойств по-
лимерного материала и его строения. В связи с
этим большое значение уделяется повышению эф-
фективности контроля качества сварных соедине-
ний полимерных материалов [4].
Для анализа температурного поля торцов труб
в процессе сварки был применен тепловизионный
метод контроля, который базируется на фиксиро-
вании теплового излучения, идущего от объекта
контроля, с визуализацией полученной инфор-
мации [5]. Зоны сварного шва и термического вли-
яния были сфотографированы тепловизионной ка-
мерой с последующей компьютерной обработкой
полученных термограмм. Так, с помощью данного
метода можно определить неоднородности тепло-
вого поля объекта, которые могут свидетельство-
вать о наличии дефектов в конструкции [6].
Метод тепловизионного контроля был приме-
нен при сварке труб из полиэтилена марки ПЕ 80
(рис. 1) диаметром 110 мм и толщиной стенки
6,3 мм. Сварку труб осуществляли стыковой свар-
кой на установке Widos–Polypress 4600. Парамет-
ры сварки устанавливали согласно действующей
нормативно-технической документации [7]. Тем-
пература нагревательного устройства составляла
200…215 °С (риc. 3), время нагревания торцов
трубы 60 с, технологическая пауза перед сдавли-
ванием 3…4 с, сварочное давление 0,2 МПа, время
охлаждения 10 мин. На рис. 2 показана термограм-
ма торцов труб перед сдавливанием, где виден не-
равномерный прогрев торцов. Средняя температура
левого торца на 10...12 °С отличается от средней
температуры правого. Это можно объяснить нерав-
номерным распределением температуры по повер-
хности нагревательного устройства, которая колеб-
лется в пределах 200...215 °С (рис. 3).
На термограммах торцов полиэтиленовых труб
были отмечены четыре температурные зоны, зна-
чения температур в которых были разными. Так,
из рис. 4, а видно, что максимальная температура
торцов трубы — с левого и правого краев, средняя
температурная зона находится внизу, а минималь-
ная — вверху торца. Разница температур ΔT =
Рис. 2. Термограмма поверхности торцов труб перед сдавли-
ванием Рис. 3. Термограмма нагревательного устройства для стыко-
вой сварки полиэтиленовых труб
Рис. 4. Термограммы
торцов полиэтилено-
вых труб непосредс-
твенно перед сваркой:
а — правый торец; б —
левый
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2010 55
= Tmax – Tmin = 15 °С, где Tmax и Tmin — средняя
температура верхней и нижней зон соответственно.
Из термограммы на рис. 4, б видно, что вы-
сокотемпературные зоны (Tсp = 97 °С) находятся
в нижней и верхней зонах торца, а низкотемпе-
ратурные (T1
ср = 97 °С) расположены с боков
торца труб. Необходимо отметить, что разница
температур ΔTср = T1
ср – T2
ср и равна 12 °С, где
T1
ср — средняя температура верхней и нижней
зон торца; T2
ср — средняя температура боковых
зон торца трубы.
После сварки были проведены исследования
структуры полученных сварных соединений
(рис. 5). Был проведен контроль геометрических
параметров внешнего грата (в соответствии с
действующей нормативно-технической докумен-
тацией [7]; вырезали отдельные фрагменты свар-
ного соединения, из которых изготавливали шли-
фы для визуальной оценки размеров зоны основ-
ного термического влияния и характера взаимо-
действия соединенных поверхностей в зоне свар-
ки [8].
Контроль внешнего грата показал, что его ши-
рина b лежит в пределах b = 7,4…7,9 мм, что пре-
вышает допустимые значения, которые находятся
в пределах 3…7 мм. Высота грата h удовлетво-
ряет нормальным условиям, которые лежат в пре-
делах 2…3 мм, при этом h = 2,3…2,7 мм (рис. 6).
Чрезмерная ширина грата является недопусти-
мой и свидетельствует о том, что во время сварки
было превышено время нагрева или увеличено
значение температуры нагревательного элемента.
Такие изменения технологических параметров
можно контролировать с помощью тепловизион-
ного метода контроля, если проводить контроль
оптимального распределения температур в зоне
сварки после удаления нагревательного устрой-
ства, как показано на рис. 2. Сравнивая термог-
раммы, сделанные при таких же условиях с эта-
Рис. 5. Пример измерения параметров сварного соединения
Рис. 6. Макрошлифы сварных соединений полиэтиленовых труб (№ 1, 4 — соответственно верхняя и нижняя температурные
зоны; № 2, 3 — правая и левая)
56 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2010
лонной, можно определять нежелательные откло-
нения от технологических параметров сварки.
Исследования особенностей структуры полу-
ченных соединений показали неравномерность
распределения температуры по поверхности тор-
цов перед сваркой, что может свидетельствовать
о разной глубине прогревания участков труб. При
исследовании макрошлифов основное внимание
необходимо обратить на отсутствие линии раздела
в центральной части поперечного сечения шва и
на параметр δ, который не должен превышать
12 % толщины стенки труб (рис. 5) [8]. Значение
δ для труб с толщиной стенки 6,3 мм лежит в
пределах 0,5…0,76 мм.
Фактическое значение параметра δ колеблет-
ся в пределах 0,62…0,86 мм, при этом макси-
мальная граница превышена для образца на рис.
6, № 2. Причиной такого отклонения может быть
увеличенная глубина термического влияния за
счет неравномерного температурного поля наг-
ревательного устройства (рис. 3) и увеличения
времени нагрева.
Выводы
1. Процесс сварки полиэтиленовых труб необхо-
димо контролировать методами неразрушающего
контроля.
2. Неравномерное нагревание поверхности
торцов труб может приводить к возникновению
различных дефектов, которые в свою очередь мо-
гут привести к разрушению конструкции.
3. Применение тепловизионного контроля при
сварке полимерных конструкций является эффек-
тивным инструментом для выявления различных
дефектов, возникающих в процессе сварки.
4. Разработка технологии тепловизионного
контроля при сварке полиэтиленовых конструкций
является перспективным направлением, которое
поможет повысить качество сварки и уменьшить
процент брака при производстве сварных конс-
трукций.
1. Бухин В. Е. Фаттахов М. М. Полимерные материалы,
используемые при строительстве трубопроводов/ Инже-
нерные сети из полимерных материалов. — 2008. —
№ 3(25) — С. 45 — 49.
2. Зайцев К. И., Мацюк Л. Н. Сварка пластмасс. — М.: Ма-
шиностроение, 1987. — 250 с.
3. Каган Д. Ф. Трубопроводы из пластмасс. — М.: Химия,
1980. — 222 с.
4. Балабанина Г. В., Истратов И. Ф. Контроль качества
сварных соединений из пластмасс в строительстве. —
М.: Стройиздат, 1975. — 192 с.
5. Маслова В. А., Стороженко В. А. Термография в диаг-
ностике и неразрушающем контроле. — Харьков: Ком-
пания СМИТ, 2004. — 160 с.
6. Infrared thermography for high-temperature pressure pipe,
by Gontain Shen and Tao Li, INSIGHT (Non-Destructive
Testing and Condition Monitoring), March 2007. — 49, №3.
— P. 151.
7. РСН 358–91. Сварка полиэтиленовых труб при строи-
тельстве газопроводов.
8. Вундерлих Б. Физика макромолекул. Кристаллическая
структура, морфология, дефектность. — М.: Мир,
1976. — 624 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины,
Киев
Поступила в редкцию
22.12.2009
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
С ЭЛЕМЕНТАМИ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ДЛЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОНОМИКА
В МАШИНОСТРОЕНИИ»
20–21 мая 2010 г. Юрга, ЮТИ ТПУ
Секции и научные направления конференции
1. Инновационные технологии получения неразъемных соединений в машиностроении
2. Инновационные технологии получения и обработки материалов в машиностроении
3. Автоматизация, информатизация, экономика и менеджмент на предприятии
4. Защита окружающей среды, безопасность и охрана труда на предприятии
5. Передовые технологии и техника для разработки недр и землепользования
6. Научная школа для молодых ученых «Новые и новейшие технологии в машиностроении»
Адрес оргкомитета
ЮТИ ТПУ, 652055, Кемеровская область, г. Юрга, ул. Ленинградская, д. 26
Тел.: (+7 38451) 6-53-95, факс: (+7 38451) 6-53-95, www.uti.tpu.ru, utiscience@rambler.ru
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ,№1,2010 57
|