Причиной зачастую является нарушение установленных технологических режимов стыковой сварки, происходящее как по объективным причинам (влияние условий строительства: грязь, сырость, температура окружающего воздуха и т.п.), так и по субъективным причинам (производство сварки неподготовленным персоналом, халатность сварщиков-операторов, частичный отказ сварочного оборудования и т.п.). Получение качественного сварного стыка при сварке встык (см. рис. 1) возможно, если только толщина стенки свариваемых полиэтиленовых труб (см. табл. 1) равна или превышает 4 мм. Сварка используется для того, чтобы протягивать полиэтиленовые трубные плети максимально возможной длины с учетом их массы (см. табл. 2).Причем все технологические процессы сварки встык с использованием нагревательных элементов (НЭ) [5] должны быть произведены качественно: ? входной контроль качества свариваемых труб; ? установка труб в зажимах центратора; ? очистка торцов труб; ? торцовка и центровка труб; ? ввод НЭ между торцами свариваемых труб; ? сведение труб до соприкосновения с рабочими поверхностями НЭ; ? оплавление и прогрев свариваемых торцов труб при определенном усилии сжатия; ? разведение труб и вывод НЭ из зоны сварки (технологическая пауза); ? приведение труб в соприкосновение и их осадка под давлением; ? выдержка труб под давлением при осадке до охлаждения сварного шва; ? выходной контроль качества сварного стыка соединенных труб. Качественно проводить технологические процессы возможно только при использовании сварочного оборудования, которое позволяет выдерживать технологические параметры сварки полиэтиленовых труб (см. рис. 2) в оптимальных пределах, уточняемых с учетом местных условий после сварки пробных стыков. К сожалению, делается это не всегда. Причиной, как правило, является погоня за экономией времени производства всех укладочных работ, в т.ч. и сварки полиэтиленовых труб. Но, как говорится, поспешишь — людей насмешишь. В нашем случае, экономия времени на проведении технологических процессов стыковой сварки может привести к получению некачественных стыков, разрывающихся при протягивании трубной плети, в результате чего последует переделка порой значительных объемов уже, как казалось, выполненных работ. Вот вам и экономия времени! Продолжительность каждого технологического процесса сварки встык должно строго соответствовать принятому режиму, причем обязательно в зависимости от имеющегося сварочного оборудования и местных условий. Например, при оплавлении и прогреве торцов свариваемых полиэтиленовых труб должны учитываться толщины их стенок (см. рис. 3).При подготовке полиэтиленовых труб к стыковой сварке вначале необходимо проверить соответствие сертификатных параметров труб техническим требованиям проекта. Затем, при необходимости, произвести селекцию, естественно, с учетом требований взаимозаменяемости: осмотреть и подобрать трубы по материалу, диаметру, толщине стенок, партии поставки. Путем визуального осмотра отсортировывают трубы с дефектами: повышенной овальностью (более 10 % толщины стенки), трещинами, задирами, царапинами глубиной более 0,5 мм. Комплектация труб по партиям поставки позволяет уменьшить влияние свойств материала на качество сварных соединений и подобрать трубы со стабильными геометрическими размерами. Недопустимо смешивать трубы из различного класса полиэтилена (ПЭ63, ПЭ80, ПЭ100) и, тем более, «разбавлять» их трубами из полипропилена (ведь такие трубы тоже черные по цвету), т.к. при их сварке невозможно будет обеспечить требуемое качество и надежность сварного соединения. В случае чрезмерной овальности (см. табл. 3) либо конусности, ведущих к смещению кромок при сборке и последующей сварке, концы труб должны быть обрезаны. Концы труб, имеющие повреждения (забоины и трещины), также следует обрезать, при этом рез должен располагаться не менее чем на 50 мм от конца трещины. Третий этап предполагает очистку (при необходимости) концов труб от грязи (масла, краски, нефти и пр.) и обезжиривание изнутри и снаружи на расстоянии не менее 30 мм от торца. Грязь удаляется водой с помощью волосяных щеток с протиркой ветошью до сухого состояния. Применение металлических щеток не допускается. Для обезжиривания следует применять только предназначенные для этих целей растворители. На четвертом этапе необходимо добиться ровной поверхности путем снятия поверхностного слоя в местах сварки. Для этого свариваемые торцы труб следует обработать механически (торцевать) путем обрезки, фрезерования и т.д. При этом в зависимости от длительности и условий хранения труб толщина удаляемого слоя должна быть 1–3 мм. Торцовку целесообразно проводить в сварочной установке непосредственно в процессе центровки при сварке, чтобы избежать окисления и повторного загрязнения поверхностей. При торцовке нельзя применять охлаждающие жидкости, т.к. они загрязняют свариваемые поверхности. Важным этапом является подготовка сварочного оборудования. Сварочные работы допускается проводить при температуре –15…+30 °C на открытом воздухе, а при более низкой температуре — в укрытиях. Место сварки следует защищать от ветра, атмосферных осадков, пыли и песка. Перед началом собственно сварки рабочие поверхности НЭ и торцевателя следует очистить от масла, пыли, остатков расплавленного материала и других загрязнений. После обработки резанием между торцами труб, приведенных в соприкосновение с помощью центрирующего механизма сварочной машины, не должно быть зазора более 0,5 мм — для труб диаметром до 110 мм; 0,7 мм — для труб диаметром до 315 мм; 1 мм — для труб диаметром до 710 мм; 1,3 мм — для труб диаметром до 900 мм и 1,5 мм — для труб диаметром до 1200 мм. Несовпадение кромок не должно превышать 10 % толщины стенки трубы. После проверки надежности закрепления труб в сварочной установке (приведения их торцов в соприкосновение и создания давления, необходимого при осадке, что подтверждается отсутствием их проскальзывания в зажимах машины) можно проводить дальнейшие технологические операции, предварительно удостоверившись, что НЭ вышел на рабочий режим. Температура нагревательного инструмента должна составлять 195–205 °C при температуре окружающего воздуха +20 °C, для других условий ее следует корректировать при пробной сварке. Нагрев торцов труб при сварке встык на нагревательном элементе осуществляется, как правило, в два этапа — оплавление и прогрев, характеризующиеся различным значением давления. Вначале добиваются сглаживания неровностей соединяемых поверхностей и обеспечивается их плотное прилегание к НЭ, при этом часть расплавленного полиэтилена (расплава) вытесняется в грат. Первый этап нагрева считается завершенным, когда по периметру кромок оплавленных поверхностей образуется равномерный непрерывный грат требуемой высоты. После этого следует снизить давление до минимального, при котором обеспечивается плотное прилегание торца трубы к НЭ. При этом давлении выполняется второй этап — прогрев торцов труб. Значение давления практически не зависит от типоразмера полиэтиленовых труб. В процессе оплавления и прогрева свариваемые детали укорачиваются, поскольку расплавленный материал под давлением НЭ выдавливается из зоны соприкосновения с инструментом. Для этого силовой блок сварочной установки должен преодолевать возникающие в стыкующихся элементах силы трения, сжимать торцы свариваемых труб с усилиями, обеспечивающими при осадке свариваемых полиэтиленовых труб давление 0,2 МПа и, кроме того, свободно перемещать привариваемую трубную плеть с учетом ее массы (см. табл. 2). Поэтому при подборе сварочной установки усилие N [кН], необходимое для перемещения полиэтиленовой трубной плети для получения качественного стыкового сварного соединения, следует определять предварительно по формуле: где fт — коэффициент трения (при перемещении полиэтиленовой трубной плети волоком следует принимать коэффициент трения скольжения fт = fтс ? 0,5, а при перемещении полиэтиленовой трубной плети по роликовым опорам следует принимать коэффициент трения качения fт = fтк ? 0,1); de — наружный диаметр полиэтиленовых труб, м; SDR — размерное отношение (отношение наружного диаметра de трубы к толщине стенки ?); Lтп — длина полиэтиленовой трубной плети, м. Определенные таким образом усилия N затем необходимо уточнять и корректировать по результатам измерений, которые выполняются в процессе сварочных работ. Время перемещения зажимов в сварочной машине не должно превышать ?п (см. рис. 2). В этот период оплавленные поверхности торцов труб не должны подвергаться воздействию влаги, ветра и пыли. Нельзя проводить искусственное охлаждение сварного соединения (обливание водой, обдув воздухом и т.п.) для ускорения процесса сварки. При осадке происходит пластическая деформация приведенного в вязко-текучее состояние полиэтилена. Это необходимо для сближения свариваемых поверхностей на расстояние, при котором возможно межмолекулярное взаимодействие полиэтилена обеих труб. При этом из зоны сварки удаляется деструктированный и окисленный материал, инородные и различные неорганические включения, газы и т.п.Оборудование для сварки встык полиэтиленовых труб нагревательным элементом можно разделить на группы: ? по условиям применения: ручные сварочные приспособления и механизированные устройства; ? по способу установки: переносные и передвижные на колесном ходу, полустационарные и стационарные, перемещаемые с применением специальных механизмов; ? по виду привода: с гидравлическим, пневматическим, рычажным (см. рис. 4), винтовым, реечным приводом; ? по способу нагрева НЭ: с электрическим, газовым, твердотопливным нагревом; ? по форме НЭ: прямоугольный, круглый и кольцевой; ? по теплоемкости: массивные, низкой теплоемкости; ? по количеству охватываемых диаметров труб. Сварочные приспособления и механизированные устройства, рассчитанные на сварку труб нескольких диаметров (от двух до четырех труб), комплектуется сменными вкладышами. При бестраншейной прокладке трубопроводов из полиэтиленовых труб для производства сварочно-монтажных работ используются сварочные установки стационарного и разборного типа. Сварочные установки стационарного типа целесообразно использовать для последовательной сварки труб. Помимо пультов управления и регулирования температуры нагревательного элемента такая установка имеет и другие устройства, поэтому ее масса больше массы сварочной машины разборного типа. Кроме того, на таких установках сварка производится в определенном положении, после того, как сваренная плеть достигнет некоторой длины, их перемещают. Сварочные установки разборного типа просты по конструкции, легко и быстро перемещаются, но, к сожалению, они требуют большего времени свою сборку и на закрепление полиэтиленовых труб. Основные узлы [6] сварочных установок (подвижные и неподвижные хомуты для зажима труб и их перемещения в процессе сварки, направляющие оси, вдоль которых перемещается подвижный хомут, привод для перемещения подвижного хомута) монтируют на станине. В комплект сварочного оборудования входят переносные электрические дисковые пилы для резки или выравнивания торца труб перпендикулярно к продольной оси, переносные электрические рубанки для торцовки концов труб и снятия окисной пленки перед сваркой. Нагревательные элементы НЭ крепятся на сварочных установках или располагаются автономно. Применяют НЭ двух типов: дисковые и кольцевые. Преимущество дисковых НЭ — их универсальность (нагрев труб разного диаметра), а недостатки — большая масса и непроизводительные потери тепловой энергии вследствие теплоотдачи с большей поверхности. Кольцевые НЭ предназначены для оплавления труб, как правило, одного диаметра, реже двух или трех диаметров, но зато имеют небольшую, по сравнению со сплошными НЭ, массу и меньшую поверхность нагрева. Поверхности НЭ обработаны, к ним не прилипает расплавленный полиэтилен при контакте с трубой, поэтому при удалении НЭ не происходит вырывания полиэтилена из расплавленной зоны сварного шва. Сварку отдельных полиэтиленовых труб (двух, трех, четырех, а иногда и более) в трубные плети следует осуществлять строго в технологической последовательности, обеспечивающей требуемое качество сварных стыков. Поступившие на строительный объект полиэтиленовые трубы, например, диаметром 1200 мм, с неровными концами или не соответствующие необходимому размеру, обрезают переносной электрической дисковой пилой. Плоскость реза должна быть перпендикулярна к продольной оси полиэтиленовой трубы. Затем переносным электрическим рубанком производят торцовку свариваемых поверхностей полиэтиленовых труб, выравнивая поверхности и снимая окисленные слои полиэтилена. Между соединяемыми трубами, установленными в зажимы сварочной установки, вводят НЭ (см. рис. 5а) и проводят оплавление торцов и прогрев концов труб (см. рис. 5б) до тех пор, пока по всему периметру поперечного сечения трубы будет выступать грат из расплавленного полиэтилена. Высота грата не должна превышать нескольких миллиметров. По достижении равномерного оплавления свариваемых поверхностей трубы раздвигают, удаляют НЭ (см. рис. 5в) и сопрягают оплавленные поверхности под давлением (см. рис. 5г). Время технологической паузы между отрывом оплавленных поверхностей от НЭ и их сопряжением не должно превышать нескольких минут, что достигается системой регулирования и передвижения подвижных хомутов сварочной установки. После естественного охлаждения сварного шва процесс сварки заканчивается. Трубы высвобождают из хомутов сварочной установки и перемещают ее либо трубную плеть для производства сварки следующего стыка. В целях повышения производительности сварочных работ иногда следует использовать две и более сварочные установки. С их помощью свариваются трубные плети в стороне от места проведения работ. Затем эти плети привариваются к протягиваемому трубопроводу (см. рис. 6). При снятии сваренных труб со сварочной машины прогиб не должен превышать диаметра трубы на длине 50 диаметров (в отличие от величины прогиба протягиваемого полиэтиленового трубопровода с поверхности земли в реконструируемый трубопровод).Следует всегда помнить о том, что основные параметры процесса сварки НЭ полиэтиленовых труб встык взаимосвязаны. Так, температура НЭ зависит от типа полиэтилена, типа и толщины антиадгезионного покрытия НЭ, а также от температуры окружающей среды; продолжительность оплавления — от свойств полиэтилена, температуры рабочей поверхности НЭ и окружающей среды, от давления прижима деталей к НЭ, от качества подготовки стыкуемых поверхностей и толщины стенки труб. Давление при прогреве торцов свариваемых труб не оказывает решающего влияния на прочность шва. Увеличение давления сверх указанных значений, как правило, не улучшает качества сварки и ведет к чрезмерному выдавливанию оплавленного полиэтилена в грат. Торцы труб прогревают при пониженном давлении, т.к. прилегающие к НЭ слои полиэтилена переходят в вязко-текучее состояние без их выдавливания в грат. Продолжительность прогрева зависит от количества тепловой энергии, сообщаемой полиэтилену. Плотность теплового потока должна составлять около 0,75 Вт/см2. При сокращении продолжительности прогрева и постоянной температуре нагревательного инструмента ухудшается качество сварного шва и-зза недостаточного размягчения полиэтилена. Ориентировочно степень прогрева в каждом отдельном случае можно определить визуально по образованию валиков из оплавленного полиэтилена по всему периметру торцов свариваемых труб. При осадке деталей следует создать такое давление, при котором из шва можно удалить захваченную газовую прослойку, а также окисленный слой, образовавшийся в результате нахождения расплавленной поверхности в окружающем воздухе (при технологической паузе), или добиться нарушения его сплошности. Последнее происходит при осадке вследствие течения расплава полиэтилена (менее чем за 1 с) и выдавливания его в грат. При этом давление возрастает от нуля до максимума и уравновешивается сопротивлением течения расплава полиэтилена, имеющего определенную вязкость. После осадки давление сбрасывают не сразу, а делают выдержку времени, в течение которой происходят сложные процессы образования надмолекулярных структур. Продолжительность охлаждения сварного соединения определяется временем, необходимым для рекристаллизации полиэтилена в зоне шва. При охлаждении сварного соединения под давлением не допускается смещение труб относительно друг друга в месте соединения, а также изменение давления. Иначе вследствие местной деформации сварного шва вполне возможно его расслоение и коробление. При протягивании нового полиэтиленового трубопровода в старый трубопровод возможен срыв сварочного грата. Опасность этого явления не столь велика; чтобы избежать его, можно уменьшить высоту грата, предотвратить его появление или полностью удалить (снять фаски на торцах труб, провести обкатку грата или удалить его в расплавленном состоянии механической обработкой). В заключении отметим, что рассмотренные в статье особенности стыковой сварки полиэтиленовых труб при бестраншейной прокладке, естественно, не охватывают всех положений, которые при правильном использовании могут способствовать повышению эффективности строительных и реконструкционных работ на трубопроводных сетях. Не затронуты вопросы, связанные со сварочным оборудованием конкретных фирм-изготовителей, со спецификой собственно бестраншейных технологий, с комплексной механизацией сварочных работ [7], с региональными проблемами Российской Федерации и некоторые другими. Об этом может пойти речь в последующих статьях авторов. ? 1. Храменков С.В., Примин О.Г., Орлов В.А. Бестраншейные методы восстановления трубопроводов. — М.: Издательство «ПримаПрессМ», 2002. 2. Отставнов А.А., Харькин В.А. О проблеме комплексной механизации разрушения ветхих подземных трубопроводов из традиционных материалов и прокладки вместо них полимерных // Строительные и дорожные машины, №12/2004. 3. Орлов В.А., Харькин В.А., Отставнов А.А. Бестраншейное восстановление напорных трубопроводов методом протягивания полиэтиленовых труб // РОБТ, №6/2003. 4. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 2. Строительство трубопроводов. Эксплуатация и ремонт трубопроводов / В.С. Ромейко, А.А. Отставнов, В.А. Устюгов и др. — ТОО «Издательство Валанг», 1997. 5. Справочные материалы. Пластмассовые трубы в строительстве. Ч. 1. Трубы и детали трубопроводов. Проектирование трубопроводов / В.С. Ромейко, А.А. Отставнов, В.А. Устюгов и др. — ТОО «Издательство Валанг», 1997. 6. Сладков А.В., Отставнов А.А. Сооружение и эксплуатация водопроводных и канализационных сетей из пластмассовых труб в больших городах. Обзоры по проблемам больших городов. 7. Отставнов А.А., Харькин В.А., Орлов В.А. Механизация сварки полиэтиленовых труб при бестраншейной реконструкции трубопроводов // Строительные и дорожные машины, №10/2005.