RU2465560C1 - Strength testing method of butt welded joint of polymer pipes - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: testing method of butt welded joint of polymer pipes for determination of strength of the weld consists in test of specimens of blades of the above weld joint at expansion speed of clamps of the test machine of (20÷50) mm/min. Specimens of blades with defects applied prior to welding are tested, owing to which the welding surface area is not more than or equal to section of working part of parent material of blade specimen.

EFFECT: determination of strength of butt welded joint of polymer pipes along the butt weld considering the influence or exclusion of the contribution of burrs both of external, and internal or middle part of welded pipe.

4 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области испытания сварного стыкового соединения полимерных труб и может быть использовано для определения прочности сварного соединения по стыку сварки полимерных труб.The invention relates to the field of testing a welded butt joint of polymer pipes and can be used to determine the strength of a welded joint at the joint of welding of polymer pipes.

Уровень техникиState of the art

Известно техническое решение (1. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов СП 42-103-2003. Издание официальное. ЗАО «Полимергаз»: Москва 2004. - С.75), в котором с целью определения качества сварного соединения изготавливают механической обработкой образцы-лопатки типа 2 по ГОСТ 11262, где исследуемый сварной шов должен быть расположен посередине образца с точностью ±1 мм. Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423 при температуре (23±2)°С не менее 2 ч. Испытания проводят при скорости раздвижения зажимов испытательной машины, равной (100±10) мм/мин для образцов труб с номинальной толщиной стенки менее 6 мм и (25±2,0) мм/мин для образцов труб с номинальной толщиной стенки 6 мм и более. При испытании определяют характер (тип) разрушения образцов, а также относительное удлинение при разрыве и предел текучести при растяжении. Недостатком указанного технического решения является невозможность определения прочности сварного стыкового соединения полимерных труб по стыку сварки.A technical solution is known (1. Design and construction of gas pipelines from polyethylene pipes and reconstruction of worn-out gas pipelines SP 42-103-2003. Official publication. Polymergaz CJSC: Moscow 2004. - P.75), in which, in order to determine the quality of the welded joint, machining of sample-blades of type 2 according to GOST 11262, where the investigated weld should be located in the middle of the sample with an accuracy of ± 1 mm. Before the test, the samples are conditioned in accordance with GOST 12423 at a temperature of (23 ± 2) ° С for at least 2 hours. The tests are carried out at a speed of separation of the clamps of the testing machine equal to (100 ± 10) mm / min for pipe samples with a nominal wall thickness of less than 6 mm and (25 ± 2.0) mm / min for pipe samples with a nominal wall thickness of 6 mm or more. During the test, the nature (type) of fracture of the samples, as well as the elongation at break and the yield strength under tension, are determined. The disadvantage of this technical solution is the inability to determine the strength of the welded butt joints of polymer pipes at the weld joint.

Наиболее близким является техническое решение (2. Г.К.Кайгородов, В.Ю.Каргин. Влияние скорости охлаждения полиэтиленового сварного шва на его прочность // Трубопроводы и экология. - 2001. - №2. - С.13-14), где приводится зависимость свойств сварного шва таких, как относительное удлинение и предел текучести от температуры охлаждения. Образцы для исследования влияния скорости охлаждения на прочностные характеристики сварного соединения получают из полиэтиленовых труб, нагретых до 180°С с последующим охлаждением при различных температурах. Недостатками способа являются отсутствие операции осаживания под определенным давлением для конкретного типоразмера трубы, из-за которого образуется грат, и невозможность исследования влияния грата на прочность, как наружного, так и внутреннего, которые образуются при реальной стыковой сварке полимерных (полиэтиленовых) труб, а также невозможность определения прочности сварного стыкового соединения полимерных труб по стыку сварки.The closest is the technical solution (2. G.K.Kaygorodov, V.Yu. Kargin. The influence of the cooling rate of a polyethylene weld on its strength // Pipelines and ecology. - 2001. - No. 2. - P.13-14), where the dependence of the properties of the weld such as elongation and yield strength on the cooling temperature is given. Samples for studying the effect of the cooling rate on the strength characteristics of a welded joint are obtained from polyethylene pipes heated to 180 ° C, followed by cooling at various temperatures. The disadvantages of the method are the absence of the operation of deposition under a certain pressure for a particular pipe size, due to which the burr is formed, and the inability to study the effect of the burr on the strength, both external and internal, which are formed during real butt welding of polymer (polyethylene) pipes, as well as the inability to determine the strength of the welded butt joint of polymer pipes at the weld joint.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа определения прочности сварного стыкового соединения полимерных труб по стыку сварки.The task of the invention is the development of a method for determining the strength of a welded butt joint of polymer pipes at a weld joint.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в определении прочности сварного стыкового соединения полимерных труб по стыку сварки с учетом влияния или исключения вклада грата как наружного, так и внутреннего или средней части сваренной трубы.The technical result obtained by the implementation of the invention is to determine the strength of the welded butt joint of the polymer pipes at the weld joint, taking into account the influence or exclusion of the contribution of the burr of both the outer and inner or middle parts of the welded pipe.

Существенные признаки, характеризирующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: испытания проводят при скорости раздвижения зажимов испытательной машины, равной (20÷50) мм/мин. Определяют прочность при растяжении.Restrictive: tests are carried out at a speed of separation of the clamps of the testing machine equal to (20 ÷ 50) mm / min. The tensile strength is determined.

Отличительные: образцы-лопатки изготавливают из зоны сварного соединения, содержащей искусственный дефект, где область сварки равна или меньше сечения рабочей части испытуемого образца-лопатки.Distinctive: blade samples are made from a welded joint zone containing an artificial defect, where the welding area is equal to or less than the cross section of the working part of the tested sample blade.

Известно, что прочность сварного стыкового соединения полимерной трубы меньше, чем прочность материала самой полимерной трубы, однако при испытаниях образование «шейки» происходит по основному материалу полимерной трубы из-за большей площади сечения по стыку сварки за счет образования наружного и внутреннего грата (1. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов СП 42-103-2003. Издание официальное. ЗАО «Полимергаз»: Москва 2004. - С.52, 75).It is known that the strength of a welded butt joint of a polymer pipe is less than the strength of the material of the polymer pipe itself, however, during testing, the formation of a “neck” occurs along the main material of the polymer pipe due to the larger cross-sectional area at the weld joint due to the formation of external and internal burrs (1. Design and construction of gas pipelines from polyethylene pipes and reconstruction of worn-out gas pipelines SP 42-103-2003. Official publication. Polymergaz CJSC: Moscow 2004. - P.52, 75).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 приведен шаблон с искусственно нанесенными дефектами для исследования прочности сварного стыкового соединения так, чтобы реально сваренная площадь была равной или меньшей чем сечение рабочей части образца-лопатки. Внизу приведено сечение сваренной трубы по плоскости расположения шаблона. 1 - расположение трубы при сварке, 2 - вырез для сваривания торцов трубы, 3 - материал, препятствующий свариванию торцов трубы, 4 - площадь сваренного торца трубы, 5 - грат внешний, 6 - грат внутренний, 7 - ширина вырезаемого образца-лопатки. На фиг.2 приведен шаблон с искусственно нанесенными дефектами для исследования прочности сварного стыкового соединения без учета влияния наружного или внутреннего грата. Внизу приведено сечение сваренной трубы по плоскости расположения шаблона. На фиг.3 приведен шаблон с искусственно нанесенными дефектами для исследования прочности сварного стыкового соединения. Внизу приведено сечение сваренной трубы по плоскости расположения шаблона. На фиг.4 приведена схема осаживания под давлением сварного стыкового соединения с искусственно нанесенным дефектом (шаблоном). 8 - шаблон, 9 - полимерная труба, 10 - зажимы сварочного оборудования.Figure 1 shows a template with artificially applied defects for examining the strength of a welded butt joint so that the actual welded area is equal to or less than the cross section of the working part of the sample blade. The section of the welded pipe along the plane of the template is shown below. 1 - the location of the pipe during welding, 2 - the cutout for welding the ends of the pipe, 3 - the material that prevents the welding of the ends of the pipe, 4 - the area of the welded end of the pipe, 5 - grata external, 6 - grata internal, 7 - the width of the cut sample of the blade. Figure 2 shows a template with artificially applied defects for studying the strength of a welded butt joint without taking into account the influence of external or internal burr. The section of the welded pipe along the plane of the template is shown below. Figure 3 shows a template with artificially applied defects for testing the strength of a welded butt joint. The section of the welded pipe along the plane of the template is shown below. Figure 4 shows the scheme of deposition under pressure of a welded butt joint with an artificially applied defect (template). 8 - template, 9 - polymer pipe, 10 - clamps of welding equipment.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Способ осуществляется следующим образом. Для исследуемого сварного стыкового соединения полимерной трубы заданного типоразмера заранее готовятся шаблоны из тонкого материала 3, препятствующего свариванию торцов трубы 1, например, из бумаги для офисной техники «Снегурочка», согласно фиг.1, 2, 3 или других комбинаций искусственных дефектов. Вырез 2 для сваривания торцов трубы располагается так, чтобы в образцах-лопатках для испытаний на растяжение площади сваренных участков 4 были равными друг к другу, а по величине равными или не большими, чем сечение рабочей части основного материала образца-лопатки 7. Затем концы свариваемых полимерных труб 9 устанавливают в зажимы сварочного оборудования 10, центрируют по наружной поверхности, производят срезание неровностей торца трубы, торцы труб приводят в непосредственный контакт с нагретым до или выше температуры плавления материала трубы инструментом, имеющим плоскую поверхность оплавления, затем инструмент удаляют, а вместо него вводят один из приготовленных шаблонов, и оплавленные торцы, между которыми находится шаблон 8, осаживают под давлением и выдерживают под этим давлением определенное время, диктуемое скоростью охлаждения и релаксационными процессами в сварном соединении (фиг.4). Материал, вытесненный из стыка под давлением осадки, образует внешний 5 и внутренний 6 сварочный грат, как при обычной сварке без использования шаблона. Затем через 24 ч после производства сварки изготавливают образцы-лопатки типа 2 по ГОСТ 11262 равномерно по периметру шва не менее пяти образцов так, чтобы область сварки находилась на середине образца-лопатки. Испытания на растяжение образцов-лопаток производят согласно ГОСТ 11262. Обработку результатов испытаний проводят принятыми методами. Так как наименьшей прочностью обладает область сварного соединения, то при условии равенства поперечного сечения образца-лопатки и стыка сварки разрушение происходит по стыку сварного соединения.The method is as follows. For the studied welded butt joint of the polymer pipe of a given size, templates of thin material 3 are prepared in advance, which prevents welding of the ends of the pipe 1, for example, of paper for office equipment “Snegurochka”, according to FIGS. 1, 2, 3 or other combinations of artificial defects. Cutout 2 for welding the ends of the pipe is located so that in the samples of the blades for tensile testing, the areas of the welded sections 4 are equal to each other, and equal or not larger than the cross section of the working part of the main material of the sample of the blade 7. Then the ends of the welded polymer pipes 9 are installed in the clamps of the welding equipment 10, centered on the outer surface, the pipe end roughness is cut, the pipe ends are brought into direct contact with the material melted at or above the melting temperature pipes with a tool having a flat reflow surface, then the tool is removed, and one of the prepared templates is introduced instead, and the fused ends, between which the template 8 is located, are deposited under pressure and kept under this pressure for a certain time, dictated by the cooling rate and relaxation processes in the welded connection (figure 4). Material displaced from the joint under upsetting pressure forms an external 5 and internal 6 welding beads, as in conventional welding without using a template. Then, 24 hours after welding, type 2 blades are made according to GOST 11262 uniformly along the perimeter of the weld of at least five samples so that the welding area is in the middle of the sample blades. Tensile tests of blade samples are carried out in accordance with GOST 11262. Processing of the test results is carried out by accepted methods. Since the region of the welded joint has the least strength, then, provided the cross section of the sample-blade and the weld joint are equal, the destruction occurs at the joint of the welded joint.

Таким образом, предлагаемым способом можно определить прочность сварного стыкового соединения полимерных труб по стыку сварки с учетом влияния или исключения вклада грата как наружного, так и внутреннего или среднего участка стыка сваренной трубы.Thus, by the proposed method, it is possible to determine the strength of the welded butt joint of polymer pipes at the weld joint, taking into account the influence or exclusion of the contribution of the burr of both the outer and inner or middle sections of the joint of the welded pipe.

Claims (1)

Способ испытания сварного стыкового соединения полимерных труб для определения прочности сварного шва, заключающийся в испытании образцов-лопаток указанного сварного соединения при скорости раздвижения зажимов испытательной машины (20÷50) мм/мин, отличающийся тем, что испытываются образцы-лопатки с предварительно нанесенными перед сваркой дефектами, благодаря которым площадь сварки не больше или равна, чем сечение рабочей части основного материала образца-лопатки. A method of testing a welded butt joint of polymer pipes to determine the strength of a weld, which consists in testing samples of the blades of the specified welded joint at a speed of separation of the clamps of the testing machine (20 ÷ 50) mm / min, characterized in that the tested samples of the blades with pre-applied before welding defects due to which the welding area is not greater than or equal to the cross section of the working part of the main material of the sample of the blade.

Images