اتصالات در لوله پلی اتیلن با قطر و ضخامت بالا

از جمله مواردی که باعث صدمه دیدن لوله می گردد، پرت نمودن آن از بلندی می باشد. این بلندی می تواند از بالای یک کامیون حمل بار و کفی و یا رها شدن سیم های مهار، در هنگام تخلیه بار باشد .

در این پژوهش جوش پلی اتیلن در شرایط متفاوتی از دما، دمای جوش، زمان جوشکاری و زمان سرد شدن (آزاد شدن فک جوشکاری ) اجرا شده و روش های انجام شده با استفاده پر کردن لوله از آب و فشار سنجی و پید ا کردن محل نشت چک گردید . ترد شدن یا منعطف بودن محل جوش به صورت بصری قابل تشخیص است . نتایج حاصل از این تحقیق می تواند راهنمای مناسبی برای جوشکاری و اتصال لوله های پلی اتیلن با قطر و ضخامت بالا باشد.

مقدمه

برای شبکه های گاز رسانی و انتقال سیالات مختلف تقریباً از سال ۱۹۶۰ در (PE) کاربرد لوله پلی اتیلن دنیا شروع و ابتدا به منظور انتقال آب و فاضلاب و پس از آن به منظور گازرسانی مورد استفاده واقع گردید . امروزه بسیاری از کشورهای د نیا شبکه های گازرسانی را با لوله های پلی اتیلن به لحاظ فوائد و مزایای بسیار آن مورد استفاده قرار می دهند.

مشخصات عمومی لوله پلی اتیلن

مقاومت بسیار خوب در مقابل شکستگی و ترک خوردگی، مقاومت شیمیایی بسیار عالی، مصون از خوردگی، مقاومت عالی در مقابل سرما تا د مای ۴۰ - درجه سانتی گراد، مقاومت در مقابل گرما تا ۸۰ درجه سانتی گراد،انعطاف پذیری بالا، خصوصیات هیدرولیکی عالی در طول زمان، قابلیت استفاده در زمینهای ناهموار، زبری خیلی کم، قابلیت عرضه به صورت حلقه، مقاومت عالی در مقابل سائیدگی، سبکی، طول عمر زیاد، اتصال راحت و قابل اعتماد، نصب و اجرای سریع و ساده ، مقاومت بالا به فشار و ضربه ، مصون از زنگ زدگی، قابلیت جوش پلاستیک ومقاومت عالی در مقابل ارتعاشات حاصله از زمین لرزه. البته در مقابل مزایای فراوان این لوله ها نقاط ضعفی نیز برای آنها مطرح است که اهم آنها خسارا ت وتابش مستقیم نور خورشید و حرارت فوق العاده می باشد که البته (uv) مشکلات ناشی از تشعشعات خورشیدی می توان با نگهداری صحیح لوله و اتصالات پس از تولید تا قبل از اجرا از بروز مشکلات در این خصوص جلوگیری کرد.

مسلماً طول عمر مناسب و مطلوب شبکه های پلی اتیلن علا وه بر این که متاثر از محاسن پلی اتیلن است، مرهون عملیات اجرایی صحیح خصوصاً نصب و جوشکاری آنها نیز می باشد . در این راستا، مراجعه به استانداردهای می تواند راه گشا باشد . گروه های اجرایی باید به هنگام IGS اروپا و استاندارد CEN بین المللی و م لی معتبر مثل عملیات اجرا استانداردهای مربوطه را دقیقاً رعایت نمایند . یکی از مهمترین نکات و مسائلی که در اجر ای شبکه های پلی اتیلن قابل توجه است، نحوه جوشکاری لوله و اتصالات می باشد . از آن جایی که با گذشت زمان استفاده از لوله های پلی اتیلن در سطح کشور فزونی می یابد، لذا به نظر می رسد هر آنچه متون فنی و علمی بیشتری در خصوص کیفیت و کاربرد این گونه لوله ها انتشاریابد، ضمن ارتقاء سطح آگاهی مصرف کنندگان به همان نسبت به انتظار و توقع آنها از تولید کنندگان افزایش خواهد یافت . امید است این مقاله بتواند گامی کوچک لیکن موثر در نیل به هدف فوق الذکر باشد.

انبارداری، بارگیری، تخلیه، جابجایی، نگهداری و ریسه کردن لوله بارگیری و حمل : لوله های پلی اتیلن هنگام حمل باید با  نوارهای محکم به هم بسته شده و از استقاده هرگونه نوار یا تسمه و زنجیر فلزی خودداری کرد.

تخلیه: تحویل گیرنده باید محل مخصوصی ر ا برای انبار کردن اجناس در کارگاه در نظر گیرد . این محل باید مسطح ، عاری از قطعه سنگهای بزرگ، سطح ناهموار و آشغال و همچنین دور از مسیر رفت و آمد ساختمانی و عوامل جوی نظیر باد و طوفان باشد.

محموله رسیده به کارگاه با توجه به نوع و تعداد لوله ها می تواند به صو رت پالت دسته بندی چند لوله با یکدیگر یا به صورت شاخه لوله های جداگانه باشد پالتها را می توان با یک بکهو 1 یا وسیله ای نظیر آن و یک طناب نایلونی یا کابل پوششی دار (طنابی که موجب وارد آمدن صدمات موضعی به لوله نگردد) تخلیه نمود . در غیر این صورت باید بین کابل و لوله ها ، حائلی قرار دارد که از زخمی شدن لوله ها جلوگیری شود .

از جمله مواردی که باعث صدمه دیدن لوله می گردد، پرت نمودن آن از بلندی می باشد. این بلندی می تواند از بالای یک کامیون حمل بار و کفی ) و یا رها شدن سیم های مهار، در هنگام تخلیه بار باشد . در صورت بروز چنین وضعیتی ، ایجاد ترک های عرضی در جدار لوله را با اطمینان می توان پیش بینی نمود . چنانچه نتوان با چشم غیر مسلح ترک بوجود آمده را مشاهده نمود . هنگامی که لوله که در زمین کار گذاشته شدند و تحت فشار آب قرار گرفته، قسمتهای ضربه دیده که خیلی از مواقع منجر به بوجود آمدن ترکهای نامرئی خواهند شد، شروع به باز شدن می نمایند.

انبار کردن لوله ها در پای کار

برای انبار ک ردن لوله ها در پای کار، لوله های بسته بندی شده باید به همان صورت باقی بمانند . برای انبارکردن لوله ها غیر بسته بندی شده به صورت موقت، می توان آنها را در یک محوطه مسطح فاقد آشغال و خارج از مسیر رفت و آمدهای ساختمانی رویهم چید . ابتدا دو الوار، که باید از غلطیدن و جابجایی آنها جلوگیری شود با فاصله ای برابر عرض رویهم چینی مورد نظر که به هر حال نباید از 3/۱ طول لوله بیشتر باشد، روی زمین قرار داده می شود . همچنین برای جلوگیری از غلطیدن لوله ها در اثر باد و طوفان لازم است در اطراف آنها چوب های عمودی قرار داده شود . یکی از روش های معمول برای رویهم چینی لوله هایی که دارای لاله (سرکاسه ها) می باشند این است که به منظور لوله ها طوری باشد که لاله های آنها به یکدیگر فشار وارد نیاورد.

در موقع رویهم چیدن لوله ها، آنها را باید با رعایت احتیاط معمول جابجا کرد از انداختن یا به زور کشیدن لوله ها، همچنین از برخورد آنها به یکدیگر یا به اشیاء دیگر یا از بالارفتن از آنها خودداری شود . ارتفاع رویهم چینی لوله ۱ متر باشد تا بتوان لوله ها را به آسانی و با آسودگی خاطر با دست جابجا کرد. هر شاخه لوله باید روی یک سطح تراز، حتی المقدور نزدیک کانال و در سمت مخالف خاکریزآن قرار داده شود . برای جلوگیری از آسیب دیدن لبه لوله ها فاصله مناسبی بین هر دو لوله در نظر گرفته شود .

لوله ها باید خارج از مسیر وسایل و تجهیزات کارگاهی ودر محلی قرار داده شوند که عملیات حفر کانال بتواند بلاانقطاع ادامه پیدا کرد. بدیهی است در این شرایط می بایست به هر نحو ممکن از غلتیدن لوله ها توسط باد و طوفان و یا دیگر عوامل جلوگیری بعمل آید.

سیستم های اتصال لوله

انواع مختلف سیستم های اتصال در خصوص لوله های پلی اتیلن بکار می رود . انواع اتصال به دو بخش اصلی تقسیم می شوند:

۱- اتصال متحرک،

۲- اتصال ثابت : انواع اتصال ثابت از طریق جوش پلاستیک انجام می شود که معمول ترین آنها بشرح ذیل می باشد،.

Hot-Air soldering جوش – هوای داغ ·

Welding By portable Extroder جوش – با اکسترودهای متحرک ·

Butt fusion welding جوش – بات فیوژن ·

Welding By Electro fusion fitting جوش – الکتروفیوژن ·

Socket welding ( جوش – ساکت (رابط ·

در این مقاله جوش بات فیوژن بررسی شده است.

روش جوشکاری لب به لب

نمونه جوش بسیار قابل اطمینان برای انواع رزینهای ترموپلاستیک (But fusion) روش جوشکاری لب به لب می باشد . در این قسمت مراحل جوشکاری لب به لب کاملا ً تشریح شده است . توجه دقیق به این مراحل و یادگیری آن برای جوشکاران و مجریان اهمیت فراوان دارد . استفاده صحیح از دستگاه زمانی میسر است که جوشکاران مراحل صحیح جوشکاری را بدانند و نکات اشاره شده در ذیل را بکار ببرند. به هیچ وجه جوشکاری لب به لب نب اید در هوای بارانی، برفی، بادهای تند طوفان و سرما و گرمای شدید ·

صورت پذیرد . اگر قرار است در چنین شرایط ی اقدام به جوشکاری گردد، لازم است از چادر مخصوص این کار استفاده شود.

توصیه می شود فضایی که در آن جوشکاری صورت می گیرد، دارای دمای بالاتر از صفر درجه سانتی گراد · باشد و لذا در صورتی که دمای محیط زیر حد مذکور باشد، استفاده از چادر و ایجاد دمای مناسب لازم است.

در صورتی که نیروی محرکه دستگاه از طریق ژنراتور تامین می شود، قبل از شروع جوشکاری لازم است ·

مقدار سوخت ژنراتور کنترل شود تا از خاموش شدن ژنراتور در خلال عملیات جوشکاری پیشگیری شود و نیز چند دقیقه قبل از شروع جوشکاری، ژنراتور را روشن تا ولتاژ و آمپراژ مناسب از خروجی ژنراتور وجود داشته باشد.

پس از قراردادن لوله ها درون کمربندها بر روی شاسی، عملیات تنظیم و تمیز کردن آنها به منظور برطرف کردن لایه اکسید روی لبه های هر دو لوله و یا اتصال و ایجاد تطابق بین دو لوله، ضروری است که دو لبه صورت می گیرد . رنده (Cutter) ی مورد جوشکاری رنده و یا تر اشیده شوند. این عمل توسط رنده مخصوص مذکور بین دو لوله در دستگاه قرار می گیرد و با اعمال فشار مناسب از طریق یونیت هیدرولیک (در حدی که رنده تحت فشار زیاد قرار نگرفته و در جای خود نیز نلغزد ) عمل رنده کاری سطح لوله ها صورت می گیرد.سر لوله ها تا دیدن تراشه کامل از هر سمت باید رنده شوند، به طوری که براده به صورت مدور در دو طرف رنده مشاهده گردد.

کنترل چشمی توازن سطح مقطع لوله ها

پس از عمل رنده کاری، لوله ها را لب به لب گرفته تا بتوان همترازی و فاصله بین دو لوله را کنترل نمود .شایان ذکر است که پس از رنده شدن دو سر لوله ها، به هیچ وجه مجاز نیستم که دست یا هر چیز مرطوب و آلوده را به سطوح لوله و یا اتصال رنده شده بزنیم و براده های داخل لوله را بطوری که دستمان و یا ابزار به سطح تراش خورده برخورد نکند از داخل لوله خارج می کنیم، عدم همترازی لو له ها حداکثر می تواند تا ۱۰ درصد ضخانت لوله باشد در صورتیکه از این مقدار بیشتر باشد، باید لوله ها از طریق روشهای ذیل همتراز شوند. محکم کردن و یا شل کردن بعضی از مهره ها به صورت موازی و یا ضربدری در یک طرف و یا دو طرف ·

لوله ها،با چرخاندن ، لوله ها را همتراز نموده و پس از آن مهره های کلمپ ها را سفت نمود. ·تنظیم تکیه گاهها در انتهای دیگر لوله ها (جابجا نمودن رولر یا زیر سریهای لوله ها). ·

تمیز کردن لبه لوله ها و اعمال فشار و دما

برای تمیز نمودن لبه لوله ها که حائز اهمیت بسیاری است، ب اید پیش از انجام عمل جذب دما با استفاده از یک پارچه تمیز (دستمال مخصوص ) با الکل خالص یا خلوص بالا دو سر لوله ها تمیز شوند و پس از آن دقت شود که هیچ گونه تماس با دست و یا هر وسیله دیگری با سر لوله برقرار نشود (شکل ۱). در شرایطی که هیچ گونه وسیله ای برای پا ک کردن سطح هیتر وجود ندارد، می توان لوله ای از همان جنس و سایز انتخاب نمود و قسمتی از آن روی دستگاه فیکس کرده و به سطح هیتر نزدیک و لوله ها را گرم کرد . این عمل باعث می شود که لوله محل تماس خود را با هیتر پاک و تمیز نماید . برداشتن لوله و قرار دادن لوله اصلی در دستگاه هیتر با سطح تمیز ش ده آماده انجام عمل گرم کردن لوله ها با کیفیت بالا را دارد.

پس از انجام عملیات بالا، هیتر (اتو) را بین دو لوله در دستگاه قرار داده، و فشار را تا حد مورد نظر فشار اعلام شده از طریق سازنده دستگاه به اضافه فشار کششی ) افزایش داده و صبر م ی گردد ارتفاع برگشته لوله روی سطح هیتر (اتو) در حد یک تا چهار میلی متر ایجاد گردد . (مقدار لبه برگشته بستگی به قطر و ضخامت لوله متغیر است ). لازم به توضیح است به هنگام قراردادن هیتر (اتو) را به لبه لوله ثابت نزدیک می گردد تا براثر حرکت فک متحرک لوله درون این فک بر اثر زمان بیشتر نزدیکی یا هیتر پیشگرم نگردد.

مرحله جذب دما

در حد مورد نظر ، فشار را حذف کرده ، به طوری که فقط دو سر لوله با هیتر (اتو ) در (Bead) پس از ایجاد بید تماس باشند و اهرم یونیت هیدرولیک در به منظور اعمال فشار باقی م ی ماند. در این مرحله دما و انرژی گرمایی ) توسط هیتر در لوله ها نفوذ می نماید و باید تا تمام شدن مدت زمان توصیه شده براساس استاندارد صبر کرد.

مرحله نهایی

پس از تمام شدن زمان نفوذ دما (انرژی حرارتی ) دو لوله را از سطح هیتر (اتو) جدا کرده و عقب کشیده و دقت می شو د هیتر (اتو) در حین برداشته شدن به دو سر لوله اصابت نکند . در صورتی که به عقب راندن فک متحرک هیتر(اتو) به یکی ا زدو سر لوله بچسبد با زدن یک ضربه به دسته هیتر (اتو) و به آهستگی در حالی که با دست دیگر آن را کنترل می گردد . هیتر را از لوله جدا نموده و بعد از برداشتن هیتر به سرعت لب لوله ها را بهم چسبانده و فشار را تا حد مورد نظر (فشاراعلام شده از طرف سازنده دستگاه به اضافه فشار کششی ) به طور یکنواخت و حرکت خطی و به آرامی افزایش داده تا به حد نهایی خود برسد . پس از این که فشار در این  مرحله به میزان مشخص شده رسید ، فشار هیدرولیک به اوج خود رسیده و لوله ها در هم ممزوج شده و جوشکاری صورت

می گیرد . باید دو سر لوله تحت این فشار به طور ثابت به دو دستگاه باقی بماند تا زمان سرد شدن که از طرف سازنده دستگاه و براساس استاندارد اعلام شده سپری گردد نتیجتاً عملاً همبندی و جوش ب ه این روش صورتگرفته است.

مرحله سرد شدن

پس از اتمام زمان سرد شدن اکنون لوله های جوش داده شده را از دستگاه خارج نموده و لوله ها طی زمان توصیه شده از طرف سازنده در محل مناسب و دور از تنش و کشش قرار می گیرند.

زمانبندی و فرآیندهای جوش لوله های پلی اتیلن روش شامل یک مرحله پیش فرآیند و پنج مرحله فرآیند می باشد.

مرحله پیش فرآیند : شامل تامین مصالح و ابزار کار (روشن کردن ژنراتور برق و صفحه اتو به منظور رسیدن به دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد ) قرار گرفتن خرکها زیر لوله و تراز کردن دهانه لوله ها بر رو ی شاسی دستگاه جوش – عملیات رنده کاری و تمیز کاری با الکل( ۳۸ دقیقه)

فاز اول : قرار گرفتن صفحه اتو درون دستگاه و چسبانیدن لبه لوله به صفحه اتو با رعایت انتقال فشارهای  با مجموع  Bar 70 .  فشار کششی Bar 40 وفشار  ثابت Bar 30

فاز دوم( مرحله طبخ): با تقلیل فشار آغاز و با حداقل تقلیل فشار به پایان می رسد ·

فاز سوم: جدا کردن لبه لوله ها از صفحات اتو وخارج کردن صفحه اتو از درون دستگاه جوش ( ۱۰ ثانیه) ·

فاز چهارم : چسبانیدن لبه لوله ها به یکدیگر رسیدن به فشار اولیه مجموعه فشارهای کششی و ثابت است ·

فاز پنجم: مرحله خنک شدن جوش و کاهش دمای جوش 50C C ® 200

مدت زمان گرم کردن صفحات اتو و نیز فرآیندها تابع شرایط عمومی و آب و هواست و الزاماً می بایست مرحله طبخ را با گرفتن زمان و رویت وضعیت شکل ظاهری جوش و نیز رویت تقلیل فشار (فشارسنج دستگاه سیستم هیدرولیک) رعایت کرد.

چنانچه عملیات جوشکاری پس از انجام اولین سر جوش بطور پیوسته ادامه پیدا کند زمان پیش فرآیند گاهی اوقات تا ۵۰ درصد کاهش می یابد. (بعلت آماده بودن ابزار کار و روشن ماندن ژنراتور برق و اتو و سیستم هیدرولیک)

جدول ( ۱):حالت اول ، شروع عملیات جوشکاری (اولین سر جوش)

جدول ( ۲):حالت دوم، ادامه عملیات جوشکاری (سرجوشهای بعدی)

شکل ظاهری و بازرسی کیفیت جوشکاری انجام شده

شکاف جوش : شکاف  بین دو گرده برآمده جوش در انتهای لوله نباید از سطح لوله جوش پایینتر باشد.

جابجایی ناهمترازی  : میزان ناهمترازی بین دو سر لوله های جوش داده شده نباید بیشتر از ۱۰ درصد ضخامت لوله باشد

عرض لبه و یا گرده جوش  : عرض گرده جوش توصیه شده براساس سایزهای مختلف لوله مطابق جدول زیر می باشد.

جدول ( ۳):عرض گرده جوش (میلی متر)

کنترل چشمی

هیچگونه آثاری از آسیب، مثل خراشیدگی، اثرات عمیق که ممکن است از طریق بستن گیر ه ها و غیره بوجود آید، نباید در هیچ یک از طریق جوش یا در لوله فشار مشاهده شود.

کنترل کیفیت لبه و یا گرده جوش

با ابزار اندازه گیری مخصوص می توان لبه و یا گرده جوش را مشخص نمود ، بطوریکه شکل ظاهری آن میباید به صورت یکنواخت ایجاد شده باشد، بید و یا گرده جوش باید سخت و دارای شکل محدب و با ریشه پهن باشد و نباید حالت مقعر با ریشه باریک و یا شکلهای دیگر داشته باشد که ناشی از فشار زیاد و یا فشار کم در دربین جوشکاری باشد.

آزمایشات سرجوش های پلی اتیلن

آزمایش هایی که بر روی جوشهای پلی اتیلن انجام می گیرد تماماً براساس استانداردهای بین المللی به شرح ذیل می باشد.

الف- آزمایشات هیدرو استاتیک بلند مدت سرجوشهای پلی اتیلن حداقل ۶۰ انتخابشده بطوریکه سرجوش در وسط قرار گیرد. البته دو طرف لوله را توسط دو عدد کپ بسته شده و درون آن را با آب گرم پر می شود . سپس در داخل مخزن دستگاه هیدرواستاتیک که دمای

آن ۲۳ سانتی گراد می باشد، قرار می گیرد.

فشار توسط دستگاه آنقدر بالا برده م ی شود تا از محل لوله بترکد در صورتیکه ترکیدگی از محل جوش باشد (تا قبل از حداقل فشار تعیین شده در استاندارد ) سرجوش مردود می باشد. این آزمایش را آزمایش ترکیدگی سریع می گویند .

ب- آزمایش هیدرواستاتیک کوتاه مدت یا ۱۶۵ ساعت : در این آزمایش نیز دو طرف لوله به وس یله کپ بسته شده ، سپس داخل نمونه را با آب پر نموده و نمونه که سرجوش در وسط آن هیدرواستاتیک 6/4-4 مگاپاسکال به مدت ۱۶۵ ساعت اعمال می گردد، به طوری که در این مدت 4.6هیچگونه نشتی و یا ترکیدگی در جوش نباید مشاهده گردد در صورت مشاهده شدن عیب و اشکال درجوش قبل از مدت آزمایش جوش مردود خواهد بود.

ج- آزمایشی کششی

براساس استاندارد برای لوله های که ضخامت آنها کمتر از ۲۵ میلی متر باشد، مطابق نمونه استاندارد دمبل تهیه و تحت آزمایش کشش قرار می گیرد.

سرعت کشش مطابق با استاندارد برای ضخامتهای مختلف تغییر می کند.

تعداد نمونه های آزمایشی برای انجام آزمایش کششی مطابق جدول ذیل براساس قطر لوله ها نمونه انتخاب و آزمایش می گردد

باید سعی شود نمونه اول از بحرانی ترین نقطه جوش انتخاب گردد و نمونه های دیگر نیز از قسمتهای که دفورمه و یا نافرم می باشد انتخاب کنیم.

شرایط آزمایش

شرایط تهیه نمونه مورد آزمایش پس از جوشکاری حداقل ۲ ساعت بعد و متوسط در ۲۰ درجه سانتی گراد تعیین گردیده است و ۶ ساعت بعد از جوشکاری عملیات ماشین کاری نمونه انجام و حداقل ۲۴ ساعت بعد از  جوشکاری می باید عمل کششی صورت پذیرد.

tensile Machine نمونه عملکرد دستگاه کششنمونه را مطابق شکل استاندارد تهیه نموده و بین دو فک دستگاه کشش قرار داده م ی شود. پس از وارد نمودنپارامترهای ابعادی به قسمت کامپیوتر دستگاه مطابق جدول استاندارد، با سرعتهای مختلف با توجه به ضخامت لوله ها عمل کششی انجام می گیرد، به طور ی که پارگی برابر استاندارد نباید کمتراز ۳۵ درصد ازدیاد طول نسبی از محل جوش باشد. درصد ازدیاد طول نسبی از فرمول زیر قابل محاسبه می باشد.

   که در آن:

درصد ازدیاد طول نسبی، = E

طول اولیه، =LO

طول ثانویه، =L