Электронный научный журнал
 
Diagnostics, Resource and Mechanics 
         of materials and structures
ВыпускиО журналеАвторуРецензентуКонтактыНовостиРегистрация

2018 Выпуск 1

2018 Выпуск 2
 
2018 Выпуск 1
 
2017 Выпуск 6
 
2017 Выпуск 5
 
2017 Выпуск 4
 
2017 Выпуск 3
 
2017 Выпуск 2
 
2017 Выпуск 1
 
2016 Выпуск 6
 
2016 Выпуск 5
 
2016 Выпуск 4
 
2016 Выпуск 3
 
2016 Выпуск 2
 
2016 Выпуск 1
 
2015 Выпуск 6
 
2015 Выпуск 5
 
2015 Выпуск 4
 
2015 Выпуск 3
 
2015 Выпуск 2
 
2015 Выпуск 1

 

 

 

 

 

N. P. Starostin, O. A. Ammosova

ESTIMATED DETERMINATION OF HEAT-AFFECTED ZONES FOR WELDING OF POLYETHYLENE PIPES AT LOW TEMPERATURES

The boundaries of heat-affected zones (HAZ) are determined by mathematical modeling of the thermal process of butt welding of polyethylene pipes for gas pipelines. When choosing the process conditions for welding of polyethylene pipes, as well as when investigating the quality of the welded joint, determination of the boundary of the heat-affected zone is of great importance, since structural changes of the welded materials occur in this zone. The mathematical model used takes into account the heat of the phase transition in the temperature range, as well as the thermal effect of burr formed during upsetting. The adequacy of the proposed mathematical model is shown by comparing the experimental and calculated temperature data. The temperature was recorded using a multichannel temperature programmer with a Thermodat-17E3 graphical display. The problem was solved numerically by the finite difference method. The developed algorithms are implemented as a set of programs in the Delphi environment. Numerical simulation was carried out for a 63×5.8 PE 100 GAZ SDR11 pipe. The admissible area of heat-affected zones is defined. It is formed at admissible air temperatures. The computational experiments have shown the possibility of controlling the temperature regime for welding under conditions of low ambient temperatures and providing the same temperature field variation in the HAZ as at permissible air temperatures. The time of its formation is fixed. By preheating the ends of a welded pipe and using a thermal enclosure weld during cooling at low temperatures, the desired location of the HAZ boundary is achieved.

Keywords: butt welding of polyethylene pipes, gas pipelines, mathematical modeling of thermal process, heat-affected zones, thermal enclosure

Bibliography:

1.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. – No. 32. – P. 106–112. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.03.007.

2.Numerical simulation of strength failure of buried polyethylene pipe under foundation settlement / X. Luo, S. Lu, J. Shi, X. Li, J. Zheng // Engineering Failure Analysis. – 2015. – No. 48. – P. 144–152. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2014.11.014.

3.Failure analysis of a PVC sewer pipeline by fractography and materials characterization / S. J. F. Gould, P. Davis, D. J. Beale, D. R. Marlow // Engineering Failure Analysis. – 2013. – No. 34. – P. 41–50. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.07.009.

4.Боровский Б. И., Кунский М. О. Оптимизация систем газоснабжения городских микрорайонов // Строительство и техногенная безопасность. – 2014. – № 50. – С. 29–33.

5.Петришин А. К вопросу использования полиэтилена в трубопроводах // Наука сегодня: задачи и пути их решения : материалы научно-практической конференции, Вологда, 31 мая 2017 г. : сб. науч. тр. – Тюмень : ООО «Маркер», 2017. – С. 31–32. – ISBN: 978–5–906850–51–5.

6.Improvement of butt-welding characteristics of double wall polyethylene pipes / B. Y. Lee, Y. K. Kim, W. G. Hwnag, J. S. Kim, S. Y. Lee // Metals and Materials International. – Vol. 18, no. 5. – P. 851–856. – DOI: 10.1007/s12540-012-5016-5.

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

8.СП 40–102–2000. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.

9.Starostin N. P., Ammosova O. A. Simulation of the Thermal Process of Butt Welding of Polyethylene Pipes at Low Temperatures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2016. – Vol. 89, iss. 3. – P. 714–720. – DOI: 10.1007/s10891-016-1430-8.

10.Родионов А. К., Бабенко Ф. И., Коваленко Н. А. Трещиностойкость сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2003. – Т. 8, № 3. – С. 19–20.

11.Effect of defects on the burst failure of butt fusion welded polyethylene pipes / H. S. Lai, N. N. Tun, S. H. Kil, K. B. Yoon // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2016. – Vol. 30, no. 5. – P. 1973–1981. – DOI: 10.1007/s12206-016-0403-3.

12.Failure analysis of high density polyethylene butt weld joint / F. Tariq, N. Naz, M. A. Khan, R. A. Baloch // Journal of Failure Analysis and Prevention. – 2012. – Vol. 12, no. 2. – P. 168–180. – DOI: 10.1007/s11668-011-9536-y.

13.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.

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

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

16.Физические величины : справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. / под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

Н. П. Старостин, О. А. Аммосова

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ЗОН ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ ПРИ СВАРКЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

На основе математического моделирования теплового процесса при сварке полиэтиленовых труб встык для газопроводов определяют границы зон термического влияния (ЗТВ). При выборе технологических режимов сварки полиэтиленовых труб, а также при исследовании качества сварного соединения большую роль имеет определение границы зоны термического влияния, поскольку в ней происходят структурные изменения свариваемых материалов. Используемая математическая модель учитывает теплоту фазового перехода в интервале температур, а также тепловое влияние образующегося при осадке грата. Показана адекватность предлагаемой математической модели путем сопоставления экспериментальных и расчетных температурных данных. Регистрация температур производилась с помощью многоканального программного регулятора температуры с графическим дисплеем ТЕРМОДАТ–17Е3. Поставленная задача решалась численно методом конечных разностей. Разработанные алгоритмы реализованы в виде комплекса программ в среде «Delphi». Численное моделирование проводилось для трубы марки ПЭ 100 ГАЗ SDR11 63×5,8. Определяется допустимая область ЗТВ, сформированная при допустимых температурах воздуха, и время ее формирования. Вычислительными экспериментами показана возможность регулирования температурным режимом при сварке в условиях низких температур окружающего воздуха и обеспечения в зоне термического влияния такого же изменения температурного поля, что и при допустимых температурах воздуха. Проведение сварки полиэтиленовых труб с предварительным подогревом и выравниванием температуры, а также проведение этапа осадки свариваемых труб в теплоизоляционной камере с расчетными размерами, приводят к допустимому темпу охлаждения и формированию границы ЗТВ в пределах допустимой области.

Ключевые слова: сварка полиэтиленовых труб встык, газопровод, моделирование теплового процесса, зона термического влияние, теплоизоляционная камера

Библиография:

1.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. – No. 32. – P. 106–112. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.03.007.

2.Numerical simulation of strength failure of buried polyethylene pipe under foundation settlement / X. Luo, S. Lu, J. Shi, X. Li, J. Zheng // Engineering Failure Analysis. – 2015. – No. 48. – P. 144–152. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2014.11.014.

3.Failure analysis of a PVC sewer pipeline by fractography and materials characterization / S. J. F. Gould, P. Davis, D. J. Beale, D. R. Marlow // Engineering Failure Analysis. – 2013. – No. 34. – P. 41–50. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.07.009.

4.Боровский Б. И., Кунский М. О. Оптимизация систем газоснабжения городских микрорайонов // Строительство и техногенная безопасность. – 2014. – № 50. – С. 29–33.

5.Петришин А. К вопросу использования полиэтилена в трубопроводах // Наука сегодня: задачи и пути их решения : материалы научно-практической конференции, Вологда, 31 мая 2017 г. : сб. науч. тр. – Тюмень : ООО «Маркер», 2017. – С. 31–32. – ISBN: 978–5–906850–51–5.

6.Improvement of butt-welding characteristics of double wall polyethylene pipes / B. Y. Lee, Y. K. Kim, W. G. Hwnag, J. S. Kim, S. Y. Lee // Metals and Materials International. – Vol. 18, no. 5. – P. 851–856. – DOI: 10.1007/s12540-012-5016-5.

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

8.СП 40–102–2000. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования.

9.Starostin N. P., Ammosova O. A. Simulation of the Thermal Process of Butt Welding of Polyethylene Pipes at Low Temperatures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2016. – Vol. 89, iss. 3. – P. 714–720. – DOI: 10.1007/s10891-016-1430-8.

10.Родионов А. К., Бабенко Ф. И., Коваленко Н. А. Трещиностойкость сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2003. – Т. 8, № 3. – С. 19–20.

11.Effect of defects on the burst failure of butt fusion welded polyethylene pipes / H. S. Lai, N. N. Tun, S. H. Kil, K. B. Yoon // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2016. – Vol. 30, no. 5. – P. 1973–1981. – DOI: 10.1007/s12206-016-0403-3.

12.Failure analysis of high density polyethylene butt weld joint / F. Tariq, N. Naz, M. A. Khan, R. A. Baloch // Journal of Failure Analysis and Prevention. – 2012. – Vol. 12, no. 2. – P. 168–180. – DOI: 10.1007/s11668-011-9536-y.

13.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.

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

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

16.Физические величины : справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. / под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.


PDF        

 

импакт-фактор

 

МРДМК 2018 title=
МРДМК 2018

ЦКП Пластометрия
НЭБ РИНЦ
Google Scholar


РНБ

Учредитель:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук
Главный редактор:  Э.C. Горкунов
При цитировании ссылка на Электронный научно-технический журнал "Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures" обязательна. Воспроизведение материалов в электронных или иных изданиях без письменного разрешения редакции запрещено. Опубликованные в журнале материалы могут использоваться только в некоммерческих целях.
Контакты  
 
Главная E-mail 0+
 

ISSN 2410-9908 Регистрация СМИ в Роскомнадзоре Эл № ФС77-57355 от 24 марта 2014 г. © ИМАШ УрО РАН 2014-2018, www.imach.uran.ru