Випробування якості зварних швів труб з ПЕ — руйнівні та неруйнівні випробування

Оцінка окремого зварного шва та перевірка герметичності всієї установки 

Випробування на герметичність, яке проводиться після завершення монтажу, дозволяє перевірити поведінку всієї ділянки трубопроводу під тиском. Цей тест виявляє витоки на з’єднаннях, фланцях або ущільненнях, але мало що говорить про структуру матеріалу в межах окремого зварного шва. Зварний шов може витримати випробування під тиском і при цьому мати внутрішні дефекти, які проявляться лише через місяці або роки експлуатації під впливом втоми матеріалу або тривалого навантаження. 

Саме з'єднання досліджують методами, які поділяються на дві групи: руйнівні, які під час вимірювання назавжди пошкоджують або роз'єднують зразок, та неруйнівні, що дозволяють перевірити його стан без втручання в структуру. Вибір методики залежить від етапу робіт та від того, який рівень впевненості щодо якості виконання вимагається в конкретній ситуації. 

Візуальна оцінка як перший етап перевірки 

Візуальна оцінка — це перевірка, що проводиться для кожного зварного шва, незалежно від того, чи заплановано подальші випробування. Принципи цього контролю описані в стандарті PN-EN 13100-1, що охоплює контроль з’єднань у напівфабрикатах з термопластичних матеріалів методом візуального огляду. У разі стикового з’єднання візуальному огляду підлягає насамперед форма виливу, що утворюється по периметру труби. 

Виступ правильної форми утворює два близькі один до одного валики, рівномірно розподілені по всьому периметру з’єднання. Різниця між максимальною та мінімальною шириною виливу не повинна перевищувати приблизно 20% середнього значення, а зміщення осі з'єднуваних елементів — 10% товщини стінки труби. Канавка між валиками повинна виступати над зовнішньою поверхнею труби — якщо вона опускається нижче неї, це може свідчити про занадто низький притиск або неправильну температуру нагрівальної пластини. 

Візуальний контроль має свої обмеження. Він дозволяє виявити геометричні помилки та видимі нерівності, але не виявляє забруднення всередині зварного шва та локальні ділянки недостатнього проплаву. У разі сумнівів промислова практика передбачає зрізання зовнішньої напливки та проведення додаткового випробування на згин або кручення. 

Неруйнівні випробування — ультразвук та рентгенівське випромінювання 

Однак візуальна оцінка — це не все, що охоплює стандарт PN-EN 13100. У ньому також описано рентгенографічний контроль із використанням рентгенівського випромінювання (частина 2), ультразвуковий контроль (частина 3) та випробування високою напругою (частина 4), що застосовуються переважно для перевірки ізоляції опорного дроту в електроопорових фітингах. Усі ці методи дають змогу оцінити внутрішню частину зварного шва без пошкодження з’єднання. 

Рентгенографічне дослідження фіксує зображення просвіченого з’єднання на плівці або в цифровому вигляді, що дозволяє виявити тріщини, пори чи ділянки недостатнього злиття всередині матеріалу. Ультразвуковий метод полягає у направленні звукової хвилі в матеріал — хвиля відбивається від несуцільностей і повертається до датчика, а результат вимірювання відображається на екрані дефектоскопа. 

Обидва методи мають у Польщі давнішу традицію застосування у сталевих з’єднаннях, ніж у трубопроводах із поліетилену. Неоднорідна структура матеріалу та незначні акустичні відмінності між основним матеріалом і зоною зварювання ускладнюють однозначну інтерпретацію результатів, тому ці дослідження частіше проводяться у спеціалізованих лабораторіях та в рамках аналізу наслідків аварій, ніж під час рутинного приймання робіт. Проте науково-дослідні інститути проводять систематичні випробування придатності рентгенографії та ультразвуку також для з’єднань із пластику, що поступово розширює сферу їхнього практичного застосування. 

Випробування на згин та випробування на розтягнення 

Випробування на згин описано в стандарті PN-EN 12814-1. Зразок зварного шва розміщують на двох опорах, розставлених на певну відстань, а потім навантажують із постійною швидкістю, не змінюючи напрямку згину під час вимірювання. Цей метод застосовується насамперед для стикових з'єднань, плоский симетричний поперечний переріз яких полегшує таке розміщення зразка — електроопорні фітинги, з огляду на більш складну геометрію, зазвичай перевіряються іншим методом, описаним далі в тексті. Результат показує, чи з’єднання руйнується в межах зварного шва, чи поза ним — руйнування поза зоною зварювання зазвичай свідчить про правильно виконане з’єднання. 

Випробування на розтяг описано в стандарті PN-EN 12814-2. Воно полягає в осьовому навантаженні елемента до розриву на випробувальному стенді. Вимірювання дозволяє визначити міцність з’єднання та місце його розриву. Для зниженої температури застосовується варіант, описаний у частині 6 цього ж стандарту, а для елементів із звуженням — частина 7. Серія PN-EN 12814 також охоплює випробування зчеплення на повзучість (частина 3), яке рідше використовується в поточному контролі, оскільки триває навіть кілька десятків годин. Результати випробувань на згин та розтяг порівняють з вимогами виробника матеріалу або з результатами попередніх зварних швів, виконаних на тому самому обладнанні. 

Випробування на відривання в місцях електротермічних з’єднань

Для електротермічних фітингів додатково застосовується випробування на відривання, описане в стандарті PN-EN 12814-4. Вирізняють кілька його варіантів: відривання типу Т, випробування на декогезію та випробування на стискання. Цей метод дозволяє визначити якість з’єднання фітинга з трубою, а також виявити ділянки, де не відбулося повного плавлення матеріалу. 

Інтерпретація результату ґрунтується на спостереженні за характером розриву. Поверхня розриву повинна мати однорідний, волокнистий вигляд, без гладких, блискучих фрагментів, що свідчать про недостатнє перемішування матеріалу. Результат зчитується одразу після проведення випробування, без необхідності додаткової механічної обробки або підготовки зрізу. 

Макроскопічне дослідження поперечного зрізу 

Макроскопічне дослідження, передбачене стандартом PN-EN 12814-5, полягає у розрізі зразка зварного шва та перевірці поперечного перерізу на наявність тріщин, включень, пор або ділянок з недостатнім проплавленням. Цей метод дозволяє оцінити структуру матеріалу в місцях, недоступних для зовнішнього огляду, тому його часто застосовують разом із випробуванням на згин або відривання, доповнюючи результат зображенням внутрішньої частини з’єднання. 

Класифікація дефектів зварних з’єднань 

Результати окремих досліджень відповідають класифікації, наведеній у стандарті PN-EN 14728, що описує види невідповідностей у зварних та термоз’єднаних з’єднаннях з термопластичних матеріалів. Стандарт систематизує такі відхилення, як зміщення осі труб, нерівномірний вилив, пори або ділянки недостатнього злиття, присвоюючи їм рівні допустимості залежно від призначення трубопроводу. Результат руйнівного або неруйнівного випробування порівнюється таким чином із конкретним критерієм прийнятності, встановленим незалежно від досвіду виконавця. 

Коли на практиці застосовуються руйнівні випробування 

Фактичні зварні шви, виконані на будівельному майданчику, рідко піддаються руйнівним випробуванням, оскільки руйнування зразка означає видалення частини діючої установки. Руйнівний контроль проводиться переважно на еталонних зразках — тестових зварних швах, виконаних паралельно з основними, з тими самими налаштуваннями обладнання, з того самого матеріалу та в подібних умовах навколишнього середовища. Таку саму процедуру застосовують під час кваліфікаційних іспитів операторів зварювальних апаратів, а також під час приймання нового обладнання, де випробувальний зразок замінює перевірку реальної ділянки мережі. 

Незадовільний результат контрольного зразка означає необхідність коригування параметрів перед подальшою роботою, а залежно від прийнятої процедури — також повторну перевірку зварних швів, виконаних з моменту останнього позитивного результату. У разі підозри на дефект зварного шва або після аварії на трубопроводі, що експлуатується, вирізають ділянку, що охоплює з’єднання, і передають її до лабораторії, де проводять повний комплекс випробувань — від макроскопічного дослідження до випробування на розтяг. 

ЧАСТІ ЗАПИТАННЯ: 

Чи кожне з'єднання, виконане на будівельному майданчику, перевіряється руйнівним методом?

Зварні шви, вмонтовані в готовий трубопровід, піддаються таким випробуванням у виняткових випадках — під час з’ясування причин аварії або в рамках вибіркової перевірки, дорученої замовником, коли додатковий відрізок труби вирізають ще до засипання траншеї. В інших випадках підтвердженням якості процесу є відповідність параметрів еталонного зразка налаштуванням, застосованим під час виконання фактичних зварювальних швів, що зафіксовано в поточній документації щодо зварювання.

Як часто готують еталонні зразки для руйнівних випробувань?

Частота залежить від вимог інвестиційного проекту, вказівок інвестора та процедур забезпечення якості підрядника. На практиці контрольні зразки часто готують до початку основних робіт, а також після кожної істотної зміни матеріалу, параметрів зварювання або обладнання, а також після зміни оператора зварювального апарату. Обсяг такого контролю визначається вимогами проекту або внутрішніми процедурами якості. У менших проектах руйнівні випробування зазвичай проводяться рідше, тоді як основою контролю є візуальний огляд та інші методи, передбачені у прийнятій процедурі.

Чи широко застосовуються ультразвукові та рентгенівські дослідження для труб з ПЕ?

Вони не входять до переліку рутинних досліджень, головним чином через вартість обладнання та час, необхідний для проведення вимірювань на будівельному майданчику, де простіший візуальний огляд та руйнівні випробування дають результат значно швидше. Інтерпретація ультразвукового або рентгенографічного зображення також вимагає залучення фахівця, обізнаного зі специфікою пластмас, оскільки стандартні критерії інтерпретації спочатку розроблялися для металів. З цих причин обидва методи частіше обирають для дослідницьких та аналітичних робіт, ніж для щоденного приймання установок.

Хто може проводити руйнівні випробування зварних з’єднань?

Руйнівні випробування, такі як випробування на згин, розтягнення або відривання, проводять лабораторії, оснащені відповідним обладнанням та дотримуються процедур, що відповідають нормам серії PN-EN 12814. Це можуть бути лабораторії, що діють при органах технічного нагляду, науково-дослідних інститутах, органах сертифікації або підприємствах, які проводять випробування матеріалів. У разі інвестиційних проектів, що вимагають незалежної оцінки, випробування проводять акредитовані лабораторії, зазначені в документації або визначені інвестором. 

Що означає руйнування зразка поза зоною зварного шва під час випробування на згин?

Такий хід тріщини означає, що зварний шов витримав більше навантаження, ніж навколишній основний матеріал труби, що вважається позитивним результатом. Натомість тріщина, що проходить точно по лінії зварного шва, вказує на ослаблення в місці з'єднання, що зазвичай пов'язано з невідповідною температурою, забрудненням поверхні або занадто коротким часом нагрівання. Місце руйнування зразка зазначається в протоколі випробувань як один із параметрів контролю якості технологічного процесу.