Анализ поверхности полиэтиленовых труб и электросварных соединений. Часть 12

Также неясно, как бороться с пустотами и течением расплава в зоне плавления и как определяется длина хрупкого разрушения. Стандарт ISO 13954 не касается того, как обрабатывать сбои, которые не происходят в зоне сварки, например сбои в трубе. Эти образцы обычно характеризуются как пластичные, так как они предполагают прочное соединение. Удивительно, но один образец для отслаивания, который сначала не выдержал теста на вязкость, был затем испытан в испытании на двойное отслаивание и не разрушился. Этот результат указывает на тот факт, что хрупкое соединение может быть достаточно прочным, чтобы выдержать испытание на отслаивание. В литературе предполагается, что этот тест на отслаивание не может быть хорошим методом оценки, поскольку ошибки в этом кратковременном тесте не означают ошибок в долгосрочном тесте. Тест плохо имитирует сбои в работе, которые чаще всего начинаются во внутренней холодной зоне и распространяются за пределы зоны сварки. Это также показано с помощью FEM-анализа.

Соединения, которые находились в эксплуатации в течение длительного времени (до двадцати лет) без последствий, показали хрупкое поведение в испытаниях на отслаивание. Испытание на двойной отслаивание по EN 12814-4 представляется более адекватным методом для оценки электрофузионных соединений. Во время этого испытания только зона сварки подвергается нагрузке, и в этом случае вероятность возникновения неисправности на границе плавления выше. Поэтому данные, полученные из этого теста, например, нагрузка и смещение дают больше информации о фактической прочности соединения, чем ISO 13954. Разница в нормированной энергии отслаивания между хрупким и пластичным образцом также более значительна. Один недостаток при испытании с двойным отслаиванием — это более длительная подготовка образца, но при высокой точности метода это не кажется значительным минусом. Кроме того, специалисты предлагают использовать более простой испытательный образец, в котором толщина стенки трубы и соединителя остается неизменной. Проблема при использовании нормализованной энергии отслаивания заключается в определении подходящего порога для утверждения соединения. Этот порог также необходимо определить или адаптировать к разным размерам труб и соединителям, что может быть проблемой.

Комбинация метода двойного отслаивания и количественного определения пластичности поверхности может стать ещё одним подходом для более объективного способа оценки электросварных швов. Программное обеспечение для анализа изображений подойдёт для измерения различных областей разрушения. Однако необходимо проделать большую работу в отношении индекса пластичности и различных поверхностей разрушения. Мы показали большую разницу в пластичности на микроуровне разнородных хрупких областей с помощью СЭМ (сканирующей электронной микроскопии). Это необходимо учитывать при определении показателей пластичности. Из двух неразрушающих методов испытаний, использованных в этом исследовании, рентгеновской компьютерной томографии и микроволновой техники, последняя представляются наиболее перспективной. Микроволновое сканирование соединений показало некоторые различия между двумя сторонами трубы. Как ни странно, образцы с похожей микроволновой структурой оказались совершенно различными по поведению в тесте на отслаивание.

Микроволновые изображения дают подсказки о подходящих для вырезания местах для подготовки образцов для испытаний на отслаивание и, таким образом, сводят к минимуму вероятность пропуска хрупких областей. Эта техника может использоваться как дополнение к тестам на отслаивание. Если удастся провести различие между хрупкими и пластичными участками, а по этой теме продолжаются работы, методика может быть очень полезна для неразрушающего исследования электрофузионного соединения на месте. Рентгеновская компьютерная томография показала интересные детали об исследуемых соединениях, но не может различить хрупкие и пластичные области. КТ-изображения дали хороший обзор пустот в зоне сварки, выравнивания труб и движения нагревательных проводов. Артефакты, вызванные проводами при сканировании перпендикулярно оси трубы, усложняют анализ изображений. Так как метод не даёт никакой информации относительно прочности соединений, рентгеновская компьютерная томография не является подходящим кандидатом для неразрушающей тестовой оценки электрофузионных соединений.

Различие, обнаруженное в этом исследовании между свариваемой и несвариваемой поверхностью трубы, представляет собой тонкий слой окисления в последнем случае. Это означает, что электросварные трубы могут быть соединены только после предварительной зачистки. Очистка поверхностей труб этанолом или гептаном не может заменить механическую зачистку изделий. Корреляции между временем индукции окисления и свариваемостью обнаружено не было. Метод ESCA (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия) может использоваться для обнаружения и количественного определения окисления поверхностей полиэтиленовых труб и соединителей. С другой стороны, метод FTIR (Фурье спектроскопия) не был достаточно чувствительным, чтобы дать какую-либо ценную информацию относительно поверхностного окисления. Измерения угла контакта дают хорошее представление об уровне окисления на необработанных и очищенных поверхностях труб.

Испытание на отслаивание по ISO 13954 должно быть пересмотрено, чтобы можно было полностью использовать его на практике. Стандарт сегодня нуждается в нескольких пояснениях. Испытание плохо имитирует условия эксплуатации и может быть либо изменено, либо заменено. Испытание на двойное отслаивание по EN 12814-4 имеет несколько преимуществ по сравнению с испытанием на отслаивание по ISO. Испытание при двойном отслаивании и расчёты нормализованной энергии отслаивания с подходящим порогом одобрения дают более объективный подход и должны стать предметом дальнейшего рассмотрения. Из двух неразрушающих методов только микроволновое сканирование может дать информацию о качестве электросварочных швов. Таким образом, можно сделать вывод, что уже сейчас существуют достаточно надёжные комплексные методики для оценки качества электросварных соединений, однако нормативная документация нуждается в пересмотре и доработке: требуется создание нового стандарта ISO (это же касается и ГОСТ) для того, чтобы электросварные соединения выполнялись максимально качественно.