مروری بر اتصالات پلی اتیلن

مروری کلی بر اتصالات
بخشی از فصل ۴ کتاب راهنمای جامع لوله های پلی اتیلن

صنعت لوله‌های پلی‌اتیلن تلاش کرده تا سیستم‌های لوله‌های پلی‌اتیلن را تا حد ممکن تکمیل سازد. در همین راستا، اتصالات مختلفی ساخته شده‌اند که کاربرد کلی سیستم‌های لوله پلی‌اتیلن را گسترش می‌دهند. برخی اتصالات متداول در شکل ۴-۸ نشان داده شده‌اند. اتصالات پلی‌اتیلنی ممکن است با استفاده از تزریق قالب گیری شده باشند، مونتاژ شده باشند و یا با حرارت شکل‌دهی شده باشند. بخش بعدی بطور مختصر عملیات مربوط به هر تکنیک را تشریح می‌کند.

اتصالات قالب گیری شده با تزریق
اتصالات پلی‌اتیلنی قالب گیری شده با تزریق، در اندازه‌هایی با قطر اسمی از ۱۲ اینچ و بیشتر تولید می‌شوند. اتصالات قالبی متداول عبارت‌اند از سه راهی‌ها، زانویی ۴۵ درجه و ۹۰ درجه، کاهنده‌ها، رابط‌ها، سرپوش‌ها (کپ ها[۱])، رابط‌های فلنجی[۲] و ته زبانه‌ها[۳]، انشعابات و زین‌ها[۴]، و سه راهی‌های زینی خود انشعاب گیر[۵]. ممکن است قطعات خیلی بزرگ، از ظرفیت معمول تجهیزات قالب گیری تزریقی تجاوز کنند، بنابراین این قطعات توسط مونتاژکاری ساخته می‌شوند.

چنانکه در شکل ۴-۹ نشان داده شده است، تجهیزات قالب گیری اتصالات، شامل یک قالب و یک قالب گیری تزریقی فشاری می‌باشد. قالب عبارت است از یک قطعه فلزی که از دو نیم ساخته شده و حفره‌ای به شکل قطعه مورد نظرِ ساخت در فاصله بین این دو نیم وجود دارد. مواد نرم و مذاب از طریق یک ورودی به نام «دروازه[۶]»، این حفره را پر می‌کنند و پس از سرد شدن مذاب، قطعه ساخته می‌شود. به حجمی از مواد اولیه که برای پر کردن قالب نیاز است، یک «شات[۷]» گفته می‌شود.

دستگاه تزریق دو بخش دارد؛ یک قسمت اعمال فشار برای باز و بسته کردن قالب، و یک اکسترودر تزریق جهت تزریق مواد اولیه به داخل حفره قالب. اکسترودر تزریق مشابه اکسترودر معمولی است با این تفاوت که علاوه بر چرخش، در امتداد برل نیز حرکت می‌کند. قالب گیری تزریقی یک فرآیند چرخه‌ای است. قالب بسته می‌شود و برل اکسترودر حرکت می‌کند تا با دروازه قالب تماس پیدا کند. پیچ اکسترودر تزریق می‌چرخد و مواد اولیه را اکسترود می‌کند، سپس به عقب کشیده می‌شود تا برل در جلوی پیچ از مواد اولیه پر شود. سپس چرخش پیچ متوقف می‌شود و پیچ به سمت جلو فشرده شده و مواد خام مذاب را تحت فشار زیاد به داخل حفره قالب تزریق می‌کند. قطعه در قالب توسط گردش آب، خنک می‌شود. وقتی قطعه حالت جامد گرفت، قالب و برل اکسترودر به عقب رانده می‌شوند، قالب باز شده و قطعه بیرون آورده می‌شود.

بازرسی‌های کیفی متداول عبارت‌اند از آزمایش‌های مقاومت درزهای قطعه، حفره‌ها، ابعاد و آزمون فشار. یک درز پیوسته زمانی ایجاد می‌شود که مواد پلی‌اتیلنی مذاب، پیرامون میله مرکزی جریان یابد و در طرف دیگر به هم برسند. اگرچه شرایط قالب گیری طوری تنظیم می‌شوند که امکان تشکیل حفره را از بین ببرند، اما گاهی ممکن است شاهد تشکیل آن‌ها در بخش‌های سنگین تر قطعه باشیم که به دلیل انقباظی[۸] است که در طی فرایند خنک سازی صورت می‌گیرد. حفره‌ها را می‌توان بصورت غیر مخرب با استفاد از اشعه X شناسایی کرد. اگر استفاده از اشعه X مقدور نباشد، نمونه‌ها را می‌توان به مقاطع نازک برش داد و آن‌ها را بصورت بصری مورد بازرسی قرار داد.

اتصالات دست‌ساز
اتصالات دست‌ساز مناسب برای هر فشار و هر اندازه توسط کارخانجات تولیدکننده اتصالات تهیه می‌شوند. اتصالات دست‌ساز با اتصال بخش‌هایی از لوله‌ها، قطعات تراشکاری شده و یا اتصالات قالب گیری شده به یکدیگر، برای تولید آرایش مورد نظر، ساخته می‌شوند. قسمت‌های مختلف را می‌توان با تکنیک‌های جوش گرمایی لب به لب یا سوکتی (نَری و مادگی)، الکتروفیوژن، جوشکاری با هوای داغ، یا جوش اکستروژن به هم متصل نمود. از آنجاییکه قدرت اتصال ایجاد شده توسط جوشکاری با هوای داغ و جوش اکستروژن بطور چشم گیری کمتر از سایر روش‌های جوشکاری گرمایی است، توصیه می‌شود از دو روش مذکور برای اتصالاتی که تحت فشار بالا قرار خواهند گرفت، استفاده نشود.

اتصالات دست‌ساز طراحی شده برای کار تحت فشارهای بالا، توسط جوشکاری گرمایی[۹] به هم متصل می‌شوند و می‌بایست در طراحی آن‌ها به نواحی که تغییرات هندسی شدید دارند و در معرض تنش محلی بالایی قرار می‌گیرند، مواد اولیه بیشتری اختصاص یابد. در نمونه‌های تجاری برای افزایش ضخامت دیواره در محل‌های پر تنش از اتصالات دست ساز استفاده می‌شود که از لوله‌های دارای دیواره ضخیم تر ساخته شده‌اند. افزایش ضخامت دیواره ممکن است به قطر خارجی افزوده شود تا قطر داخلی برای عبور جریان حفظ نماید؛ و یا ممکن است به قطر داخلی افزوده شود که جریان در قطر داخلی را اندکی محدود می‌کند. مشابه این مطلب در مورد اتصالات قالب گیری شده‌ای که با قطر خارجی بزرگ‌تر و ضخامت دیواره بدنه سنگین تری قالب گیری شده‌اند، صادق است. اگر در خط لوله از لوله‌های دیواره سنگین استفاده نشده باشد، غالباً فشار اعمالی بر اتصالات را کاهش می‌دهند (کاهش فشار مجاز برای اتصالات نسبت به فشار مجاز برای لوله‌هایی با دیواره همسان). فشار عملیاتی سیستم خط لوله توسط بخشی که کم‌ترین میزان تحمل فشار را دارد، تعیین می‌شود.

سازندگان مختلف با روش‌های متفاوتی این فرآیند کاهش میزان فشار را حل کرده‌اند. گاهی از لایه‌های تقویت شده برای افزایش درجه فشار قابل تحمل اتصالات استفاده می‌شود. همچنین قرار دادن اتصالات در سیمان با لایه‌های فولادی و یا میلگردی نیز برای نیل به همین هدف بکار می‌روند. برای پیشنهادات خاص، با سازنده اتصالات تماس بگیرید.

اتصالاتی با قطر بسیار بالا نیازمند رسیدگی‌های خاصی در زمان ارسال، تخلیه بار و نصب هستند. در این بازه‌های زمانی، برای جلوگیری از وقوع خم شدگی که می‌تواند موجب بروز تنش در اتصالات شود، مراقبت‌هایی باید مدنظر قرار بگیرند. برای جزئیات با سازنده اتصالات مشورت کنید. گاهی برای حفاظت از این اتصالات، حول آن‌ها یک ماده مستحکم مانند فایبرگلاس می‌پیچانند.

اتصالات شکل‌دهی شده با ترموفرمینگ[۱۰]
اتصالات شکل‌دهی شده با حرارت، بوسیله گرم کردن بخشی از لوله و سپس استفاده از یک ابزار شکل‌دهی برای تغییر شکل ناحیه گرم شده، ساخته می‌شوند. نمونه‌های این نوع اتصالات عبارت‌اند از زانویی‌های دوردار[۱۱]، رابط‌های کاهنده قالبی (بدون درز)[۱۲] و ته زبانه‌های فورجی[۱۳]. محلی که قرار است تغییر شکل یابد، در حمامی از مایع داغ غوطه ور شده و حرارت می‌بیند تا انعطاف‌پذیر گردد. سپس از حمام حرارتی خارج شده و در ابزار شکل‌دهی، تغییر شکل می‌یابد. شکل جدید باید تا زمانی که قطعه سرد می‌شود، حفظ گردد.

کوپلینگ‌های الکتروفیوژن[۱۴]
اتصالات و کوپلینگ‌های الکتروفیوژن از طریق همان روشی که قبلاً برای قالب گیری اتصالات جوش لب به لب یا سوکتی (نَری و مادگی) ذکر شد، و یا از لوله‌های استوک (معیوب)[۱۵] کارخانه ساخته می‌شوند. طیف وسیعی از مفاصل و سایر اتصالات مرتبط با آن از اینچ CTS (اندازه لوله مسی: Copper Tube Size) تا ۲۸ اینچ IPS (اندازه لوله آهنی: Iron Pipe Size) در دسترس هستند. همچنین برای لوله‌های پلی‌اتیلن انعطاف‌پذیر با اندازه لوله‌های آهنی نیز اتصالاتی در دسترس است. این کوپلینگ‌ها تا FM 200 درجه بندی شده‌اند.

کوپلینگ‌های الکتروفیوژن حاوی یک المان حرارتی مارپیچ هستند. در اثر اتصال به برق گرمای لازم برای ذوب شدن سَر دو لوله و فضای داخلی کوپلینگ که روی دو سر لوله قرار گرفته است فراهم می‌شود. این کوپلینگ‌ها، اتصالاتی محکم تر از بدنه هر دو لوله فراهم می‌کنند. همه اتصالات الکتروفیوژنی باید از استاندارد ASTM F-1055 تبعیت کنند.

مفاصل قالب زنی شده تزریقی
برخی از کوپلینگ‌های مکانیکی، بوسیله قالب زنی تزریقی به همان روشی که قبلاً در مورد اتصالات جوش سوکتی (نَری و مادگی) توضیح داده شد، ساخته می‌شوند. بدنه خارجی رابط عمدتاً با استفاده از تزریق قالب گیری می‌شود و بسته به چیدمان نهایی، شامل بخش‌های داخلی از قبیل تقویت کننده فولادی، واشر، بست حلقوی و سایر آیتم‌ها بر اساس طراحی خواهد بود. طیف وسیعی از رابط‌ها با مشخصات مختلف در دسترس هستند که شامل سه راهی‌ها، زانویی‌ها، درپوش‌ها، کاهنده‌ها و رابط‌های تعمیری می‌شوند. اندازه لوله‌ها و تیوب‌های پلی‌اتیلنی مورد اتصال معمولاً از ۵/۰ اینچ CTS تا ۲ اینچ IPS متغیر است. همه رابط‌های قالبی تزریقی به گونه‌ای تولید می‌شوند که با استاندارد ASTM D2513 منطبق باشند.

[۱] Cap

[۲] Flange adaptors

[۳] Stub end

[۴] Saddle

[۵] Self tapping saddle tee

یک زین انشعابی که داری یک پیچ تیز متصل به ساقه است که امکان سوراخ کردن دیواره لوله و انشعاب گرفتن از شاه لوله را فراهم می‌کند.

[۶] Gate

[۷] Shot

[۸] Shrinkage

[۹] Heat fusion

[۱۰] Thermoformed Fittings

[۱۱] Sweep elbow

[۱۲] Swaged reducer

[۱۳] Forged stub ends

[۱۴] Electrofusion coupling

[۱۵] Pipe stock