Как выполняется стыковая сварка полиэтиленовых труб инструкция по проведению работ

Глава 2. Сварка полимерных труб встык нагретым инструментом.

Как видно из п.3, до недавнего времени в России была значительная неразбериха с технологией стыковой сварки, поскольку несколько действующих нормативных документов давали собственную ее трактовку, и потому большинство сварщиков предпочитали доверять стройной немецкой технологии DVS. А требования к оборудованию стыковой сварки в России вообще не были определены никаким нормативом.

С начала 2013 г. в РФ начали действовать сразу два нормативных документа:

  • ГОСТ Р 55276 – на технологию стыковой сварки ПЭ труб при монтаже водопроводов и газопроводов, на основе перевода международного стандарта ISO 21307;
  • ГОСТ Р ИСО 12176-1 – на оборудование для стыковой сварки, на основе перевода международного стандарта ISO 12176-1.

Принятие ГОСТа на оборудование было безусловно полезным. К сожалению, это не значит, что самое низкосортное импортное оборудование сразу отсеялось. Но, во всяком случае, немногочисленные Российские производители оборудования теперь вынуждены работать над качеством, а потребитель получил подсказку по оценке качества приобретаемого оборудования.

ГОСТ на технологию стыковой сварки навел относительный порядок. Во всяком случае, привел к единообразию технологии стыковой сварки ПЭ труб на территории РФ. Но проблемы остались.

ВАЖНО!ГОСТ Р 55276 наряду с традиционным режимом сварки при низком давлении (схожа с DVS 2207-1 и старыми Российскими нормативами) узаконил режим сварки полиэтиленовых труб при высоком давлении, которая раньше применялась только в США. Этот режим предъявляет повышенные требования к оборудованию, зато позволяет заметно сократить время сварочного цикла.

ВАЖНО!ГОСТ Р 55276 вряд ли годится для непосредственного использования на стройплощадке, поскольку ориентирован не на сварщика, а на разработчика технологической карты сварки полиэтиленовых труб.

ВАЖНО!ГОСТ Р 55276 не решил проблему ограничений, которыми страдали старые Российские нормативы и по сей день страдают все иностранные нормативы. Во-первых, допустимый диапазон температур воздуха от 5 до 45°С, в то время как огромная часть территории РФ вынуждена начинать сварку когда болота замерзнут.

Во-вторых, максимальная толщина стенки труб 70 мм, в то время как толщина стенки фактически производимых труб давно перевалила за 90 мм. И в-третьих, материал труб – только традиционный полиэтилен низкого давления (ПНД) с показателем текучести расплава не ниже 0,2 г/10 мин (при 190/5), в то время как для производства труб большого диаметра давно используются нестекающие марки полиэтилена среднего давления с ПТР ниже 0,1 г/10 мин (при 190/5).

Для условий, выходящих за проверенные рамки температуры воздуха и толщин стенок, некоторые производители рассчитали технологию сварки полиэтиленовых труб путем экстраполяции действующих нормативов, но эта теоретическая технология пока не проверена долгосрочными испытаниями. Для нестекающих марок полиэтилена технологии сварки труб нет даже в теории. В итоге в условиях, выходящих за ограничения проверенной технологии, в России выполняется около 80% всех сварок!

Оборудование, инструменты для проведения работы выбираются зависимо от того, какой метод сварки будет применяться. Обязательно нужен труборез, механизм для снятия фаски. Например, для электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб нужен специальный сварочный аппарат, нагревательные детали.

Терморезисторная сварка полиэтиленовых труб требуются применения закладных электронагревательных деталей. Для стыкового метода понадобится центратор, гидравлический привод, торцеватель.

Входной контроль качества полимерных, полиэтиленовых (ПЭ) труб и соединительных деталей (далее изделий) проводят при их поступлении в организацию с целью подтверждения его соответствия требованиям стандартов, технических условий (ТУ) и других нормативных документов (НД) по методикам, указанным в нормативной документации на изделие (ГОСТы, ТУ).

Его необходимо производить перед использованием изделий в строительстве, ремонте или реконструкции трубопроводов. Входной контроль качества должен проводиться специальной комиссией, назначенной приказом генерального директора предприятия, в состав которой должен входить представитель лаборатории, оснащенной техническими средствами, обеспечивающими достоверность и полноту контроля.

Как выполняется стыковая сварка полиэтиленовых труб инструкция по проведению работ

Входной контроль включает:

  • проверку наличия сертификатов и  других сопроводительных документов на  материалы (трубы, детали) и  их соответствие маркировке;
  • проверку маркировки труб и  деталей;
  • проверку целостности упаковки соединительных деталей и/или арматуры;
  • проверку соответствия основных размеров и  параметров труб и  соединительных деталей (наружного диаметра, толщины стенки, овальности) маркировке и  НД (ГОСТ, СП) с помощью штангенциркуля, линейки, измерительной рулетки или других измерительных инструментов (Рис.2);
  • внешний осмотр наружной, внутренней (насколько возможно) поверхностей и  торцов труб и  соединительных деталей на  предмет отсутствия недопустимых дефектов, деформаций, повреждений.
Тип прибора, инструмента Марка (рекомендуемая)
Стенкомер индикаторный С-2, С-10А, С-10Б, С-25, С-50
Штангенциркуль двусторонний с глубиномером ШЦ-1-125
Линейка измерительная металлическая 150 мм, 300 мм, 500 мм, 1000 мм
Нутромер
Рулетка металлическая

Сварка встык НИ — один из наиболее ранних по разработке и широко распространенных способов неразъемного соединения труб из термопластов. Сварка встык НИ заключается в нагреве торцов свариваемых труб или деталей до вязкотекучего состояния полимера в результате контакта с НИ и последующем соединении торцов под давлением после уда-ления нагревателя.

При строгом соблюдении требований технологии прочность получаемых этим способом сварных соединений не меньше прочности основного материала труб.

Сварка встык НИ — один из наиболее ранних по разработке и широко распространенных способов неразъемного соединения труб из термопластов. Сварка встык НИ заключается в нагреве торцов свариваемых труб или деталей до вязкотекучего состояния полимера в результате контакта с НИ и последующем соединении торцов под давлением после уда-ления нагревателя.

При строгом соблюдении требований технологии прочность получаемых этим способом сварных соединений не меньше прочности основного материала труб.

Сварка встык НИ применяется для:

  • соединения труб, соединительных деталей (переходов, отводов и др.) из полимерных материалов (полиэтиленовых, полипропиленовых и т.п.) при строительстве новых трубопро-водов (газопроводов, водопроводов и др.) (рис.1)
  • ремонта трубопроводов из полимерных материалов
  • соединения полимерных труб при восстановлении изношенных стальных трубопроводов
  • изготовления футляров из полимерных труб.

Весь цикл стыковой сварки НИ в общем случае можно разделить на следующие этапы:

  • Подготовка и центровка труб (деталей)
  • Торцевание свариваемых концов труб (деталей)
  • Контроль сборки и торцевания
  • Установка нагревательного инструмента между свариваемыми концами труб (деталей)
  • Оплавление свариваемых концов труб (деталей)
  • Нагрев свариваемых концов труб (деталей)
  • Удаление нагревательного инструмента из зоны сварки (технологическая пауза)
  • Соединение торцов труб и/или деталей под давлением (осадка стыка)
  • Охлаждение стыка под давлением.

Рис.1. Сварка встык НИ полиэтиленового водопровода.

При оплавлении в результате контакта с нагревателем происходит выравнивание поверх-ностей торцов труб, а также образование первичного грата — расплавленного материала (полимера), вытесненного с торцов на поверхность трубы (детали) вдоль стыка.

При нагреве тепло распространяется вглубь материала путем термодиффузии. Давление при этом может быть близким к нулю (оно только обеспечивает сохранение контакта между торцами труб и нагревателем).

Во время технологической паузы нагреватель удаляют из зоны сварки и соединяют оплав-ленные торцы труб. Пауза должна быть как можно короче, во избежание снижения температуры и попадания загрязнений (пыль, песок и т.п.), влияющих на качество соединения.

При осадке торцы труб соединяются под быстро нарастающим давлением, слои материала в зоне контакта перемешиваются, образуется окончательный грат и молекулярные связи, обеспечивающие однородность и прочность соединения. Фиксация труб на этом этапе позволяет избежать внешних механических напряжений, нагрузок или ударов, способных нарушить прочность соединения.

При охлаждении (остывании), которое начинается с момента прекращения контакта торцов труб с нагревателем, происходит постепенное отвердение расплавленного материала за счет теплоотдачи в окружающую среду и отвода тепла вглубь труб. Стык при этом приобретает максимальную прочность.

Рассмотрим процесс сварки встык НИ на примере сварки полиэтиленовых труб, как самых распространенных.

На рис. 3 представлен в качестве примера график изменения давления и температуры на торцах труб в процессе сварки встык труб из полиэтилена и соответствующее положение нагревателя сварочного аппарата.

Режим сварки, изображенный на рис. 3, является наиболее распространенным. Этот процесс характеризуется рядом параметров. На основании требований НД производители сварочных аппаратов рассчитывают параметры режимов сварки для каждого диаметра и толщины стенки свариваемых труб и/или деталей, а также для разных видов и марок полимеров.

t4 является дополнительным параметром, связанным с особенностями перемешивания слоев расплавленного полимера при начале осадки.

Рис.2. Этапы сварки встык НИ.

Ограничения на применение сварки встык НИ.

Встык можно сваривать только трубы и фитинги одинакового диаметра и SDR (с одинаковой толщиной стенки), изготовленные из полимера одной марки.

Для сварки встык газопроводов (ГО) толщина стенки должна быть не менее 5 мм согласно СП 42–103–2003.

Для сварки встык водопроводов диаметр труб должен быть более 50 мм и толщина стенки труб более 4 мм согласно СП 40–102–2000.

Стыковую сварку газопроводов разрешено проводить при температуре воздуха от –15 °C до 45 °C, водопроводов — не ниже –10 °C.

При выполнении работ по сварке труб при температурах вне указанного интервала следует применить особый технологический режим сварки, который должен быть аттестован в соот-ветствии с РД 03–615–03 [32], либо производить сварочные работы в помещениях, обеспечивающих соблюдение разрешенного температурного интервала.

P1, (бар) — давление при оплавлении

Р2, (бар) — давление при нагреве

Р3, (бар) — давление при остывании

T1, (с) — время оплавления

T2, (с) — время нагрева

T3, (с) — время технологической паузы

T4, (с) — время повышения сварочного давления(осадки)

T5, (мин) — время остывания под давлением

tн, (°С) — температура нагревателя
  1. Средний наружный диаметр полимерной трубы Dср (мм) — Измеренный наружный периметр трубы, деленный на p (3,14), округленный в большую сторону до 0,1 мм.
  2. Номинальный наружный диаметр полимерной трубы Dн (мм) — Условное обозначение размера трубы, соответствующее минимальному среднему наружному диаметру в соответствии с НД.
  3. Номинальная толщина стенки полимерной трубы e (мм) — Условное обозначение размера трубы, соответствующее минимальной допустимой толщине стенки трубы, рассчитывается по формуле e = Dн / SDR и округляется в большую сторону до 0,1 мм.
  4. Стандартное размерное отношение SDR — Отношение номинального наружного диаметра трубы Dн к номинальной толщине стенки е.
  5. Серия трубы S (для водопроводных систем) — Нормированное значение, определяемое по формуле S = (SDR-1) /2.
  6. Максимально допустимое рабочее давление МАОР — Давление жидкости или газа внутри полимерной трубы, создающие напряжение растяжения s в стенке трубы, равное MRS этого полимера.
  7. Минимальная длительная прочность MRS (МПа) — Величина, определяющая прочностные свойства материала, применяемого для изготовления полимерных труб. MRS определяют путем экстраполяции на срок службы 50 лет при температуре 20°С результатов испытаний на стойкость к внутреннему гидростатическому давлению с нижним доверительным интервалом 97,5% и округленными до ближайшего нижнего значения рядя R10 по ГОСТ 8032.
  8. Номинальное давление PN (МПа) — Рекомендуемое эксплуатационное давление трубы с расчетом на 50 лет при 20 °C, с учетом запаса прочности С для данной трубы.
  9. Коэффициент запаса прочности C — Безразмерная величина, имеющая значение больше единицы, учитывающая особенности эксплуатации трубопровода, а также его свойства, отличающиеся от учтенных при расчете.
  10. Максимальное рабочее давление МОР (МПа) — Максимальное давление жидкости или газа в напорной трубе с расчетом на 50-летнюю эксплуатацию этой трубы при некой температуре выше 20 °C, с учетом коэффициента запаса прочности С и температурного коэффициента Сt, которое рассчитывают по формулам:
    • для водопроводов: МОР = 2MRS × Ctw/C (SDR-1), где Ctw и Ctg — коэффициенты снижения давления.;
    • для газопроводов: MOP = 2 MRS/С × (SDR –1) Ctg, где Ctw и Ctg — коэффициенты снижения давления.
  11. 11. Коэффициент снижения давления Сtw и Сtg — Коэффициент снижения максимального рабочего давления МОР в зависимости от температуры транспортируемой воды (ГОСТ 18599–2001) и газа (ГОСТ Р 50838–2009) .

Часть 8. Внешний осмотр ПЭ труб и деталей.

Монтаж трубопроводов из полиэтилена осуществляют с использованием сварки или фитингов. Только в одном случае соединения получаются разборными — при сборке на обжимных фитингах. Их прочность достаточна, чтобы выдерживать нагрузки индивидуального водяного отопления, но не рассчитана на промышленное давление или гидроудары центрального водоснабжения.

Сварные соединения полиэтиленовых труб обладают большей прочностью, однако монтаж требует специального оборудования и некоторых навыков.

Для того чтобы качественно сварить полиэтиленовый трубопровод недостаточно хорошего оборудования и навыков работы с полимерами. Ошибки могут быть уже на этапе закупки материалов.

Для качественной сварки полиэтиленового трубопровода следует придерживаться следующих правил:

  • Трубы, фитинги следует приобретать от одного производителя. Лучше если это будут заводские материалы уже известных производителей. Расхождение в производителе чревато несовпадением диаметров труб, неоднородностью органического полимера. Несмотря на то, что полиэтилен получают одинаковыми способами, разнородность материала может быть даже у разных партий одного производителя.
  • Трубы и фитинги от разных брендов могут иметь расхождение во времени нагрева. Перегрев одного из элементов оплавит деталь и сделает соединение бракованным.
  • Чистота при проведении работ очень важна. Попадание в место сварочного стыка пыли, взвешенных частиц, песка или следов масляных элементов сделает соединение неспособным выносить нагрузки.
  • Обязательно соблюдение полной неподвижности свариваемых деталей до их полного остывания.

Входной контроль начинается с проверки сопроводительных документов, содержащих информацию о качестве и количестве труб и деталей. Размер партии проверяемых ПЭ труб для напорных трубопроводов не должен превышать величин, установленных ГОСТ Р 50838–2009, ГОСТ 18599–2001 или другими НД.

Документ о качестве партии ПЭ труб по ГОСТ 18599-2001 должен содержать наименование и (или) товарный знак предприятия-изготовителя, номер партии, дату выпуска, условное обозначение трубы, размер партии в метрах и (или) килограммах, результаты испытаний или подтверждение о соответствии качества требованиям ГОСТ 18599-2001.

В документе о качестве партии ПЭ труб по ГОСТ Р 50838-2009 должны содержаться аналогичные сведения, а также величина относительного удлинения при разрыве труб (не менее 350 %).

Согласно СП 42–103–2003 размер партии соединительных деталей без ЗН (спиготов) не должен превышать 2000 шт. При строительстве объектов ГО количество труб и деталей, отбираемых для проведения входного контроля от партии, зависит от их диаметра.

Маркировка ПЭ труб и соединительных деталей.

При проверке маркировка ПЭ труб и соединительных деталей следует установить ее соответствие прилагаемым сертификатам и документам о качестве, не превышен ли срок хранения. Срок хранения ПЭ труб для наружных напорных трубопроводов определяется соответствующими ГОСТами и составляет 2 года.

Гарантийный срок хранения ПЭ соединительных деталей определяется ТУ или другой НД на их производство и не может превышать величину, установленную ГОСТ Р 52134-2003 и ГОСТ Р 52779-2007.

В соответствии с ГОСТ 18599-2001 (п. 5.3.1), маркировку наносят на поверхность ПЭ труб нагретым металлическим инструментом или другим способом, не ухудшающим качество труб, с интервалом не более 1 м. Глубина клеймения — не более 0,3 мм для труб номинальной толщиной стенки до 6 мм и не более 0,7 мм для труб номинальной толщиной более 6 мм.

монтаж труб

Маркировка должна включать: наименование предприятия-изготовителя и/или товарный знак, условное обозначение трубы без слова «труба», дату изготовления (месяц, год). В маркировку допускается включать другую информацию, например номер партии, линии. Допускается по согласованию с потребителем трубы диаметром 10 и 12 мм не маркировать.

Условное обозначение труб по ГОСТ 18599-2001 (п.4.3) состоит из слова «труба», сокращенного наименования материала (ПЭ 32, ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100), стандартного размерного отношения (SDR), тире, номинального наружного диаметра, номинальной толщины стенки трубы, назначения трубы: хозяйственно-питьевого назначения обозначают словом «питьевая», в остальных случаях — «техническая» и обозначения настоящего стандарта.

Труба из полиэтилена ПЭ 32, SDR 21, номинальным наружным диаметром 32 мм и номиналь¬ной толщиной стенки 2,0 мм, для систем хозяйственно-питьевого назначения: Труба ПЭ 32 SDR 21 -32х2 питьевая ГОСТ 18599-2001

Труба из полиэтилена ПЭ 80, SDR 17,6, номинальным наружным диаметром 160 мм и номинальной толщиной стенки 9,1 мм, не используемая для хозяйственно-питьевого назначения: Труба ПЭ 80 SDR 17.6 — 160 х 9,1 техническая ГОСТ 18599-2001

Маркировку на поверхность ПЭ труб по ГОСТ Р 50838-2009 наносят методом термотиснения, методом термотиснения с окрашиванием наносимого тиснения, методом цветной печати или другим способом, не ухудшающим качество трубы, с интервалом не более 1 м. Маркировка должна включать последовательно: наименование предприятия-изготовителя и/или товарный знак, условное обозначение трубы без слова «труба», месяц и год изготовления. В маркировку допускается включать другую информацию, например, наименование страны и номер партии.

Трубы для газопроводов либо окрашены целиком в желтый цвет, либо черные с нанесенными на их внешнюю поверхность методом соэкструзии продольными желтыми полосами.

Допускается изготовление труб без маркировочных полос по согласованию с потребителем. ПЭ трубы импортного производства для газопроводов допускается применять в РФ при наличии разрешения Госгортехнадзора России.

В соответствии с п.4.5 ГОСТ Р 50838-2009 условное обозначение ПЭ труб для газопроводов состоит из слова «труба», сокращенного наименования материала (ПЭ 80, ПЭ 100, где цифры обозначают десятикратное значение MRS ), слова «ГАЗ», стандартного размерного отношения , тире, номинального диаметра, толщины стенки трубы и обозначения настоящего стандарта.

Пример условного обозначения трубы из полиэтилена ПЭ 80, SDR17,6, номинальным диаметром 160 мм и номинальной толщиной стенки 9,1 мм: Труба ПЭ 80 ГАЗ SDR17,6 — 160х9,1 ГОСТ Р 50838-2009

Трубы без маркировки использовать для прокладки напорных трубопроводов, сваривать запрещено.

Условное обозначение фитингов из термопластов состоит из наименования, сокращенного обозначения материала с указанием десятикратного значения MRS, стандартного размерного отношения SDR через тире, номинального наружного диаметра соединяемой трубы, номинальной толщины стенки трубы (для фитингов с фиксацией по внутреннему диаметру трубы), класса эксплуатации, максимального рабочего или номинального давления в МПа (бар) и номера настоящего стандарта.

Допускается включать в условное обозначение фитингов требования в соответствии с нормативной документацией на изделия.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Парники из дуг с укрывным материалом обзор лучших моделей

Механические испытания труб и соединительных деталей при входном контроле не предусматриваются. Однако производители сварочного оборудования в случае отсутствия уверенности в качестве трубы рекомендуют провести ее механические испытания на предмет соответствия заявленным в сертификате характеристикам.

В соответствии с Инструкцией по визуальному и измерительному контролю РД 03-606-03 [10], ВИК изделий проводят на стадии входного контроля при поступлении или подготовке их к сборке с целью выявления дефектов, проверки геометрических размеров труб и деталей, проверки допустимости выявленных деформаций и дефектов в соответствии с Программой (планом, инструкцией) входного контроля (приложение Б), которая разрабатывается организацией, выполняющей входной контроль в соответствии с требованиями НД.

В указанных картах приводятся контролируемые параметры, последовательность контроля, объемы контроля, средства контроля, схемы выполнения замеров контролируемых параметров и нормы оценки результатов контроля.

ВИК следует проводить на всех доступных для этого поверхностях изделий до проведения контроля материалов другими методами. Поверхности изделий перед контролем при необходимости очищают от влаги и других загрязнений, препятствующих проведению контроля. Измерения проводят после визуального контроля или одновременно с ним.

Квалификация персонала

Специалисты, осуществляющие ВИК, должны быть аттестованы в соответствии с Правилами аттестации персонала в области неразрушающего контроля (ПБ 03-440-02), утвержденными постановлением Госгортехнадзора России от 02.06.2000 N 29, зарегистрированным Минюстом России 25.07.2000 N 2324.

Требования к средствам ВИК.

При входном контроле труб и деталей из ПЭ применяют:

  • линейки измерительные металлические;
  • штангенциркули, штангенрейсмасы и штангенглубиномеры;
  • стенкомеры и толщиномеры индикаторные;
  • нутромеры микрометрические и индикаторные;
  • штриховые меры длины (стальные измерительные линейки, рулетки).

Допускается применение других средств ВИК при условии наличия соответствующих инструкций методик их применения. Погрешность измерений при измерительном контроле не должна превышать установленных величин.

Измерительные приборы и инструменты должны периодически, а также после ремонта проходить поверку (калибровку) в метрологических службах, аккредитованных Госстандартом России. Срок проведения поверки (калибровки) устанавливается НД на соответствующие приборы и инструменты.

Требования к выполнению ВИК.

Подготовка мест производства работ.

ВИК рекомендуется выполнять на стационарных участках, которые должны быть оборудованы рабочими столами, стендами, роликоопорами и др. средствами, обеспечивающими удобство выполнения работ. Участки контроля рекомендуется располагать в наиболее освещенных местах цеха, имеющих естественное освещение. Для создания оптимального контраста дефекта с фоном в зоне контроля необходимо применять дополнительный переносной источник света, т.е.

  • подготовку места сварки, размещение и подготовку сварочного оборудования;
  • подготовку труб и соединительных деталей к сварке;
  • сборку и центровку труб и соединительных деталей;
  • механическую обработку торцов свариваемых труб и деталей.
  • СП 42–103–2003;
  • ГОСТ Р ИСО 12176–1–2011 «Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка встык плавлением» [6] (основан на международном стандарте ISO 12176–1:2006 Plastics pipes and fittings — Equipment for fusion jointing polyethylene systems — Part 1: Butt fusion [7]);
  • ГОСТ Р 55276–2012 «Трубы и фитинги пластмассовые. Процедуры сварки нагретым инструментом в стык полиэтиленовых (ПЭ) труб и фитингов, используемых для строительства газо- и водопроводных распределительных систем» [8] (основан на международном стандарте ISO 21307:2011 Plastics pipes and fittings — Butt fusion jointing procedures for polyethylene (PE) pipes and fittings used in the construction of gas and water distribution systems [9]) .

6.1 Фиксация труб

Рис. 12 Фиксация труб

Некоторые особенности выдержки теплового режима

Любая технология стыковой сварки пластиковых труб рассчитана и прописана для определенного интервала температуры окружающего воздуха. Как правило, этот интервал начинается от 0°С или от 5°С. А можно ли сваривать полиэтиленовые трубы при температуре, скажем, -30ºC?
Можно, никакие физические законы этому не мешают!

Только это может вызвать некоторые неприятности, связанные со сварочным оборудованием. Например, масло в гидравлической системе может быть не рассчитано на такие температуры.
Если труба поставляется в катушках или бухтах, то разматывание трубы при низких температурах – тоже задача не для слабонервных.

  • На фазе 2 (нагрев) увеличится рассеивание тепла в воздух, т.е. снизится эффективность нагрева торцов (см. п.8.2.1). Значит, при расчете температуры T нагревателя необходимо увеличить запас ΔT3 на компенсацию рассеивания тепла в воздух. Другими словами, несколько увеличить температуру T нагревателя.
  • Нагрев материала трубы начинается от более низкой начальной температуры. Значит, даже при одной и той же эффективности процесс нагрева до требуемого графика распределения температур займет больше времени. Не проблема, нужно адекватно увеличить время t2 нагрева торцов.
  • Остывание торцов труб на фазе 3 (техн. пауза) будет происходить быстрее. Тоже не беда, нужно увеличить запас ΔT1 в температуре T сварочного зеркала (см. п.8.2.1) и/или более жестко ограничить продолжительность технологической паузы (см. п.8.2.3).
  • В начале фазы 5 (остывание) течение материала, увеличивающее толщину стенки, затухнет чуть раньше из-за быстрого остывания шва. Может быть, имело бы смысл увеличить сварочное давление.

Вычислить процедуру сварки при низких температурах и подтвердить ее дееспособность долгосрочным испытаниями еще только предстоит. Но главное – понятно, что законы природы этому не мешают.

Каждый стыковой сварочный аппарат имеет определенный рабочий диапазон диаметров. Например, 90-315 мм. Это значит, что внутренний диаметр хомутов 315 мм, а для фиксации труб меньших диаметров необходимо установить редукционные вкладыши (см. п.5.5). Часто возникает вопрос – можно ли на этом же аппарате сваривать трубы меньшего диаметра, например DN 63 SDR 11.

Сварочное усилие пропорционально площади сечения свариваемых труб. Это значит, что гидравлическая система аппарата рассчитаны на трубу с самой большой площадью сечения в пределах рабочего диапазона этого аппарата. Для 315-го аппарата это труба DN 315 с размерным соотношением SDR 6. Площадь сечения такой трубы около 430 см2, а необходимое усилие для ее сварки по традиционной технологии – 650 кгс.

Сварочное усилие, создаваемое сварочной машиной, контролируется визуально по стрелочному манометру на верхней панели гидроагрегата (рис.35). И полная шкала манометра 315-й машины должна соответствовать усилию не менее 850 кгс. Согласно формальному требованию к точности гидравлической системы (п.9.4), самая маленькая труба, которую можно варить такой машиной, должна требовать сварочное усилие 0,5% от полной шкалы — 4,5 кгс. Труба Ø63 мм SDR 11 пока попадает в этот диапазон, сварочное усилие для нее – 15,6 кгс. Оператору придется ловить первые 1-2 деления шкалы, это трудно, но можно.

Идем дальше. Максимально допустимое давление перемещения ни одним нормативом не определено. На самых лучших машинах оно составляет 3-4% от максимального давления, создаваемого гидравлической системой. Значит, у нашей 315-й машины давление перемещения будет соответствовать усилию не менее 25,5 кгс и имеет право колебаться в пределах 10%, что соответствует ±2,5 кгс. Значит, для трубы Ø63 мм SDR 11 мы в самом идеальном теоретическом случае сможем обеспечить сварочное усилие 15,6±2,5 кгс. Погрешность 16% — это уже очень много! Процедура сварки DVS 2207-1 допускает погрешность 6,7% (формально сварочное давление 0,15±0,01 Н/мм).2.

Рис. 35  Манометр           гидроагрегата

Чем ближе диаметр трубы к максимальным возможностям вашей сварочной машины, тем точнее будет выполнение сварки стыкового соединения. Трубу Ø225 мм легче варить на машине PT-250, чем на PT-315.

СПАСИТЕЛЬНАЯ ХИТРОСТЬ: Если сварочная машина предназначена для традиционной технологии стыковой сварки, трубы нижней части рабочего диапазона машины можно варить по третьей процедуре (с высоким сварочным давлением). Это позволит более точно контролировать сварочное давление, а в качестве дополнительного бонуса — сократить время сварочного цикла.

ЗАМЕЧАНИЕ: Всё вышесказанное применимо и для сварки на аппарате с высокой степенью автоматизации, нужно только в качестве стандарта сварки выбрать в меню «ISO 21307 HIGH P». Но с одной оговоркой: машина должна быть новая или хорошо ухоженная или после профилактики. Дело в том, что автоматический аппарат при измерении давления перемещения измеряет еще и его колебания на всем пути движения подвижных хомутов.

Предположим, что в результате незначительного нарушения геометрии нашего 315-го центратора усилие перемещения составит не 25±2,5 кгс, а 50±5 кгс. Ни одно нормативное требование к сварочным машинам пока формально не нарушено. Но для нашего примера с трубой Ø63 мм SDR 11 погрешность сварочного давления составит около 9%, что выше нормативного допуска. Автоматическая машина откажется варить с нарушением норматива.

Большинство технологий стыковой сварки настаивают, что свариваться должны две трубы с одинаковой толщиной стенки. Это требование не всегда выполнимо. Например, большинство фасонных изделий (как литых, так и сварных) производятся с SDR 11. Поэтому если вам необходимо сварить трубопровод из трубы SDR 17, то придется сваривать изделия с разной толщиной стенки (рис.36).

Некоторые технологии уточняют, что если необходимо сварить толстостенную трубу с тонкостенной, то на толстостенной трубе необходимо снять внутреннюю фаску. Но ведь и это не всегда возможно из-за отсутствия соответствующего инструмента.

Рис. 36  Разнотолщинные детали

Чтобы сварить тонкостенную трубу с толстостенной, в таблице параметров сварки полиэтиленовых труб нужно выбрать строку для тонкостенной трубы. И дальше для сварочного процесса использовать параметры исключительно из этой строки:

  • Глубина нагрева должна соответствовать толщине стенки тонкостенной трубы. Если больше, то торец тонкостенной трубы далее сомнется при осадке (см. п.8.2.2). Толстостенную трубу можно было бы погреть подольше и тем самым увеличить допустимое время технологической паузы (см. п.8.2.3). Но в данном случае – куда же деваться, придется укладываться в продолжительность технологической паузы, прописанную для тонкостенной трубы.
  • Продолжительность осадки полностью определяется предшествовавшим режимом нагрева (см. п.8.2.5). Так что здесь тоже как для тонкостенной трубы.
  • Усилие осадки – из расчета, что в зоне сварки толщина стенки должна увеличиться для компенсации термодеструкции и пр. (см. п.8.2.4). В данном случае это более актуально для тонкостенной трубы. А толстостенная труба – и так достаточно прочная.
  • Продолжительность остывания (при определенном сварочном давлении) полностью определяется предшествовавшим режимом нагрева (см. п.8.2.6). Так что здесь тоже как для тонкостенной трубы.

Большинство технологий стыковой сварки ПЭ труб рассчитаны на то, что центратор сварочного аппарата способен создать усилие сжатия 1,5 кгс на каждый квадратный сантиметр торца полиэтиленовой трубы. А что делать, если аппарат слабоват, а толстостенную напорную трубу «кровь из носа» нужно сварить?

Конкретный пример. Бюджетный сварочный аппарат EURO-160 рассчитан на сварку труб диаметром до 160 мм и способен создать сварочное усилие не более 70 килограммов силы (кгс). Согласно технологии сварки DVS 2207-1, для сварки трубы из ПЭ 100 диаметром 160 мм с показателем SDR 17 (что соответствует PN 10) требуется сварочное усилие 67,4 кгс, и аппарат вполне справляется.

Как выполняется стыковая сварка полиэтиленовых труб инструкция по проведению работ

Но для сварки стыкового соединения труб из того же материала и того же диаметра, но SDR 11 (PN 16) требуется уже 100 кгс, потому что площадь торца такой трубы составляет 66,6 см2. Максимальное сварочное усилие нашего аппарата создаст в этой трубе напряжение всего чуть более 1 кгс/см2. Хватит ли этого на сварку, да так чтобы прочность сварного стыкового шва была не ниже прочности трубы? Может, есть какие-то «трюки»? Или не хватит ни при каких условиях?

Мы выяснили (см. п.8.2.7), что требуемое усилие сжатия на этапе оплавления торцов можно смело уменьшить. Это немного увеличит время, которое потребуется на выдавливание грата, а больше ни на чем не отразится. Так что здесь проблемы нет.

Мы также знаем (см. п.6.4), что технология стыковой сварки допускает несовпадения стенок труб до 10%, а последующее увеличение толщины стенки труб (см. п.8.2.4) компенсирует эту неточность. Значит, можем сделать вывод, что на компенсацию одной только термодеструкции хватило бы гораздо меньшего увеличения толщины стенки, а значит, гораздо меньшего сварочного давления. Поэтому первый «трюк» очевиден – на слабом аппарате нужно очень-очень аккуратно добиваться идеального совпадения торцов труб перед сваркой.

Второй «трюк» тоже вполне понятен, если немного подумать. Нужно увеличить температуру зеркала на 5-10°С и, может быть, погреть чуть-чуть подольше. Температурная деградация полиэтилена от этого немного увеличится, зато текучесть материала увеличится значительно и позволит добиться большого увеличения толщины стенки даже небольшим сварочным давлением.

Часть 3. Технология сварки. Техника и режимы сварки.

В этом случае сварочные работы рекомендуется проводить в помещениях (укрытиях), обеспечивающих соблюдение температурного режима.

При сварке в ручном режиме для ввода технологических параметров сварщик должен следовать технологической карте сварки, разработанной производителем аппарата. Она содержит информацию о технологических параметрах сварки для каждого Dн и SDR свариваемых труб. Эти параметры могут корректироваться в зависимости от температуры окружающей среды.

Перед сваркой проводятся подготовительные операции, описанные в части 2.

  • Определить давление холостого хода по показаниям манометра при начале движения подвижных зажимов. Эта величина затем должна всегда прибавляться к значениям давлений оплавления, нагрева и осадки, указанных в технологических картах.
  • Установить нагреватель с температурой Tн между торцами свариваемых труб и/или соединительных деталей.
  • Прижать торцы труб и/или соединительных деталей к поверхности нагревателя под давлением Р1 (рис. 13) .
  • Выдержать Р1 в течение времени t1, необходимого для образования по всему периметру оплавляемых торцов первичного грата.

Толщина стенки трубы, мм

5÷10

{amp}gt;10÷12

{amp}gt;12÷20

{amp}gt;20÷26

{amp}gt;26÷35

h, не менее, мм

1

1,5

2

2,5

3

  • После образования первичного грата снизить давление до величины Р2, поддерживая его в течение t2. Размеры грата при этом не должны увеличиваться.
  • По окончании нагрева отвести подвижный зажим на 50–60 мм и удалить нагреватель из зоны сварки.

    С этого момента и до сведения труб наступает технологическая пауза t3, необходимая для удаления нагревателя. Ее продолжительность должна быть минимальной и не превышать приведенных ниже значений [22].

Диаметр труб, мм

63

90-140

160-225

250-315

Максимальная величина t3, с

3

4

5

6

  • Не превышая время технологической паузы, свести вместе торцы труб и оставить для остывания в течение времени t5, указанного в режимной карте или таблице, под давлением Р5, необходимым для осадки стыка (рис. 14). Повышать давление до максимального следует в течение времени t4.
  • Для ГО через 20–40 с после начала остывания сварщик должен промаркировать клеймом горячий грат стыка в двух диаметрально противоположных точках либо написать свой номер возле стыка несмываемым маркером. Для СК маркировку сварных стыков требуется производить сразу после окончания осадки на горячем расплаве наружного грата в двух диаметрально противоположных точках в процессе охлаждения стыка. Для маркировки стыка рекомендуется использовать клейма ПУ- 6 или ПУ- 8 по ГОСТ 2930–62 (для ГО и СК), однако в настоящее время в подавляющем большинстве случаев используются несмываемые маркеры (для ГО). Личный номер (присвоенный при аттестации шифр клейма) должен быть закреплен за сварщиком приказом организации, выполняющей сварочные работы [51].
  • Сварщику следует также написать маркером время окончания остывания соединения, после которого можно освободить его из зажимов центратора.
  • По истечении t5 нужно осмотреть сварное соединение (провести визуально-измерительный контроль в том числе с использованием специальных интрументов и шаблонов, рис.16) для определения соответствия требованиям к качеству сварного соединения (см. раздел 6)
Рис. 13. Нагрев свариваемых концов труб. Использован фиксатор для равномерного отсоединения труб от зеркала после окончания нагрева. Рис. 14. Остывание сварочного стыка под давлением осадки.

Определение размеров валиков производится непосредственно на сварном шве в условиях строительного производства. Допускается производить определение расположения впадины между валиками грата и замер самих валиков после срезания наружного грата по всему периметру трубы [22]. В случае необходимости после окончания сварки, проведения визуального и ультразвукового контроля можно срезать сварочный грат гратосрезателем (см. Раздел 5).

Охлаждать стык дополнительно (сжатым воздухом, водой и т. п.) нельзя, т. к. это может привести к его ослаблению.

По окончании сварочных работ следует подготовить аппарат для транспортировки к следующему месту сварки или хранения.

Для этого следует:

  • сбросить давление в гидросистеме до нуля;
  • освободить сварное соединение из зажимов центратора;
  • отключить электропитание от аппарата;
  • отключить все кабели электропитания и шланги подачи масла;
  • смотать кабели питания пульта управления и электропитания аппарата;
  • смотать и убрать шланги подачи масла;
  • закрыть крышку пульта управления;
  • поместить торцеватель в защитный кожух;
  • убедившись, что нагреватель остыл, поместить его в защитный кожух.

С ручным управлением — СР,

Стыковое сварочное оборудование

Со средней степенью автоматизации — ССА,

С высокой степенью автоматизации — СВА

Рис. 15. Маркировка сварочного стыка клеймом. Рис. 16. Контроль размеров грата стыкового шва шаблоном после остывания.

1)С ручным управлением — если управление процессом сварки осуществляется вручную при визуальном или автоматическом контроле за соблюдением режима сварки, а регистрация режимов производится в журнале или в виде распечатанного протокола с регистрирующего устройства.

Для сварки газопроводов допускается использовать аппараты с ручным управлением только при обязательном автоматическом поддержании заданной температуры нагревателя.

В подавляющем большинстве моделей с ручным управлением отсутствует автоматический контроль за соблюдением режима сварки и возможность получить информацию о ее результатах в виде распечатанного протокола.

2)Со средней степенью автоматизации — если в аппарате имеется частично компьютеризированная программа основных параметров сварки, полный компьютеризированный контроль за соблюдением режима сварки по всему циклу, а также регистрация результатов сварки и их последующая выдача в виде распечатанного протокола.

Под компьютеризированным контролем подразумевается протоколирование основных параметров сварки (температуры, давления, продолжительности этапов сварки), которыми управляет оператор.

3)С высокой степенью автоматизации — если в аппарате имеется компьютерная программа основных параметров сварки, компьютерный контроль за их соблюдением в ходе технологического процесса, компьютерное управление процессом сварки и последовательностью этапов технологического процесса в заданном программой режиме (в том числе автоматическое удаление нагревательного инструмента), регистрацию результатов сварки и последующую выдачу информации в виде распечатанного протокола на каждый стык по окончании процесса сварки;

Таблица 1. Режим выполнения технологических операций при сварке встык НИ в зависимости от степени автоматизации сварочного оборудования.

Виды операций при сварке встык НИ

Степень автоматизации оборудования

СР

ССА

ССА*

СВА

Установка температуры НИ

Руч

Руч

Авт

Авт

Поддержание заданной температуры НИ

Авт

Авт

Авт

Авт

Измерение давления холостого хода (перемещения)

Руч

Руч

Авт

Авт

Установка давления при торцевании

Руч

Руч

Авт

Авт

Установка давления оплавления

Руч

Руч

Авт

Авт

Контроль установленного давления

Время оплавления (образования первичного грата)

Руч

Руч

Авт/полуавт.

Авт/полуавт.

Контроль времени оплавления

Установка давления нагрева

Руч

Руч

Авт

Авт

Контроль установленного давления

Разведение – сведение зажимов центратора при технологической паузе

Руч

Руч

Авт

Авт

Автоматическое удаление НИ

Контроль длительности технологической паузы

Установка давления осадки

Руч

Руч

Авт

Авт

Контроль времени нарастания давления

Поддержание давления остывания на необходимом уровне

Руч

Руч

Авт

Авт

Контроль давления остывания

* Аппарат с блоком управления CNC (ЧПУ) без автоматического удаления НИ.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Колодец своими руками как правильно построить схемы устройства технология строительства

У аппаратов СВА, помимо функций аппаратов ССА, имеются следующие возможности:

  • Есть исходная информация о параметрах сварки в зависимости от вида и марки полимера, геометрии труб, температуры нагревателя, окружающего воздуха;
  • Аппарат может сам рассчитать параметры сварки;
  • Аппарат сам управляет процессом сварки.

В функции сварщика входит только осуществление подготовительных операций и контроль за работой сварочного аппарата.

Рис. 17. Внешний вид панели управления аппарата СВА

Рис. 18. Нагрев торцов свариваемых труб на аппарате СВА

Последовательность выполнения операций при подготовке, сборке и сварке конструкций из полимерных материалов в зависимости от степени автоматизации (СР, ССА или СВА) .

Основное различие между аппаратами со средней и высокой степенью автоматизации в том, что у первых управление процессом сварки частично производиться вручную. Если, например, аппарат автоматически управляет всеми параметрами сварки, но при этом нагреватель удаляется вручную, то его степень автоматизации средняя.

На аппаратах с ручным управлением сварщик сам определяет конец этапа оплавления после появления сварочного грата определенной высоты, зависящей от толщины стенки трубы. Аппараты СВА разных производителей имеют различные способы определения времени оплавления (образования первичного грата). Некоторые модели автоматически производят расчет времени оплавления, другие требуют ручного подтверждения окончания времени оплавления.

На аппаратах СР замер давления холостого хода производят перед сваркой каждого стыка. На аппаратах СВА оно измеряется автоматически и далее автоматически учитывается блоком управления.

Выпускаются также сварочные аппараты с блоком управления CNC (ЧПУ), как в аппарате СВА, но без устройства автоматического выброса НИ. Такая комплектация в соответствии со СНиП 42–01–2002 соответствует ССА. Такие аппараты проводят цикл сварки а автоматическом режиме, лишь извлечение НИ происходит вручную. В табл. 1, где сравнение функций сварочных аппаратов в зависимости от степени автоматизации приведено более подробно, такие аппараты обозначены «ССА*».

Таблицы сварки полиэтиленовых труб

  • неграмотный и/или безалаберный персонал;
  • много проблем в последнее время связано с новыми нестекающими марками полиэтилена с низким ПТР (применяются для производства труб большого диаметра с большой толщиной стенки) – проверенные и узаконенные сварочные технологии с ними плохо работают, во всяком случае, процедуры сварки при низком давлении.

Возлагать полную ответственность за качество сварного соединения на сварочную машину некорректно. Задача сварочной машины хоть и весьма нетривиальная, но всё-таки ограниченная: ее технические характеристики должны позволять оператору тщательно выполнить подготовку к сварке и собственно процедуру сварки.

Существует и другая крайность в оценке качества сварочных машин. Мол, низкое качество дешевых сварочных машин касается только малого срока эксплуатации — просто раньше развалится. И за такие деньги не жалко, закопаем в конце траншеи вместе с трубой. Это самое опасное заблуждение! Цена сварочной машины косвенно отражает степень стремления производителя выполнить требования вышеуказанных стандартов.

Бюджетный сварочный аппарат не позволит оператору выполнить требования сварочной процедуры. И хуже всего то, что в большинстве случаев оператор об этом даже знать не будет, пока эту самую траншею не придется раскапывать для ремонта трубопровода. А уж кого в этом случае назначат стрелочником — большой вопрос!

К сожалению, наличие сертификата соответствия аппарата требованиям ГОСТ в нашей стране не является свидетельством этого соответствия. Для тех, кто готов вникнуть, забетонировать свои тылы и спать спокойно, ниже приводим требования стандартов к техническим характеристикам машин стыковой сварки. К характеристикам, влияющим на возможность или невозможность соблюдения параметров сварочной процедуры. При этом опускаем общие слова о безопасности, надежности, работоспособности и удобстве.

Рекомендуем проверять эти технические характеристики не только при выборе нового сварочного аппарата, а хотя бы перед каждым новым сварочным объектом. Если характеристики уплыли, лучше отдайте аппарат на профилактику в сервис-центр.

Как уже указывалось выше, функции – обеспечение соосного крепления труб, исправление овальности труб, перемещение одной или обеих труб вдоль оси, обеспечение контролируемого усилия прижима торцов труб к нагревателю или друг к другу.

Общие требования описаны общими словами и довольно очевидны – должен зажимать трубу с предельными отклонениями размеров, не должен повреждать поверхность, должен быть защищен от коррозии.

Самое пристальное внимание необходимо обратить на требования, представленные в цифрах, с описанием методов испытаний и допустимых результатов:

  • Жесткость конструкции (см. п.5.2.2. и 5.2.3. ГОСТ Р ИСО 12176-1). Основная идея – при любых сварочных давлениях и при обычных внешних воздействиях свариваемые трубы должны оставаться соосными, а их торцы должны прижиматься друг к другу с равномерным усилием. СОВЕТ: При выборе гидравлического центратора, во-первых, убедитесь, что ось трубы и два приводных гидроцилиндра находятся в одной плоскости; в противном случае при максимальных сварочных усилиях перекос будет обязательно. Во-вторых, если вы выбираете между двумя, оба нужно одинаково и сильно нагрузить – зажать длинные и тяжелые отрезки труб без подпорок – и замерить, какой больше деформировался. Если такой возможности нет, можно попытаться хотя бы визуально сравнить прочность на изгиб главных конструктивных элементов – направляющих стержней.
  • Жесткость и цилиндричность хомутов (см. п.5.2.4. ГОСТ Р ИСО 12176-1). Основная идея – концы труб при сварке должны иметь цилиндрическую форму для точного совмещения друг с другом, независимо от степени их овальности перед креплением. СОВЕТ: Цилиндричность хомутов вряд ли стоит проверять. А проверить жесткость можно самой толстостенной трубой максимального диаметра, которая перед проверкой имеет заметную овальность. Затягивая хомуты, измеряйте диаметр торца в разных плоскостях.
  • В любом положении гидроцилиндра (подвижного хомута) трение в системе должно быть одинаковым (см. п.6.5. ГОСТ Р ИСО 12176-1). Проверяется с помощью органов управления аппаратом. Давление перемещения замеряется на всем участке перемещения хомутов, колебания этого давления не должны превышать 10%. Основная идея — раз уж при сварке мы замеряем давление перемещения и добавляем его к табличным значениям давления, то самопроизвольные колебания этой паразитной добавки не должны значительно влиять на точность выполнения сварочной процедуры. На новом аппарате проверить выполнение этого требования несложно. А залог длительного выполнения этого требования — использование высокопрочных хонингованных стержней с 3-слойным покрытием (медь никель хром) и композитных прокладок идеальной геометрии. Ну и, конечно, уход за машиной.

9.2 Торцеватель

Согласно ГОСТ, торцеватель должен удалять стружку наружу трубы для визуального контроля и должен иметь съемные ножи. Правила безопасности требуют, чтобы включение торцевателя было возможно только в его рабочем положении, для этого устанавливают специальный микроконтакт.

Формальное требование (см. п.7.2. ГОСТ Р ИСО 12176-1) состоит в указании максимально допустимого зазора между торцами труб после торцовки.

Нечасто используемая, но очень полезная опция – защита электродвигателя торцевателя от превышения тока или от перегрева. Особенно полезно на больших торцевателях. В отсутствие такой защиты электродвигатель или редуктор часто умирает в результате бестолковых действий оператора, который не читает инструкцию и при торцовке создает давление, в разы превышающее необходимое. ГОСТ такую защиту не требует.

9.3 Нагреватель

Общие требования – хорошая теплопроводность материала, неприлипающие поверхности, хорошая видимость прилипшего материала.

Точные требования ГОСТ:

  • Нагреватель должен иметь вполне определенный запас рабочей поверхности снаружи и внутри любой трубы в пределах рабочего диапазона (см. п.8.2. ГОСТ Р ИСО 12176-1), а сами рабочие поверхности должны быть плоским и параллельными, с указанным допуском (п.8.2. ГОСТ) и иметь шероховатость не более допустимой (п.8.5.1. ГОСТ).
  • Мощность, теплоемкость и теплопроводность нагревателя должны быть достаточными для того, чтобы при рабочих условиях торец трубы нагревался от -5°C до 180°C менее чем за 20 сек (п.8.5.3. ГОСТ) при вполне определенной процедуре испытаний. Мощность выше этой не имеет смысла, она только излишне нагружает сеть питания при разогреве нагревателя.
  • Интересное и редко выполняемое требование ГОСТ – нагреватель должен быть оборудован дополнительным термометром, независимым от системы контроля температуры, с точностью ±5°C (п.8.4. ГОСТ).
  • Точность поддержания температуры должна быть в пределах ±7°C (п.8.5.2. ГОСТ). Более подробно ограничения по допустимым колебаниям температуры во времени и по мгновенной разнице температур в разных точках нагревателя указаны в DVS 2208-1.
  • Скорость перемещения подвижного хомута (см. п.5.2.1. ГОСТ Р ИСО 12176-1). Идея в том, аппарат должен быть в состоянии выполнить требования сварочных процедур, прописанных в ГОСТ Р 55276 – например, требования к максимально допустимому времени технологической паузы. СОВЕТ: Для выбора между двумя аппаратами сравните скорость холостого перемещения подвижного хомута; чем она выше, тем лучше.
  • Максимальное усилие прижима, создаваемое центратором, должно не менее чем на 30% превышать максимальное усилие, требуемое для самой толстостенной трубы максимального диаметра (см. п.6.5. ГОСТ Р ИСО 12176-1).
  • В ГОСТ и в ISO не уделено внимание одному требованию, на которое DVS 2208-1 обращает внимание. Гидравлический агрегат должен быть оборудован т.н. гидроаккумулятором, который на практике представляет собой емкость со сжимаемым газом и мембраной. Масло давит на мембрану, сжимает газ и превращает его в подобие взведенной пружины. Если такого приспособления нет, то при выключенном насосе малейшее перемещение подвижного хомута будет вызывать резкое падение давления масла в системе, ведь масло-то несжимаемое.
  • Точность работы гидравлического привода. Частично она определяется требованием к равномерности давления перемещения (п.9.1). Другое требование, определяемое DVS 2208-1: манометр гидроагрегата должен иметь градуировку ≤1% полной шкалы, а максимальная погрешность измерений ±0,5 бар. Именно это цифра формально определяет нижний порог рабочего диапазона сварочной машины.

Как бы мы ни выравнивали торцы труб перед сваркой стыкового шва, при первом касании торца трубы и поверхности нагретого инструмента контакт между ними – далеко не 100-процентный. В частности, из-за неизбежной шероховатости нагретого инструмента.

Чтобы нагрев торца трубы был эффективным (без воздушных прослоек) и равномерным по всей поверхности торца трубы, необходимо как можно быстрее достичь полного контакта торца трубы и нагретого инструмента.

Для этого нагретый инструмент необходимо прижать к торцу трубы со значительным усилием, чтобы оплавляемый материал начал течь и заполнять пустоты между поверхностями. В разрезе видно (рис.18), что при этом некоторое количество оплавленного материала выдавливается как наружу, так и внутрь трубы, образуя валики, называемые «гратом».

Рис. 18  Оплавление торцов труб

Нормируемые параметры Фазы 1:

  • Температура T нагретого инструмента;
  • Усилие F1 прижима торцов труб к нагретому инструменту;
  • Высота B1 грата, который необходимо выдавить по всему периметру трубы на первой фазе сварочного процесса.

Продолжительность оплавления торцов не нормируется. Оплавление продолжают, пока по всему периметру торца трубы не будет выдавлен грат необходимой высоты, которая указана в сварочной таблице.

Когда достигнут полный тепловой контакт между нагретым инструментом и торцами труб, начинается процесс глубокого прогрева торцов – вторая фаза сварочного процесса.

Очевидно, что дальнейшее увеличение грата уже не нужно. Поэтому усилие прижима торцов труб к нагретому инструменту сбрасывают почти до нуля. Прогрев торцов труб производится на большую глубину (рис.19) и занимает гораздо больше времени, чем процесс создания грата.

Рис. 19  Нагрев торцов труб
  1. стыковая сварка;
  2. электромуфтовая сварка;

Инструкции по монтажу полиэтиленовых труб

  • Раструбный метод с использованием фитингов.
  • Сварка встык. Требуется специальное оборудование. Метод является наиболее применяемым при монтаже полиэтиленовых труб диаметром более 110 мм.
  • Сварка экструдером. Удобно использовать для изменения направления трубопровода без дополнительных фитингов.
  • Электросварка с использованием специальных фитингов.

Все перечисленные способы сварки полиэтиленовой трубы основаны на молекулярной диффузии (взаимное проникновение, смешивание) полимера при нагревании его до температуры плавления. Отсюда название методов – диффузионные.

Раструбный метод

Выполняется раструбная сварка полиэтиленовых труб с использованием специальных соединительных фитингов.

Инструменты для сварочных работ:

  • труборез;
  • фаскосниматель;
  • калибратор;
  • сварочный аппарат с регулируемым нагревом для полимерных материалов;
  • набор соответствующих насадок для нагревания трубы и фитинга.

Сварка в раструб выполняется следующим образом:

  • Трубу нарезают на необходимые сегменты.
  • Край, который планируют соединять, обрабатывают фаскоснимателем до получения непрерывной стружки, равной по длине двум окружностям.
  • Калибруют до получения идеальной окружности.
  • Протирают детали и обезжиривают.
  • Закрепляют сварочный аппарат на устойчивую подставку и нагревают. Температуру регулируют при помощи штрих кода фитинга. Если аппарат не оснащен подобной функцией, то температуру нагрева выставляют в 210 градусов. Когда сварочник нагреется до заданной температуры, на нем загорится индикатор.
  • Одновременно на насадки электросварочного аппарата надевают трубу, соединительную муфту и нагревают.
  • Снимают разогретые детали и соединяют физическим усилием.
  • Фиксируют неподвижно до остывания.

Этот метод в частном строительстве не находит большого распространения, так как затратен, требует специального оборудования. Соединение на пресс-фитингах проще и достаточно надежно для индивидуальных водопроводных или отопительных коммуникаций.

Сварка встык

Соединение встык проводят для деталей, толщина стенки которых более 5 мм Работы проводят чаще всего на магистральных трубопроводах. Оборудование для такой сварки кардинально отличается от сварки в раструб.

Для сварочных соединений методом «встык» потребуется следующее оборудование:

  • Центратор – устройство для неподвижного, соосного закрепления соединяемых концов труб. Имеет два неподвижных и два передвигающихся зажима.
  • Торцеватель – инструмент для обработки среза. Подготовленные срезы должны соприкасаться друг с другом полностью. Допустимый зазор составляет не более 0,5 мм, для трубопроводов большого диаметра это расстояние допустимо увеличить до 0,7 мм. Если зазор при примерке больше, то трубы вновь следует обработать.
  • Сварочный аппарат для торцевой сварки. Он представляет собой нагревательную пластину, покрытую тефлоном.
  • Специальный привод, который сближает и соединяет оплавленные концы трубопровода. Есть гидравлические или механические разновидности.
  • Редукционные вкладыши, которые противодействуют деформации мягкой полиэтиленовой трубы.
  • Блок управления, если процесс автоматизирован.

Сварку проводят в автоматическом режиме. Алгоритм операций следующий:

  • концы трубопровода закрепляют в центровочной станине;
  • снимают фаску и зачищают (операция выполняется одновременно);
  • соединяемые концы одновременно нагревают специальным сварочным «зеркалом», глубина расплавления материала около 2 мм;
  • удерживают под давлением до остывания.

трубопровод

В результате манипуляций должно получиться герметичное соединение с внешним наплавленным валом.

Сварка встык является недорогой (при наличии собственного оборудования) и повсеместно используется при монтаже централизованных магистралей. Для прокладки индивидуальных коммуникаций оборудование можно взять напрокат.

Сварка экструдером

Сварка с использованием экструдера (специальный инструмент для расплавления гранулированного полимера) применяется в промышленном строительстве для монтажа криволинейных трубопроводов. Это удешевляет работы, поскольку не требует соединительных фитингов.

Соединение полиэтиленовых труб экструдером схематично выглядит так:

  • Трубы обрезают под необходимым углом, очищают от стружки и заусенец.
  • Ветошью стирают грязь с места среза, обезжиривают раствором на спиртовой основе.
  • Вручную сводят срезы встык и фиксируют в необходимом положении точечной сваркой – прихватывают.
  • Тщательно проваривают шов экструдером.

Монтаж при помощи электросварных фитингов требует закупки дорогостоящих комплектующих. Для работы потребуется особый сварочный аппарат без нагревающегося сегмента.

Электросварные фитинги – это детали для соединения труб из полимерных материалов, внутрь которых вмонтированы нагревательные элементы для расплавления внешней части трубы и внутренней части фитинга. Результатом является сплавление составляющих в одно целое. Для подключения к сварочному аппарату на детали есть готовые контакты.

По технологии выполнения работ монтаж трубопровода на электросварных фитингах является самым простым. Достаточно вставить концы соединяемых труб в фитинг и подсоединить его к сварочному аппарату. Процесс нагрева, расплавления материала трубы и муфты является автоматическим. Для этого на каждой детали имеется особый штрих код с информацией о температуре и времени нагрева.

сварка встык

Недостаток у этого метода соединения полиэтиленовых труб один – его дороговизна.

Любая инструкция по эксплуатации сварочного оборудования (особенно импортного) содержит фразу типа «Дальнейшее описание правил эксплуатации аппарата не может заменить обязательного обучения сварке полиэтиленовых труб в специализированном учебном центре». Действительно, автору приходилось встречать людей, которым когда-то «дядя Вася показал», как варить.

К сожалению, большинство Российских учебных центров образованы при коммерческих фирмах, торгующих сварочным оборудованием какой-либо определенной марки. Учебный центр сам по себе дело не прибыльное, коммерческая фирма содержит его в основном для «проталкивания» своего товара. Вряд ли можно надеяться, что в таком центре вам дадут подробные и объективные знания по технологии сварки полиэтиленовых труб. И уж тем более, вряд ли научат выбирать оборудование среди конкурирующих марок.

Вторая проблема – в учебный центр будущего сварщика калачом не заманишь. Технология сварки полиэтилена ошибочно представляется простой, а времени всем не хватает.

Автор поставил себе несколько задач:

  • В меру своих сил способствовать тому, чтобы в нашей стране полиэтиленовые трубопроводы были надежными. А для этого:
  • Не просто дать формальное описание различных режимов стыковой сварки, а подробно объяснить, почему так. Иначе русского человека не переубедить.
  • На основе объяснения физических принципов стыковой сварки развенчать некоторые популярные мифы. Иначе любой менеджер торгующей организации уверенным голосом делает из нашего человека идиота.
  • На основании действующих нормативов объяснить требования к сварочному оборудованию и научить это оборудование выбирать. Иначе, опять же, продавцы обманут.

Автор берет на себя смелость утверждать, что внимательное изучение всего, что написано далее, может служить инструкцией по сварке полиэтиленовых труб своими руками. Только практика потребуется.

Сварка электромуфтой полиэлиестрой трубы

Электромуфта

Создание сварочного шва:

  • удаление загрязнения труб от жира и других нежелательных веществ;
  • на сприраль муфты подается электрический ток что повышает температуру поэтилена и плавит его.
  • далее нагреваються торцы под. муфтой
  • трубопровод расширяется создавая тем самым необходимое для сварки давление.
  • электричество отключается и свариваемая пнд труба остывает, тем самым образовывается надежное герметичное соединение. После остывания, ее извлекают и делают печать документа- протокол электросварки.

Наибольшее применение имеют трубы из полиэтилена низ-кой и высокой плотности, полипропилена и поливинилхлорида диаметром до 315 мм. В ближайшем будущем намечено приме-нение труб из полиэтилена высокой плотности диаметром до 630 мм. Основной тип соединения таких труб при строительстве трубопроводов — сварка встык.

Таблица 4.1.
Ориентировочные значения параметров режима сварки некоторых термопластов нагретым инструментом (прямым нагревом)

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Отделка прихожей декоративным камнем и обоями Фото готовых работ

* Светостабилизирован техническим углеродом.

Высокое качество сварных соединений пластмассовых трубо-проводов обеспечивается при проведении комплекса мероприя-тий по контролю на различных стадиях производства. Этот ком-плекс включает три этапа: предупредительный контроль (до на-чала сварки), активный (в процессе сварки) и приемочный (после завершения сварки) .

Предупредительный контроль включает в себя контроль каче-ства свариваемых материалов, выбор сварочного оборудования с учетом показателей его эффективности, проверку квалификации сварщиков и контроль технологической подготовки производства.

При поступлении на склад необходимо сортировать трубы так, чтобы на сборку поступали трубы, близкие по геометриче-ским параметрам. На их поверхности и по торцам не должно быть трещин, пузырей, раковин и посторонних включений, ви-димых простым глазом, следов холодных спаев и разложения материала.

  • ПЭ32. Имеют наименьшую плотность и поэтому практически нигде не используются.
  • ПЭ63. Их часто используют для разводки водоснабжения в частных домах или же в безнапорных системах. Намного реже их применяют во время создания канализационных систем, так как они очень плохо справляются с сильным давлением и быстро ломаются.
  • ПЭ80. Могут использоваться как внутри, так и снаружи. При наружном использовании их следует утеплять.
  • ПЭ100. Данные изделия являются наиболее тяжелыми и прочными. Они применяются практически во всех областях. Довольно часто используют в разводке отопления и для доставки газов и жидкостей под сильным давлением.

Приложение 1. Список нормативно-технической и справочной литературы.

  1. ГОСТ 18599-2001 с изм. № l и№ 2 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.
  2. ГОСТ Р 50838-2009 Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия.
  3. ГОСТ Р 52134-2003. Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления.
  4. ГОСТ Р 52779-2007 Детали соединительные из полиэтилена для газопроводов. Общие технические условия.
  5. ГОСТ Р ИСО 12176-1 – 2011 Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка встык плавлением.
  6. ГОСТ Р 55276- 2012 Трубы и фитинги пластмассовые. Процедуры сварки нагретым инструментом в стык полиэтиленовых (ПЭ) труб и фитингов, используемых для строительства газо- и водопроводных распределительных систем.
  7. ГОСТ ИСО 161-1-2004 Трубы из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред.
  8. СП 42-103-2003 Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов.
  9. СП 40-102-2000 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов.
  10. РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю.
  11. ПБ 03-440-02 Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля.
  12. Газопроводы из полимерных материалов. Пособие по проектированию, строительству и эксплуатации. Шурайц А.Л., Каргин В.Ю., Вольнов Ю.Н., Саратов, «Волга-XXI век», 2012.
  13. Удовенко В.Е., Тхай В.С., Коршунов Ю.В. Полиэтиленовые трубопроводы — это просто. М.: ЗАО «Полимергаз», 2012.
  14. Сварка и контроль газопроводов из полимерных материалов. В помощь сварщикам и специалистам сварочного производства. В.Ю. Каргин, А.Л. Шурайц, Саратов: 2003.
  15. Сварка полиэтиленовых трубопроводов встык нагретым инструментом. Учебно-методическое пособие, М.: ООО «ЦентрТехФорм», 2014.
  1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ, с изменениями, внесенными федеральными законами от 07.08.00 № 122-ФЗ, от 10.01.03 № 15-ФЗ, от 22.08.04 № 122-ФЗ, от 09.05.05 № 45-ФЗ, от 18.12.06 № 232-ФЗ.
  2. ГОСТ 18599-2001 с изм. № l и№ 2 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.
  3. ГОСТ Р 50838-2009 Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия.
  4. ГОСТ Р 52134-2003. Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления.
  5. ГОСТ Р 52779-2007 Детали соединительные из полиэтилена для газопроводов. Общие технические условия.
  6. ГОСТ Р ИСО 12176-1 – 2011 Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка встык плавлением.
  7. ISO 12176–1:2006 Plastics pipes and fittings – Equipment for fusion jointing polyethylene systems – Part 1: Butt fusion.
  8. ГОСТ Р 55276- 2012 Трубы и фитинги пластмассовые. Процедуры сварки нагретым инструментом в стык полиэтиленовых (ПЭ) труб и фитингов, используемых для строительства газо- и водопроводных распределительных систем.
  9. ISO 21307:2011. Plastics pipes and fittings — Butt fusion jointing procedures for polyethylene (PE) pipes and fittings used in the construction of gas and water distribution systems
  10. DVS 2207 Welding of Thermoplastics (Сварка термопластов).
  11. ГОСТ ИСО 161-1-2004 Трубы из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред.
  12. ГОСТ 11262-80 Пластмассы. Метод испытания на растяжение.
  13. ГОСТ 14782-86 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.
  14. СНиП 42-01-2002 Газораспределительные системы. М., 2002.
  15. СНиП 3.05.04-85* Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.
  16. СНиП 3.05.05-84 Технологическое оборудование и технологические трубопроводы.
  17. СНиП 2.04.02 -84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., 2001.
  18. СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве.
  19. СН 478-80 Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб.
  20. СН 550-82 Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб.
  21. ВСН 440-83 Инструкция по монтажу технологических трубопроводов из пластмассовых труб.
  22. СП 42-103-2003 Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов.
  23. СП 42-101-2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.
  24. СП 62.13330.2011 Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002.
  25. СП 40-102-2000 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов.
  26. СТО Газпром 2-2.3-357-2009 Методы присоединения вновь построенных или реконструируемых газовых сетей к действующим газопроводам.
  27. ПБ 12-529-03 Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.
  28. ПБ-03-273-99 Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства.
  29. РД 03-495-02 Технологический регламент проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства.
  30. РД 03-613–03 Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов.
  31. РД 03-614-03 Порядок применения сварочного оборудования при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов.
  32. РД 03-615-03 Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов.
  33. РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю.
  34. РРС 03-1946 Методика ультразвукового контроля качества сварных стыковых соединений полиэтиленовых газопроводов.
  35. Полиэтиленовые газовые сети. Материалы для проектирования и строительства. В.Ю. Каргин, В.Е. Бухин, Ю.Н. Вольнов, Саратов: 2001.
  36. Газопроводы из полимерных материалов. Пособие по проектированию, строительству и эксплуатации. Шурайц А.Л., Каргин В.Ю., Вольнов Ю.Н., Саратов, «Волга-XXI век», 2012.
  37. Удовенко В.Е., Тхай В.С., Коршунов Ю.В. Полиэтиленовые трубопроводы — это просто. М.: ЗАО «Полимергаз», 2012.
  38. Сварка полимерных материалов. Справочник/ под ред. Зайцева К.И. М.: «Машиностроение», 1988.
  39. 3Сварка и контроль газопроводов из полимерных материалов. В помощь сварщикам и специалистам сварочного производства. В.Ю. Каргин, А.Л. Шурайц, Саратов: 2003.
  40. Сварка полимеров и склеивание материалов. Справочник. С.И. Казаков, Л. Н. Лапшин, С.М. Григорьев. М.: «Центр промышленного маркетинга», 2004.
  41. Manuale del tecnico per la saldatura di tubi e raccordi in polietilene. L’Atelier, 2002.
  42. L.-E. Janson. Plastic Pipes for Water Supply and Sewage Disposal. Stockholm, Borealis, 2003.
  43. Куценко Г. И., Шашкова И. А. Основы гигиены труда и производственной санитарии, М.: Высшая школа, 1990.
  44. Сварка полиэтиленовых трубопроводов встык нагретым инструментом. Учебно-методическое пособие, М.: ООО «ЦентрТехФорм», 2012.
  45. Комплексное решение вопросов монтажа и реконструкции трубопроводов. Каталог, М.: ООО «ЦентрТехФорм», 2012.
  46. Соединительные детали для сварки полиэтиленовых труб. Каталог, М.: ООО «ЦентрТехФорм», 2012.
  47. 4ГОСТ Р 54792 – 2011 Дефекты в сварных соединениях термопластов. Описание и оценка.
  48. ГОСТ 12.1.044-89 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
  49. ОК 016 – 94 Общероссийский классификатор профессий рабочих, должностей служащих и тарифных разрядов.
  50. ПУЭ Правила устройства электроустановок.

Сварка пнд: цена, аренда

Многие фирмы в крупных городах предлагают услугу-аренду аппарата для сварки пнд труб. Пользователь избегает необходимости купить аппарат для сварки, и получить его во временное пользование, сэкономив средства.

Преимущества аренды
аппарата для сварки.

  1. спец. оборудование довольно дорогое, аренда позволяет экономить;
  2. есть большой выбор техники в соответствии с вашими меняющимися запросами.

Стоимость
аренды колеблется от 2 до 4 тысяч рублей в сутки.

Сварные соединения являются неразъемными, т.е. не могут быть разобраны без поломки деталей. Это свидетельствует о мо-нолитности (сплошности) сварных соединений. Такая монолит-ность может быть обеспечена, если между поверхностными мак-ромолекулами соединяемых деталей возникнут силы взаимодей-ствия (силы Ван-дер-Ваальса) и произойдет их взаимное пере-мещение из одной детали в другую, например за счет диффузии.

Казалось бы, достаточно сблизить поверхности на такие рас-стояния (0,3-0,4 им), на которых начинают заметно проявляться эти силы, чтобы между поверхностными макромолекулами сва-риваемых пластмасс возникли связи, исчезла граница раздела и произошла сварка. Именно этими соображениями руководству-ются некоторые авторы, определяя сварку как технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия, основанный на взаимной диффузии и химическом взаимодейст-вии макромолекул полимеров, в результате которых между со-единяемыми поверхностями исчезает граница раздела.

Однако даже в идеальном случае, когда на соединяемых по-верхностях отсутствуют микронеровности (идеально гладкие по-верхности), различные загрязнения, адсорбированные газы и другие составляющие, препятствующие такому сближению, не-обходима затрата извне деформационной и тепловой энергии. Деформационная энергия будет затрачиваться на преодоление сил отталкивания, возникающих между сближаемыми поверхно-стными атомами.

Тепловая энергия увеличивает вероятность развития взаимодействия между ними. Если исходить из таких представлений, то в сварочной зоне можно выделить два основ-ных процесса: первый — подвод и преобразование энергии и второй — движение (или превращение) вещества. Интенсивность процесса преобразования энергии и его характер определяют вид сварки .

Для осуществления процесса сварки необходима активация свариваемых поверхностей. Это достигается за счет подвода и, в некоторых случаях, преобразования энергии. Введение вещества необходимо только при некоторых видах сварки пластмасс, на-пример при сварке нагретым газом с применением присадочного материала, а также при сварке расплавом. В последнем случае с присадочным материалом и расплавом подводится и энергия.

Движение вещества при различных видах сварки пластмасс может быть значительным. Оно обусловлено перемешиванием и диффузией, протекающими в материале, нагретом до вязкотекучего состояния. Особым видом движения следует считать хими-ческую реакцию активных групп, расположенных на сваривае-мых поверхностях, между собой или с активными группами проме-жуточного вещества, которая также может протекать при подводе энергии того или иного вида (химическая сварка) .

Исходя из сказанного, можно считать, что в термодинамиче-ском смысле не может быть разницы в определении сварки пла-стмасс и металлов. Это определение может быть сформулирова-но следующим образом: сварка — это процесс получения моно-литного соединения материалов за счет введения и термодина-мически необратимого преобразования энергии и вещества в месте соединения .

Механизм процесса сварки и свариваемость пластмасс

Согласно современным представлениям, процесс сварки сле-дует рассматривать как топохимическую реакцию, т.е. химиче-скую реакцию, протекающую по поверхности твердого тела. В основе любой химической реакции лежит процесс разрыва связей в исходных веществах и возникновения новых связей, приводящий к образованию нового вещества.

Таким образом, механизм образования соединения не должен меняться при пе-реходе от одного способа сварки к другому и от одного материа-ла к другому. Изменяется только совокупность явлений на кон-тактных поверхностях, приводящая их в состояние взаимодейст-вия. Эти явления могут быть различными и определяются при-родой материала и способом сварки .

Для топохимической реакции характерно протекание в три стадии: образование физического контакта; активация контакт-ных поверхностей; объемное развитие взаимодействия.

Образование физического контакта происходит обычно при приложении к свариваемым деталям давления. В отдельных слу-чаях, когда в зону сварки поступает расплавленный присадоч-ный материал, физический контакт между ним и свариваемыми кромками может осуществляться без приложения давления или при сравнительно небольшом давлении. Это относится к сварке нагретым газом и экструзионной сварке.

Установление физического контакта между свариваемыми поверхностями может предшествовать нагреву, осуществляться после нагрева соединяемых поверхностей до температур сварки или одновременно с нагревом. В любом случае на этой стадии происходит пластическое деформирование макро- и микроне-ровностей, за счет чего происходит сближение контактирующих поверхностей.

Активация свариваемых поверхностей включает в себя их на-грев для повышения энергии теплового движения макромоле-кул. Нагрев может осуществляться либо непосредственно за счет передачи тепла от нагретых инструмента, газа или присадочного материала к свариваемым деталям, либо за счет преобразования других видов энергии в тепловую.

При сварке с использованием преобразования различных видов энергии в тепловую термической активации поверхностей будут предшествовать процессы, связанные со спецификой данного вида сварки: смещение диполей — при сварке токами высокой частоты.

Ввод и распространение ультразвуковых колебаний, а также кон-центрация и преобразование энергии механических колебаний в тепловую энергию — при ультразвуковой сварке; поглощение лучи-стой энергии — при сварке инфракрасным излучением.

Стадия термической активации может также сопровождаться развитием деформационных процессов, так как действие стати-ческой, а при ультразвуковой сварке и динамической нагрузок приводит к внедрению инструмента в поверхность соприкасаю-щейся с ним детали, а также к вытеснению пластицированного или расплавленного материала из зоны сварки.

Объемное развитие взаимодействия сопровождается рядом слож-ных физико-химических процессов, среди которых наиболее суще-ственными являются диффузия, течение и физико-химические пре-вращения. Теория сварки, в которой главенствующая роль на этом этапе отводится диффузии, названа диффузионной. Теория, в кото-рой считается, что ответственными за свариваемость являются про-цессы течения, названа реологической ~ по названию науки рео-логии, изучающей закономерности течения.

Согласно диффузионной теории, для получения со-единения необходимо, чтобы при соприкосновении двух по-верхностей вещества происходило достаточно полное их слияние (коалесценция). Полная коалесценция двух слоев жидкости происходит при непосредственном их контакте и сопровождает-ся исчезновением границы раздела между ними.

Как выполняется стыковая сварка полиэтиленовых труб инструкция по проведению работ

В случае соеди-нения полимеров одного контакта для коалесценции недоста-точно, так как должно еще произойти структурообразование в зоне контакта, которое может быть достигнуто за счет диффузии макромолекул в целом или отдельных сегментов. Перемещению сегментов препятствуют их связи с остальной макромолекулой, поэтому диффузия сегментов вызывает некоторое изменение конфигурации цепной молекулы.

Перемещение макромолекул целиком особенно легко может происходить в том случае, если контакт слоев полимера осуще-ствляется при температуре выше температуры течения. В этом случае в зоне контакта сравнительно легко возникает структура, характерная для полимера. Диффузия отдельных сегментов мак-ромолекул может происходить и при температурах, отвечающих высокоэластическому состоянию полимера, при этом перемеще-ние молекулы в целом затруднено.

Доказательством диффузионного характера процесса сварки может служить то обстоятельство, что все меры, способствую-щие тепловому движению (повышение давления и температуры, введение пластификаторов и т. д.), вызывают увеличение проч-ности сварного соединения и, наоборот, факторы, замедляющие диффузию, снижают прочность.

Сторонники реологической теории указывают, что если бы за образование соединения была ответственна только диффузия, то время сварки составляло бы десятки минут. Одна-ко на практике это время значительно меньше. Кроме того, сле-дует учитывать, что процессу диффузии неизбежно препятству-ют воздушные прослойки и загрязнения поверхностных слоев свариваемых материалов, поэтому время проникновения еще более увеличивается.

Поэтому сторонники реологической теории предполагают, что проявлению сил межмолекулярного взаимодействия и диф-фузии в контактирующих объемах предшествует ряд явлений, связанных с течением и перемешиванием расплава (1-4, 16|.

Считается, что при контакте расплавленных поверхностей напряжения, создаваемые усилием прижима (а при ультразвуко-вой сварке и динамические напряжения), вызывают сдвиг слоев расплава. При таком сдвиге происходит удаление из зоны со-единения воздушной прослойки и других инородных включе-ний, а расплав выдавливается из зоны сварки, что свидетельст-вует о получении качественного сварного соединения.

Скорость сдвига на различных участках контактирующих поверхностей может различаться из-за неравномерности распределения темпе-ратур и напряжений. Все это может привести к перемешиванию расплава в контактирующих объемах, что особенно вероятно в случаях сварки с использованием высокочастотных механиче-ских (ультразвуковая сварка) или электрических (сварка ТВЧ) колебаний |1-4}.

Явление перемешивания вязкотекучего материала в зоне свар-ки подтверждено экспериментально при изучении процесса свар-ки пластмасс нагретым инструментом. По-видимому, для макро-объемов вязкотекучего материала при сварке характерен процесс перемешивания, а для микрообъемов — процесс диффузии.

Как выполняется стыковая сварка полиэтиленовых труб инструкция по проведению работ

Если сварка проводится в интервале температур высокоэластичности, преимущественным является диффузионный механизм. При этом необходим длительный контакт свариваемых поверхностей друг с другом, сварные швы сохраняют границу раздела, а материал в зоне соединения не отличается от исходного по надмолекулярной структуре.

Если сварка проводится в интервале температур вязкотекучести (для аморфных полимеров) или в интервале температур плавления (для частично-кристаллических полимеров), процесс подобен сварке металлов. Под воздействием внешних сил про-исходит быстрая коалесценция расплава, сопровождающаяся перемещением и перемешиванием слоев.

При этом слои распла-ва, содержащие газовые и оксидные включения, удаляются из зоны сварки, что облегчает дальнейшую взаимную диффузию участков молекулярных цепей и целых макромолекул в микро-объемах. В сварных швах таких соединений практически отсут-ствует граница раздела соединяемых поверхностей.

В связи с тем, что сварка плавлением на заключительном этапе связана с течением расплава, свариваемость пластмасс оценивают по таким характеристикам, как энергия активации вязкого течения, температурный интервал вязкотекучего состоя-ния и вязкость расплава. В свете этих представлений становится очевидным, что чем меньше энергия активации вязкого течения и вязкость расплава и чем больше температурный интервал вяз-котекучести, тем более вероятно образование высококачествен-ного сварного соединения. По реологическим свойствам пласт-массы могут быть разделены на три группы (1, 4, 10, 16, 18, 19|.

К первой группе можно отнести неориентированные термо-пласты, у которых энергия активации вязкого течения значи-тельно меньше энергии химической связи и не превышает 150 кДж/моль; температурный интервал вязкотекучего состояния (Tт и Тр где Tт — температура текучести, а Тр- температура разложе-ния) превышает 50 °С; вязкость расплава составляет 102-105 Па. с.

Такие термопласты при нагреве переходят в вязкотекучее со-стояние без термодеструкции и пребывают в вязкотекучем со-стоянии в достаточно широком интервале температур; при этом вязкость расплава такова, что при незначительных усилиях мо-жет быть обеспечена быстрая и полная его коалесценция. Эти термопласты хорошо свариваются плавлением различными ме-тодами сварки в широком интервале режимов. Наиболее типич-ные представители этой группы термопластов — полиолефины.

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector