Технология сварки полиэтиленовых труб

Мы - команда единомышленников-профессионалов с опытом работы более 10 лет в области строительства полиэтиленовых трубопроводов (газопроводов, водопроводов, отопления и канализации) и гидроизоляции (полигонов ТБО, навозохранилищ и искусственных водоёмов). Мы объединились с целью сэкономить Ваше время, предоставив комплексное решение по поставке в Ваш адрес всех видов продукции.

Задать вопрос
Соединение полиэтиленовых труб и деталей между собой осуществляется при помощи сварки, целью которой является получение неразъемных соединений, равнопрочных (или близких по прочности) основному материалу. Хорошая свариваемость является одним из важнейших факторов, определяющих широкое применение полиэтиленовых труб в строительстве. Образование неразъемного соединения происходит за счет введения в зону сварки определенных видов энергии (тепловой, деформационной) и в некоторых случаях ее преобразования, а также движения или преобразования вещества. Характер энергии и интенсивность ее преобразования определяют класс и вид сварки. Разделение сварки по ее типам зависит от механизма воздействия на исходный материал. 
Основными технологиями сварки полиэтиленовых труб являются: сварка нагретым инструментом встык и сварка при помощи соединительных деталей с закладными нагревателями, так же ее называют муфтовой сваркой. 

Сварка нагретым инструментом встык

Нагрев свариваемых поверхностей производится металлическим нагретым инструментом. Из-за прямого контакта с нагретым инструментом теплоперенос гораздо более интенсивный, чем в случае сварки горячим воздухом; распределение тепла в массе свариваемого материала в этом случае также более благоприятно, никакие зоны материала не получают большего термического стресса, чем необходимо для сварки. Получаемые в результате сварные швы не имеют зон термически поврежденного материала. Прочность соединения труб при таком способе сварки не ниже, чем прочность исходной трубы. 


sv1.jpg 
Рисунок №1 «Сварка встык» 


Сварка встык заключается, в принципе, в нагреве торцов свариваемых труб до расплавления материала и в последующем сжатии нагретых торцов для остывания. Однако, реализация этой простой идеи требует аккуратного выполнения целого ряда условий для получения качественного сварного соединения. Современные автоматизированные аппараты для стыковой сварки существенно снижают влияние человеческого фактора на качество стыкового сварного соединения, но полностью его не устраняют. 
Минимальный состав оборудования показан на рис. 2 и 3 и зависит от типа привода аппарата. 



sv2.jpg
Рисунок №2 «Состав оборудования с механическим приводом для стыковой сварки» 

sv3.jpg
Рисунок №3 «Состав оборудования с гидравлическим приводом для стыковой сварки» 

В состав оборудования обязательно входит: 
• центратор с одним или двумя неподвижными зажимами для трубы (1) и одним или двумя подвижными зажимами (2). 
• Центратор располагается на раме (3). 
• Подвижные хомуты приводятся в движение с помощью давления масла в гидросистеме, производимого гидравлическим агрегатом, или с помощью ручки механического привода (4). 
• Для очистки и выравнивания торцов свариваемых труб перед нагревом служит торцеватель (5), который может быть электрическим или механическим. 
• Для нагрева свариваемых торцов предназначено сварочное зеркало (6). 
• Торцеватель и зеркало могут быть закреплены на раме центратора, а могут храниться на подставке (7). 
• Для фиксации труб различных диаметров служат сменные вкладыши (7) для подвижного и неподвижного зажимов центратора. 
Свариваемые части трубопровода должны быть зафиксированы в центраторе (см. рис. 4) сварочного аппарата. Как правило, центратор жестко крепит одну трубу и обеспечивает осевое перемещение второй трубы. Для устранения трения подвижной трубы о землю целесообразно пользоваться, например, роликовыми упорами. 
Кроме коаксиальной фиксации труб, фиксатор обеспечивает перемещение подвижной трубы в направлении неподвижной трубы с контролируемым усилием. Наиболее распространенные способы создания усилия – механический (вращение ручки привода) и гидравлический. 

sv4.jpg
Рисунок №4 «Фиксация труб в центраторе» 

Для предотвращения прилипания трубы к нагретому инструменту и для облегчения удаления нагретого инструмента из зоны сварки после нагрева, поверхность инструмента, как правило, покрыта тефлоном. Тефлоновые покрытия также облегчают очистку инструмента. 
После фиксации труб их торцы выравниваются и торцевателем (см. рис. 5), который представляет собой дисковый рубанок. Свариваемые поверхности необходимо прижать к рабочим поверхностям торцевателя и обработать до достижения ровной плоской поверхности. Для максимального приближения формы готовой поверхности к идеальной плоскости глубина торцевания за один проход ножа торцевателя не должна превышать 0,2 мм. Торцеватель обеспечивает последующее плотное прилегание свариваемых торцов труб к поверхности нагретого инструмента, а также удаляет возможные загрязнения и оксидный слой. 
Момент окончания торцевания легко определить визуально по появлению сплошной кольцевой стружки с обеих сторон торцевателя. 
Не останавливая торцеватель, ослабьте усилие прижима и отведите подвижную трубу от торцевателя. Это позволит плавно и без задиров закончить торцевание. 


sv5.jpg
Рисунок №5 «Установка торцевателя между свариваемыми торцами труб» 

После торцевания необходимо чистым инструментом удалить стружку из зоны сварки, особенно – изнутри трубы. Не касайтесь свариваемой поверхности руками! 
После удаления стружки сведите трубы и проверьте плотность прилегания свариваемых поверхностей. Остаточный зазор не должен превышать значения, указанного в табл. 1. Кроме того, несовпадение стенок свариваемых труб должно быть не более 10% толщины трубы. Некоторые конструкции центраторов позволяют в случае необходимости уменьшить несовпадение специальными регулировками соосности. Отторцованные трубы должны выступать из фиксирующих зажимов центратора на расстояние не менее толщины стенки этих труб (см. п.5). 
Таблица №1 «Максимально допустимая величина зазора между торцами труб» 
Наружный диаметр трубы, мм 
Ширина зазора, мм 
≤ 355 0,5
400 … < 630 1,0
630 … < 800 1,3
800 … < 1000 1,5

Нагревательный элемент (т.н. сварочное зеркало), нагретый до необходимой температуры располагается между свариваемыми торцами труб, затем торцы труб прижимаются к нагревательному элементу для предварительного нагрева.
При небольшом увеличении видно, что гладкая на вид поверхность сварочного зеркала на самом деле имеет неровности. Поверхность торца трубы, обработанная торцевателем, тоже всё-таки отличается от идеальной плоскости. Поэтому для достижения равномерного контролируемого нагрева свариваемых торцов необходимо в первый момент эти торцы прижать к нагретому сварочному зеркалу с существенным усилием. Через короткое время материал свариваемых поверхностей оплавляется и плотно прижимается к поверхности сварочного зеркала, увеличивая площадь теплопереноса до 100% площади торца трубы. 
В результате нагрева под давлением по внешнему и внутреннему периметру торца трубы выступает валик пластифицированного материала, который называется гратом (см. рис. 1). Отрицательной особенностью грата является некоторое уменьшение условного прохода трубы после завершения сварки; поэтому, в частности, детали безнапорной канализации не рекомендуется соединять с помощью сварки. 
Однако, грат увеличивает толщину стенки трубы в месте сварного шва. Если учесть, что любой полимер при нагреве до пластического состояния в большей или меньшей степени подвергается термическому шоку, то увеличение толщины стенки в зоне сварного шва – это единственный способ достичь здесь прочности не ниже прочности исходной трубы. Поэтому нагрев с приложением усилия продолжают и после того, как достигнут 100% тепловой контакт между сварочным зеркалом и торцом трубы – пока грат не достигнет рекомендуемой величины. Очевидная закономерность: необходимая высота грата тем больше, чем больше толщина стенки свариваемых труб (или толщина свариваемых листов). Оптимальная высота грата к моменту окончания предварительного нагрева определена для каждой толщины свариваемых изделий и для различных термопластов, она указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2).

Таблица №2 «Основные параметры для сварки встык труб из ПНД» 

Толщина стенки, мм Температура сварочного зеркала, °С Высота грата, мм (Р=1,5 кгс/см2) Время нагрева, сек. (Р=0,15 кгс/см2) Время перестановки, сек. Сварка (Р=1,5 кг/см2)
Время осадки, сек. Охлаждение, мин.
до 4,5 210 0,5 45 5 5 6
4,5 - 7,0 207 1,0 45-70 5-6 5-6 6-10
7,0 - 12,0 200 1,5 70-120 6-8 6-8 10-16
12,0 - 19,0 197 2,0 120-190 8-10 8-11 16-24
19,0 - 26,0 193 2,5 190-260 10-12 11-14 24-32
26,0 - 37,0 192 3,0 260-370 12-16 14-19 32-45
37,0 - 50,0 
191 3,5 370-500 16-20 19-25 45-60
50,0 - 70,0 190 4,0 500-700 20-25 25-35 60-80

После нагрева поверхностей решающее значение имеет быстрое удаление нагретого инструмента и совмещение нагретых свариваемых поверхностей. При этом необходимо не смять, не запачкать и не повредить другим способом нагретые поверхности! Максимально допустимое время на отведение подвижной трубы, удаление сварочного зеркала и сведение торцов труб называется временем перестановки и указывается в сварочных таблицах. Превышение этого времени ведет к остыванию оплавленных торцов и, как следствие, к плохому качеству шва. Очевидно, что для более толстостенных изделий допустимое время перестановки выше (см. табл. 2). 
Скорость сведения труб в момент их контакта должна быть как можно ближе к нулю. Приложение значительного давления в первый момент контакта приведет к выдавливанию расплавленного материала из зоны шва и, к тому же, сильно увеличит высоту грата. 
От момента контакта свариваемых поверхностей, по мере остывания материала, давление прижима поверхностей необходимо медленно и плавно увеличивать до рекомендуемого давления охлаждения. При увеличении давления расплавленный материал частично выдавливается из зоны шва и течет в направлении наружного и внутреннего грата, при этом тонкий слой материала, окислившийся и остывший во время перестановки, смешивается с более глубокими слоями и не оказывает отрицательного влияния на качество шва. 
Экспериментально определенное оптимальное время, в течение которого должно быть плавно достигнуто давление охлаждения, известно как время осадки и указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2). Во время осадки и на первом этапе последующего охлаждения происходит окончательное формирование грата. 
При охлаждении окончательно формируется зона сварного соединения. Основная идея этого процесса состоит в том, чтобы толщина стенки трубы в зонах, прилегающих к сварному шву, увеличилась. Причем это увеличение должно быть тем больше, чем больше был нагрет (подвергся термической деградации) материал в данной точке. Рекомендуемые режимы нагрева и осадки подобраны таким образом, что оптимальным для охлаждения является усилие прижима, равное усилию при предварительном нагреве. 
После осадки давление прижима деталей сохраняется постоянным до полного охлаждения при комнатной температуре. Время охлаждения зависит от материала и толщины стенки свариваемых труб (или толщины листов) и указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2). 
Не следует пробовать ускорить остывание (применение холодной воды или пр.) – это приведет к созданию внутренних напряжений в материале и, как результат, к снижению прочности шва. 
После остывания сваренные части можно вынуть из аппарата. 
Замечание: Перед раскрытием зажимов, фиксирующих трубы в фиксаторе, не забудьте сбросить усилие прижима до нуля! 
Как видно из описания процедуры сварки встык, этот способ сварки требует точного выполнения целого ряда последовательных процедур на довольно сложном оборудовании. Поэтому выбор между стыковой и раструбной сваркой склоняется в пользу стыковой сварки чаще при монтаже трубопроводов большого диаметра: 
• соединительные муфты для раструбной сварки трубопроводов больших диаметров, если бы они были представлены на рынке, стоили бы очень дорого по технологическим причинам; 
• раструбная сварка трубопроводов большого диаметра (в отличие от малых диаметров), так же как и стыковая сварка, требует применения центратора; поэтому нет преимущества простого дешевого оборудования. 
Из всего многообразия термопластов, для производства трубопроводов большого диаметра (выше 110мм) в подавляющем большинстве случаев производятся из ПНД по причине его невысокой цены и удовлетворительных потребительских свойств. Поэтому основное применение стыковой сварки нагретым инструментом – это монтаж трубопроводов из ПНД сравнительно больших диаметров. 
Монтаж трубопроводов из ПНД для газоснабжения и других объектов повышенной опасности требует современного автоматического оборудования для стыковой сварки, которое значительно снижает влияние человеческого фактора на качество шва, а также позволяет сохранить важные параметры сварочного процесса в памяти оборудования и распечатать т.н. «паспорт шва». 
Фасонные детали для трубопроводов из ПНД (отводы, тройники и пр.) изготавливаются с расчетом на стыковую сварку, т.е. торец соединительной детали совпадает с торцом трубы. Для труб сравнительно небольших диаметров (до 225 мм) фасонные детали изготавливаются как методом литья под давлением, так и сваркой из трубы. Для бoльших диаметров, по технологическим причинам, фасонные детали только свариваются из трубы. 

Сварка при помощи соединительных деталей с закладными нагревателями

Благодаря своим особенностям, электромуфтовая сварка занимает в этом ряду незаменимое положение: 
• В отличие от стыковой сварки, электромуфтовая сварка не образует внутреннего грата и, соотвественно, не приводит к снижению проходимости труб. Поэтому применяется, в т.ч., и для безнапорных трубопроводов дренажа и канализации. 
• Если говорить о средних и больших диаметрах труб, то оборудование для электромуфтовой сварки значительно легче, дешевле и универсальнее, чем оборудование для стыковой или раструбной сварки. Кроме того, оборудование для электромуфтовой сварки не имеет подвижных частей или поверхностей, покрытых тефлоном, поэтому реже приводится в негодность нерадивыми пользователями, и поэтому охотнее сдается в аренду продавцами оборудования. 
• Качество сварного соединения при электромуфтовой сварке значительно меньше зависит от человеческого фактора, чем при стыковой или даже раструбной сварке. 
• Электромуфтовая сварка позволяет сварить трубы, когда ни одна из труб не имеет возможности осевого перемещения. Поэтому совершенно незаменима при ремонте трубопровода. 
К недостаткам электромуфтовой сварки можно отнести только один – сравнительно высокую стоимость соединительных деталей. 
Как и при любом другом способе сварки пластмасс, все свариваемые поверхности должны быть чистыми. Особенно, чистыми от любого жира. При электромуфтовой сварке давление прижима свариваемых поверхностей возникает в результате нагрева и расширения трубы и составляет гораздо меньшую величину, чем при стыковой сварке. А сдвиговые нагрузки и перемешивание материала свариваемых поверхностей, как при раструбной сварке, вообще отсутствует. Поэтому требования к чистоте свариваемых поверхностей здесь настолько же серьезны, как и при сварке горячим воздухом или при экструзионной сварке. 
Нормы DVS 2207-1 (Германия) предписывают очищать внутреннюю (свариваемую) поверхность фасонной детали чистой салфеткой или ветошью, неокрашенной и не оставляющей волокон, смоченной обезжиривающей жидкостью. Жидкость должна быть полностью высыхающая. 
А для свариваемых поверхностей трубы предписано использовать механическую очистку (снятие стружки), предварительно убедившись в чистоте очищающего инструмента (скребка или ножа). 
Как и при любом другом способе сварки пластмасс, остывание сварного соединения должно быть естественным. 
Очевидно, что чем больше диаметр свариваемых труб и соединительной детали, тем больше тепла необходимо для оплавления свариваемых поверхностей. Простейший способ регулирования количества тепла – это изменение времени нагрева при постоянном напряжении питания спирали. 
В подавляющем большинстве случаев тип, диаметр, SDR и прочие конструктивные особенности фасонной детали определяют два сварочных параметра – не только время нагрева спирали, но также и напряжение питания. 

Галерея

Заказать услугу