Метод сварки встык
Данный метод позволяет соединять полиэтиленовые трубы сварным швом при помощи специального оборудования для сварки в стык. Сварной шов (или «стык») равен по прочности на разрыв самой полиэтиленовой трубе. Сваркой нагретым инструментом соединяют ПЭ трубы диаметрами от 50 мм до 1600 мм включительно. Стандартные технологические режимы сварки рассчитаны на работы при температуре воздуха от -10оС до +30оС. Если температура воздуха на улице выходит на рамки стандартных температурных интервалов, то сварку полиэтиленовых труб необходимо проводить в укрытие, для соблюдения технологических параметров. Сварку напорных ПНД труб встык разделяют на два основных этапа: подготовительные работы и непосредственно сама сварка. Подготовительный этап включает в себя:
- проверку работоспособности и подготовку к работе сварочного оборудования,
- подготовку места для размещения сварочного оборудования,
- выбор необходимых параметров для сварки,
- закрепление ПЭ труб и центровка в зажимах сварочного аппарата,
- механическую обработку торцов свариваемых поверхностей у труб или деталей.
При подготовке оборудования подбираются вкладыши и зажимы, соответствующие диаметру свариваемой трубы. Рабочие поверхности нагревателя и инструмента для обработки ПЭ труб должны быть очищены от грязи и пыли. Работоспособность оборудования проверяется при визуальном осмотре узлов и комплектующих сварочного аппарата, а также при контрольном включении. У сварочной машины проверяют плавность хода подвижного зажима центратора и работу торцевателя. Размещение сварочного оборудования производят на заранее подготовленной и расчищенной площадке или трассе трубопровода после складирования на ней ПЭ труб. Если необходимо, то место сварки защищают при помощи тентов, чтобы оградиться от атмосферных осадков, песка и пыли. В сырую погоду рекомендуется устанавливать сварочное оборудование на деревянные щиты. А свободный конец полиэтиленовой трубы рекомендуется закрывать инвентарными заглушками для предотвращения сквозняка внутри трубы во время сварки.
Сборку свариваемых напорных ПНД труб и деталей, включающую установку, центровку и закрепление свариваемых концов, производят в зажимах центратора сварочной машины. Зажимы сварочного аппарата для ПЭ труб стягивают так, чтобы предотвратить проскальзывание труб и устранить, в пределах возможного, овальность на торцах. При сварке ПЭ труб большого диаметра встык, так как они обладают достаточно большим собственным весом, под свободные концы подставляют опоры, чтобы выровнять трубу и не дать возможности смещения свариваемого конца трубы. Последовательность проведения процесса сварки:
- вначале замеряют усилие необходимое для перемещения подвижного зажима с закрепленной трубой,
- устанавливают между торцами труб нагреватель, разогретый до необходимой температуры,
- проводят процесс оплавления, прижимая торцы ПЭ труб к нагревателю, создавая необходимое давление,
- торцы сдавливают некоторое время (по технологии сварки для данной полиэтиленовой трубы) до появления первичного грата высотой от 0,5 до 2,0 мм,
- после появления первичного грата снижают давление и выдерживают его в течении времени, необходимого для прогрева торцов труб,
- после окончания процесса прогрева отводят подвижный зажим центратора на 5-6 см назад и удаляют нагреватель из зоны сварки,
- после удаления нагревателя сводят концы полиэтиленовых труб до соприкосновения, создавая давление необходимое для осадки,
- давление осадки выдерживают в течении времени, необходимого для остывания стыка, а после проводят визуальный контроль полученного сварного шва по размерам и конфигурации наружного грата,
- после маркируют полученный сварной шов.
4 Нормативная база сварки встык
Как видно из , 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!
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!
Пред.
2
След.
Правила проведения работ
Прежде, чем приступить к сварке, необходимо убедиться в выполнении подготовительных работ:
необходимо очистить зону шва от механических загрязнений и обезжирить ее;
важно соблюдать климатические условия, оговоренные заводом-изготовителем: температуру и влажность;
соединяемы детали следует закрепить так, чтобы они не смещались друг относительно друга.
Встык
Рекомендуется такая последовательность действий:
- закрепить и отцентровать торцы в оправке, оснащенной гидроцилиндрами;
- торцы выравниваются, на них выполняется фаска;
- между торцами вкладывают пластину нагревателя, прижимают к ней торцы с помощью гидроцилиндров и нагревают пластик до оплавления;
- пластину извлекают и гидравликой сдавливают торцы вместе до образования симметричного стыкового буртика.
После остывания оправку снимают и переносят к следующему стыку.
Метод используется для трубопроводов с толщиной стенок от 5 до 50 мм.
В раструб
Раструб на одном из свариваемых концов делается при изготовлении или используется муфта с двумя раструбами. Способ обходится дороже, чес сварка встык, но обеспечивает высокую надежность ввиду большей площади соединения
Сваривать следует в такой последовательности:
- торцы обрезают и формируют фаску;
- поверхность очищают от загрязнений и обезжиривают;
- раструб муфты и торец нагревают паяльником через насадки;
- соединяют нагретые детали, прижимают и выдерживают до полного остывания и затвердевания шва.
Этот тип соединения используют для более ответственных конструкций, когда надежность и долговечность важнее экономии.
Склеивание акрилатным клеем с наполнителем
Наилучший клей – это Weicon Easy-Mix PE-PP. Он специально разработан для материалов со слабой адгезией. Большинство жидкостей очень плохо «прилипают» к полиэтилену, и просто выдавливаются из места соприкосновения поверхностей.
Но в этом клее есть добавка крошечных стеклянных шариков, которая не дает клею уйти из места склейки, образуя зазор необходимой толщины. Поэтому поверхность склеивания получается достаточной и клей при застывании скрепляет поверхности прочно. Лучше, чем склеить полиэтилен найти сложно.
Поверхности перед склейкой должны быть тщательно обезжирены и высушены. Подавать клей можно только из смесителя фирменной упаковки. Наилучшая температура для выполнения работы +21…+23 °С. Клей в жидком состоянии годен не более 2-3 минут. Нанеся слой, необходимо тут же состыковать поверхности. Полная готовность шва (наибольшая механическая прочность) для полиэтилена будет достигнута за несколько часов (4-5 по опыту работавших с клеем). Выдержка клеевого шва проводится при температуре от +15 до +70 градусов.
Сущность процесса контактной стыковой сварки
Главными процессами при стыковой сварке являются нагрев и пластическая деформация свариваемых кромок. Благодаря этим процессам происходит удаление оксидных плёнок, образование физического контакта и формирование соединения с требуемыми механическими свойствами.
Нагрев свариваемого металла
Нагрев осуществляют с целью достичь заданной температуры в месте стыка и прогреть зону термического влияния на определённую глубину для достижения требуемой степени на стадии осадка. При сварке сопротивлением основная доля тепловой энергии, порядка 85-90% расходуется на сопротивление деталей, тепловое поле получается равномерным. В случае применения длительных импульсов тока прогрев околошовной зоны увеличивается.
При стыковой сварке оплавлением температурное поле определяется уровнем сопротивления перемычек, который зависит от их количества и размеров. Поэтому тепловое поле получается неравномерным по длине деталей, а в некоторых случаях и по сечению.
Одним из важных параметров режима сварки является скорость оплавления. В большинстве случаев скорость оплавления увеличивают в процессе сварки для того, чтобы процесс протекал более устойчиво. При сварке сечений с площадью до 100 см2 рекомендуется выполнять предварительный подогрев деталей. Это способствует более равномерному нагреву кромок и ускоряет начало оплавления кромок.
Сварку больших сечений рекомендуется сваривать с программным регулированием тока и скорости оплавления или применять импульсное оплавление. При импульсном наплавлении на основное поступательное движение плиты машины накладываются определённые колебания с частотой 3-45 Гц и амплитудой 0,1-0,8 мм. Под воздействием этих колебаний зазор между деталями периодически изменяется, а температура в зоне термического влияния повышается на 10-15%. При этом время оплавления и расход электроэнергии уменьшается в 3-4 раза.
Пластическая деформация металла
Целью этой операции является создание электрического контакта на начальном этапе. Деформация обеспечивается под воздействием давления 5-10 МПа при контактной стыковой сварке сопротивлением и около 1 кПа при сварке оплавлением. Также в процессе этой операции происходит удаление оксидных плёнок и формируется физический контакт на достаточно большой плоскости на стадии за счёт движения тонких слоёв расплавленного металла вдоль стыка. При этом в центре соединения напряжённое состояние близко к всестороннему сжатию, а ближе к поверхности, наоборот, действуют растягивающие напряжения.
Технологические возможности стыковой контактной сварки
Стыковая контактная сварка позволяет сваривать между собой все известные конструкционные металлы как однородные, так и разнородные. Диапазон соединяемых сечений составляет от 1 мм2 до 20 дм2. Также соединяемые детали могут быть различного сортамента: проволока, полосы, различные профили и др.
При контактной стыковой сварке сопротивлением сечение деталей ограничено 500 мм2 для сталей, 200 мм2 для сварки алюминия и сварки меди.
Наибольшее распространение на практике получила стыковая сварка оплавлением. Непрерывным оплавлением можно сваривать детали компактного сечения (прутки до 10 см2 и т.п.) из малоуглеродистой стали и несколько большего сечения листовые детали и трубы. Сварка оплавлением с подогревом применяется для деталей сечением 5-100см2, для больших деталей рекомендуется сварка оплавлением с программным управлением током и скоростью перемещения зажимов, а импульсное оплавление позволяет сваривать детали из стали сечением до 20 дм2 или из алюминия сечением до 2,2 дм2.
Механические свойства сварных соединений, полученных при помощи контактной стыковой сварки оплавлением, сопоставимы с механическими свойствами основного металла.
Правила проведения сварочных работ на ПЭ трубах
Когда производится сварка ПЭ труб встык, различают три основных способа:
- в торец;
- в раструб;
- через муфту.
У каждого из способов имеются свои технологические особенности, но сварочный процесс в любом случае должен проводиться с соблюдением ряда требований:
Для начала нужно правильно закупить полиэтиленовые трубы. Все они должны принадлежать одной партии и производителю. Разница между качественным и бракованным изделием может быть незаметна, потому в любом случае нужно отдавать предпочтение заводскому производству. Даже миллиметровое расхождение в диаметре двух стыкуемых труб может привести к дефектам последующей эксплуатации системы.
Также использование изделий, произведенных в идентичных условиях, обуславливает полное соответствие труб по химическому составу и толщине. Данные показатели влияют на время выполнения сварочных работ, а точнее – на этап разогрева. Несоответствие двух труб друг другу может привести к тому, что одна из них расплавится сильнее, а вторая, наоборот, не достигнет нужных кондиций
В этом случае стыковочный шов будет недостаточно прочным.
То, насколько материал будет чистым, также очень важно. Любая технология сварки ПЭ труб предполагает работу с идеально чистой поверхностью
Мельчайший песок, пыль, грязь и прочие твердые частицы могут привести к образованию недостаточно герметичного шва.
Также важно учитывать погодные условия при работе на открытом воздухе, ведь повышенная влажность во время выпадения осадков, перегрев элементов под открытыми лучами солнца и переохлаждение на морозе могут привести к ухудшению прочностных характеристик шва.
Наконец, очень важным этапом работ является остывание созданного шва. Вплоть до полного остывания разогретого полимера нужно зафиксировать изделия относительно друг друга.
Муфтовая сварка заготовок из ПНД
Сварка ПНД труб муфтовым методом выполняется при помощи специального сварочного агрегата, называемого паяльником, а также набора специальных насадок, которые могут отличаться диаметром. Размер насадки подбирается, исходя из диаметра свариваемых полиэтиленовых труб.
Муфтовая пайка трубопроводов из ПНД выполняется с применением фитингов. Конфигурация этих изделий может быть разной. Они бывают в виде уголков, тройников или муфты. При таком способе пайки свариваются торцы заготовок и фитингов.
Нагревание полиэтиленовых деталей осуществляется посредством контакта заготовки с нагреваемой металлической деталью сварочного агрегата. Она состоит из двух скручивающихся частей:
- дорн нагревает внутреннюю поверхность фитинга;
- труба для нагрева вставляется в гильзу.
Чтобы установить эту насадку в отверстие паяльного агрегата, гильзу и дорн необходимо скрутить между собой.
Пайка полиэтиленовых труб муфтовым методом предполагает проведение следующих подготовительных мероприятий:
- Заготовки необходимо подрезать при помощи специальных ножниц до нужного размера. При этом нужно следить, чтобы срез был строго перпендикулярным продольной оси изделия.
- Перед тем как будет выполняться пайка, торцы соединяемых заготовок необходимо очистить.
- Для предотвращения нежелательного охлаждения в ходе выполнения сваривания, торцы труб, которые в данный момент не подвергаются соединению, закрываются пробками.
- После этого нужно очистить поверхность насадки для сваривания от частиц материала, которые могли остаться после выполнения предыдущей работы.
Теперь можно приступать к самому процессу сваривания, который выполняется в такой последовательности:
Сначала насадку необходимо разогреть до сварочной температуры. Когда значение достигнет требуемого уровня, индикатор на корпусе паяльника подаст сигнал.
После этого ПНД трубу нужно вставить в гильзу до упора. В свою очередь фитинг надевается на дорн тоже до упора. Поскольку диаметры немного отличаются, то для выполнения процедуры придётся приложить определённые усилия.
Время сваривания труб выбираем по специальным таблицам, где этот показатель указан для изделий разного диаметра.
В процессе вставления трубчатого элемента и надевания фитинга излишек материала с поверхности заготовок расплавляется и выдавливается наружу. В итоге по кромке свариваемых элементов образуется кольцевой валик – гарт.
Надавливание при вставлении деталей стоит прекратить в тот момент, когда заготовка и фитинг достигнут упора
Очень важно соблюдать это условие, поскольку в противном случае соединение будет недостаточно прочным. Поскольку точно определить глубину погружения заготовки сложно, необходимо предварительно измерять эту величину и нанести отметку на трубу.
Затем снимите свариваемые заготовки с насадки
После этого установите трубу в фитинг таким образом, чтобы она плотно упёрлась в кольцевой валик. Дайте соединённым элементам остыть. При этом не стоит их крутить и подвергать различным механическим воздействиям.
Способы соединения труб
Соединения труб ПНД бывает двух видов:
- неразъемные (соединение встык сварочным аппаратом и электромуфтовая сварка);
- разъемные (с помощью соединительных деталей).
Неразъемные соединения
применяются обычно на участках, где трубам предстоит работать в сфере высоких давлений. Соединения при помощи сварки подходят для всех ПНД труб диаметром более 50 миллиметров. Полученный в результате сварки шов прочнее самой трубы в несколько раз и обеспечивает абсолютную герметизацию стыка.
Сварка труб встык
Стыковая сварка труб пнд осуществляется при помощи специального аппарата. Суть такого соединения состоит в нагревании торцов труб специальным нагревательным элементом до вязкого состояния. Смягченные концы труб соединяют под давлением и оставляют остыть место соединения естественным способом. Предварительно концы труб обезжиривают и очищают от загрязнений.
Полученный сварочный шов должен быть ровным, высота его выступа – одинаковой. Только в этом случае он будет максимально прочен и надежен.
Сварка встык – основной способ соединения труб ПНД. При четком соблюдении технологии сварки получаются прочные и долговечные соединения
Сварка встык считается одним из самых популярных способов соединения трубопроводов, однако нельзя сбрасывать со счетов и второй, не менее эффективный способ – соединение при помощи электромуфт.
Электромуфтовая сварка
Для этого типа сварки используется фасонная муфта из полиэтилена. В нее вставлены электрические спирали и при прохождении электрического тока по ним муфта разогревается до нужной температуры и приваривается к трубам, прочно скрепляя их при застывании. Как и при стыковой сварке, перед началом работы концы труб тщательно очищают.
Технологию электромуфтовой сварки активно применяют в стесненных условиях – при создании врезок в ранее соединенные трубы, в колодцах, при ремонте и монтаже отводов и др.
Сварные соединения должны отвечать следующим требованиям:
- смещение свариваемых отрезков по отношению друг к другу не должно составлять более 10% от толщины стенки полимерной трубы;
- стыковой шов не должен располагаться ниже внешнего уровня поверхности трубы;
- качественный сварной шов имеет высоту валика не более 2,5 миллиметра на трубах с толщиной стенки до 5 миллиметров, а на толстостенных трубах, толщина стенок которых составляет 6-20 мм, его высота не должна быть больше 5 миллиметров.
Разъемные соединения
Такой вид соединения осуществляют на участках, где в будущем может потребоваться реконструкция или ремонт и появится необходимость в разборке. Это встречается в частном домовладении, когда нужно подсоединить трубу от источника водоснабжения к участку водопровода, ведущего к дому.
Бывают также ситуации, когда невозможно применить сварочный метод (нет необходимого оборудования или соединение нужно выполнять в воде). В таких случаях используется муфтовое соединение. Специально выпускаемые для труб ПНД муфты надежно скрепляют стыкуемые отрезки.
Разъемное соединение труб осуществляется двумя способами:
- раструбным соединением (с использованием эластичных уплотнительных прокладок);
- фланцевым и фитинговым соединением, для которого используются специальные крепежные элементы.
Для сборки монтируемых деталей нет необходимости в инструментах и приспособлениях, кроме специального ключа, при помощи которого откручивают и закручивают прижимные гайки на соединительных фитингах. Этот метод подходит для соединения труб небольшого диаметра (20-35 мм).
Применение компрессионных фитингов дает возможность производить соединение ПНД труб без использования сварочного аппарата — их монтаж осуществляется путем сборки элементов фитинга резьбовым способом
Достоинством компрессионных фитингов является возможность разборки при необходимости смонтированных деталей, причем делать это можно неоднократно и выполнить такую работу сможет даже человек без специальной подготовки. Кроме того, этот вид монтажа можно выполнять даже при весьма низких температурах, а наличие в продаже большого ассортимента соединяющих элементов различных диаметров позволяет собрать любые нужные разводки и разветвления в трубопроводе.
Выполнение сварки ПЭ труб своими руками
Сварка полиэтиленовых труб в домашних условиях не слишком сложна и вполне выполнима своими руками. Главная проблема –дорогостоящее оборудование. Его в любом случае стоит взять напрокат, а не покупать.
Необходимые инструменты и материалы
Для сварки полиэтиленовых коммуникаций вам понадобятся трубы и, возможно, муфты.
Перечень необходимого оборудования:
- Труборез – приспособление для резки.
- Неплохо воспользоваться электроторцевателем для точного выравнивания торцов труб.
- Для больших диаметров неплохо бы использовать фаскосниматель.
- Аппарат для муфтовой сварки. Конструкционно он напоминает паяльный аппарат для полипропилена.
- Соответствующие насадки.
- Для торцевого соединения применяют специальный центровочный станок и нагревательный элемент.
Этапы работ
Сначала трубы обрезаются под углом 90°, зачищаются заусенцы, удаляется пыль и стружка, проводится обезжиривание. Удобнее выполнить эту работу электроторцевателем.
Технология муфтовой (раструбной) сварки
На паяльник надевают нужную насадку и разогревают его в течение времени, оговоренного в инструкции. Затем разогревают муфту и патрубок до размягчения полиэтилена и соединяют их. Дают время для диффузии и полимеризации – примерно 20 секунд соединение трогать нельзя. Затем таким же образом соединяют вторую заготовку с муфтой.
Соединение встык
Заготовки устанавливаются в станок для стыкования, фиксируются и тщательно центрируются. Перед тем, как паять, нужно удостовериться, что продольные оси заготовок полностью совпали. Между полиэтиленовыми заготовками вставляется нагревательный элемент и выдерживается до размягчения материала. Нагреватель убирают, заготовки быстро соединяют, сдавливают с усилием до образования кольцевого валика на месте шва. Выдерживают до охлаждения.
Стыковая сварка не так проста, как кажется с первого взгляда, и требует определенного опыта.
Контроль качества швов
От качества шва зависит надежность соединения. Высота валика грата при стыковом соединении должна соответствовать табличным данным.
Возле валиков не должно быть трещин, пор, раковин. Валики должны быть одинаковыми по всей окружности, одной высоты. Углубление в центре не должно опускаться ниже поверхности труб. Детали не должны быть смещены друг относительно друга. Если спаять брак – соединение придется разрезать и переделывать.
Фото бракованных стыковых соединений:
