Сварка встык полиэтиленовых труб нагретым инструментом – общий принцип
Процесс сварки пластиковых труб нагретым инструментом заключается в следующем: при помощи специального сварочного оборудования необходимо разогреть концы свариваемых элементов до температуры плавления материала, затем соединить трубы под давлением и охладить, пока сварной шов не достигнет достаточной прочности.
Преимущества сварки ПНД встык по сравнению с другими способами
Главным плюсом данной технологии по сравнению с другими вариантами сварки ПЭ труб является отсутствие затрат на дополнительные соединительные детали (фитинги) – свариваются сами торцы труб. При этом прочность сварного шва не уступает прочности трубы. И чем больше диаметр монтируемого трубопровода, тем более ощутимой становится экономия на каждом сварном соединении.
Еще одним принципиальным преимуществом сварки встык является возможность использования данного метода при прокладке трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения, а также при восстановлении старых трубопроводов методом протяжки внутри пластиковых труб: при стыковой сварке, в отличие от муфтовой, наружный диаметр трубопровода не увеличивается.
Краткая инструкция по процессу стыковой сварки ПЭ труб
Российский ГОСТ Р 55276 (в основе – европейский стандарт ISO 21307) допускает выбор из трех вариантов процедур сварки встык: сварку при при единственном низком давлении, сварку при двойном низком давлении и сварку при единственном высоком давлении. Однако на сегодняшний день (2020 г.) наиболее употребимым на практике вариантом остается процедура сварки при единственном низком давлении (близкая к традиционно использовавшимся немецким нормам DVS 2207-1).
Диаграмма процедуры сварки труб ПНД встык
Время t, сек:
tw – подготовка (крепление заготовок, определение давления перемещения и т.д.);
tf – торцовка;
t1 – выравнивание (длится, пока не образуется валик, высотой соответствующий табличному значению);
t2 – прогрев;
t3 – технологическая пауза (для снятия нагретого инструмента с центратора);
t4 – подъем давления;
t5 – охлаждение под давлением РО.
Давление p, бар:
p1 – перемещение;
pf – торцовка;
PI – выравнивание;
PII – прогрев;
p2 – табличное значение давления для свариваемой трубы*;
Pо = PI – охлаждение под давлением.
* Табличные значения давления в гидросистеме сварочного аппарата приводятся производителем аппарата. Для каждой модели оборудования они будут отличаться, т.к. разные аппараты при одном и том же значении давления на манометре будут создавать разное усилие прижима.
Этапы процесса сварки нагретым инструментом встык
Очистка торцов труб, поверхностей торцевателя и нагревателя
Перед тем, как закрепить свариваемые элементы в центраторе, необходимо очистить их внутренние и наружные поверхности – протереть чистой безворсной тканью. Удалите все загрязнения из зоны сварки. Также очистите поверхности торцевателя и нагревателя. Для обезжиривания поверхности нагревателя используйте соответствующее средство, например, пропитанные спиртом салфетки.
Если монтируются трубы в защитной оболочке, предварительно необходимо снять внешний слой так, чтобы трубу можно было правильно зафиксировать в центраторе (если иное не предусмотрено изготовителем трубы).
Фиксация свариваемых элементов
После крепления труб в центраторе устраните смещение кромок, если оно присутствует. Чтобы правильно отцентрировать трубы используйте роликовые опоры или подставки. Это также уменьшит трение труб о грунт и снизит давление перемещения.
Торцевание труб
Процесс торцовки свариваемых элементов (срезание стружки с торцов труб с помощью специального инструмента) выполняется для создания параллельных поверхностей при выполнении сварки. Процедуру необходимо выполнять, пока не будет получена непрерывная стружка шириной в толщину стенки свариваемых элементов.
Давление прижима не должно существенно превышать давления перемещения – необходимо только создать достаточное усилие для врезания ножей в трубы. Дальнейшее увеличение давления не ускоряет процесс, но при этом ведет к быстрому износу оборудования. Выполняйте торцовку труб непосредственно перед сваркой, после чего не трогайте их руками.
Если после торцевания положение свариваемых элементов в зажимах центратора менялось (зажимы снимались или устанавливались вновь, регулировалось усилие затяжки болтов зажимов и т.д.), то процедуру торцевания необходимо будет выполнить заново.
Оценка качества подготовки труб
Удалите стружку из зоны сварки. Осмотрите свариваемые элементы на наличие следов неправильно выполненной торцовки – пустот либо других дефектов. При необходимости протрите торцы заготовок чистящим и обезжиривающим составом.
Определение давления перемещения
Перед началом сварки необходимо определить, какое давление в гидравлической системе сварочного аппарата позволит преодолеть силы трения, действующие на трубы и подвижные элементы центратора. В каждом конкретном случае давление будет разным из-за различной массы труб, сопротивления грунта, углов наклона и т.д. Значение давления, которое отобразится на манометре в момент, когда зажим с подвижным участком трубы начнет перемещаться, нужно будет далее добавлять ко всем табличным значениям давления на последующих этапах процесса сварки.
Оплавление торцов свариваемых элементов
Чтобы процесс прогрева торцов труб прошел правильно, поверхности нагревателя и свариваемых элементов должны идеально прилегать друг другу. Даже после правильно выполненной торцовки на трубах остаются некоторые неровности, также они присутствуют и на поверхности нагревателя.
Чтобы убрать все воздушные прослойки, необходимо сначала прижать трубы к нагревателю со значительным усилием – тогда оплавленный материал заполнит все пустоты.
При этом некоторая часть материала будет выдавлена наружу и внутрь в виде валиков (грата). После формирования грата высотой, соответствующей табличному значению, давление должно быть уменьшено до давления прогрева. При этом важно, чтобы контакт между нагретым инструментом и торцами труб не прерывался.
Температура поверхности нагревателя должна выбираться в соответствии с материалом свариваемых труб.
Технологическая пауза для извлечения нагревателя
После окончания времени прогрева торцов труб следует отвести свариваемые элементы от нагревателя, снять нагреватель и максимально быстро свести трубы обратно. Время технологической паузы не должно превышать табличного значения: если оно будет больше, то на концах труб образуется слой охлажденного материала, что негативно скажется на прочности готового соединения.
Если сварка выполняется при низких температурах (особенно ниже 0°C), охлаждение поверхностей происходит быстрее, чем в нормальных условиях. Это сокращает допустимое время технологической паузы: увеличивающийся слой охлажденного материала на торцах может сделать качество шва неудовлетворительным. К этому эффекту также может привести отсутствие укрытия зоны сварки от ветра. Другим фактором, который может отрицательно повлиять на качество сварки, является влага, которая также ускоряет охлаждение поверхностей труб. Кроме того, при значительной влажности частицы пара могут попасть внутрь соединения и создать пустые пузырьки, влияющие на прочность шва. Таким образом, необходимо защищать зону сварки от неблагоприятных погодных условий (например, с помощью защитной палатки с установленным внутри обогревателем).
Зона сварки также должна быть защищена от пыли. Прилипающая к поверхности нагретого материала во время технологической паузы пыль не будет полностью удалена при сведении труб, что также негативно повлияет на прочность полученного соединения.
Осадка (подъем давления)
После удаления нагревателя и сведения труб выполняется осадка стыка под постепенно увеличивающимся до заданного значения давлением. Во время осадки свариваемый материал перемешивается и образуются молекулярные связи, обеспечивающие прочность готового сварного соединения.
Охлаждение сварного соединения
Расплавленные торцы труб должны сжиматься в сварочном аппарате под давлением в течение заданного процедурой сварки времени.
Давление требуется поддерживать до момента, пока температура не упадет до температуры кристаллизации полиэтилена. Далее охлаждение шва может быть произведено вне центратора сварочного аппарата.
