Стыковая сварка полиэтиленовых труб: цикл работ, расчет параметров

Содержание
  1. Описание метода
  2. Выбор оборудования для сварки встык
  3. Торцеватель
  4. Нагреватель
  5. Гидравлический привод
  6. Процесс работы
  7. Особенности работы с полиэтиленом низкого давления
  8. Диффузионный способ пайки ПЭ труб
  9. Выполнение сварки ПЭ труб своими руками
  10. Сварка методом оплавления
  11. Сварка методом сопротивления
  12. Что выбрать для полиэтиленовых труб?
  13. Необходимые инструменты и материалы
  14. Этапы работ
  15. Технология муфтовой (раструбной) сварки
  16. Сварка экструдером
  17. Соединение встык
  18. Сварка электросварными фитингами
  19. Охлаждение стыка
  20. Контроль качества швов
  21. Расчет параметров сварки встык
  22. Назначение технологии стыковой сварки
  23. Рекомендации для проведения качественной сварки
  24. Особенности работы с ПВД и ПНД
  25. Нормативная база сварки встык
  26. Требования к качеству сварных соединений
  27. Можно ли выполнить сварку самостоятельно?
  28. Сварочный аппарат
  29. Параметры
  30. Нюансы предварительной подготовке к сварочным работам

Описание метода

Сварка встык может использоваться в случае, если монтируемые трубы имеют диаметр не меньше 50 мм и толщину стенок не менее 5 мм. По этой технологии, отрезки плотно фиксируются, края выравниваются для лучшего контакта, разогреваются при помощи специального агрегата и расплавляются, после чего трубопровод стыкуют и сваривают. Если сделать все правильно, то образуется аккуратный и ровный шов.

При стыковой сварке нужно также помнить о следующих нюансах:

  • температура воздуха в помещении, где будут проводиться работы, или на улице должна быть не меньше -15° и не выше +45°;
  • трубы должны быть одного диаметра и SDR, а также изготовлены из одной марки полиэтилена.

Выбор оборудования для сварки встык

Очень важно понять, что производители сварочного оборудования – не разработчики технологии стыковой сварки.

Качество стыкового сварного соединения зависит от качества свариваемых труб и/или фитингов (на это есть свои нормативы) и строгого выполнения выбранной технологии сварки. Практика показывает, что низкое качество сварки чаще имеет причины, не связанные со сварочным оборудованием. Например:

  • 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. Чтобы облегчить понимание этой задачи производителям оборудования, подробные формализованные требования к машинам стыковой сварки сведены в отдельные стандарты, на разный лад описывающие одни и те же требования: DVS 2208-1, ISO 12176-1, ГОСТ Р ИСО 12176-1 и пр.

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.

Торцеватель

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 , 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 .
  • 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.

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.

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.

Гидравлический привод

Точные требования ГОСТ:

  • 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 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.

Процесс работы

Саму технологию сварки ПНД труб встык можно условно разделить на шесть этапов:

  1. Подготовка и центровка труб.
  2. Торцевание.
  3. Установка нагревателя (сварочного зеркала) и нагрев.
  4. Удаление нагревателя (после того как торцы труб оплавятся).
  5. Сварка.
  6. Охлаждение.

Прежде чем приступить к работам, трубы необходимо подготовить. Нарежьте их на части нужной длины, при этом следите, чтобы срез был ровным. Все детали, включая муфты, необходимо зачистить и обезжирить. После этого отрезки закрепляются в центраторе сварочного устройства.

Вторым этапом является торцевание, то есть все излишки материала снимаются при помощи специального резца. Удобно использовать электроторцеватель: аппарат выравнивает торцы труб под прямым углом, убирает все неровности и сколы.

Торцевание нужно продолжать, пока стружка, которая образуется в результате, не начнет выходить ровной лентой. Чтобы убедиться, что нет зазоров, детали сводят вместе для проверки. Стоит учитывать, что отрезок трубы уменьшится из-за торцевания и дальнейшей сварки. Чтобы понять, каким будет это расстояния, лучше заглянуть в инструкцию: для каждого диаметра трубопровода этот размер будет разным.

После подготовки труб между ними устанавливается специальный нагревательный элемент. Торцы нужно прижать к нагревателю, при этом на протяжении нагрева нельзя менять давление нажима. Время нагревания разнится в зависимости от условий. Точное время можно посмотреть в таблице параметров сварки полиэтиленовых труб.

Далее сварочное зеркало необходимо убрать, а торцы как можно быстрее состыковать, оказывая на них равномерное давление. Если нагретые поверхности остынут, это скажется на качестве монтажа. Также обязательно нужно следить за тем, чтобы при удалении нагревательного прибора не загрязнить и не повредить свариваемые трубы.

Во время непосредственно сварки между отрезками образуются окончательный грат и молекулярные связи. Давление нужно выдерживать и на протяжении всего последнего этапа – охлаждения. Необходимо дождаться, пока полиэтилен полностью остынет, после чего можно достать трубы из центровочного аппарата.

Результатом должен стать ровный и аккуратный шов. Признаком качественной работы станет симметричный буртик, который должен быть одинакового размера с обеих сторон. Цвет грата должен быть такой же, как и у труб, плохим признаком будет наличие трещин, пор и инородных включений

Особенности работы с полиэтиленом низкого давления

На сегодняшний день ПНД очень популярен, как материал, выступающий в качестве замены железным, чугунным или пластиковым трубам. Преимущество его очевидно – это долгий эксплуатационный срок. Монтируются изделия из такого материала достаточно просто, если учитывать широкую функциональность современных аппаратов, используемых при сварке (подробнее: “Соединительная сварка ПНД труб: виды и особенности соединения“).

Стоит знать о некоторых нюансах, чтобы сварка полиэтиленовых трубопроводов дала качественный и надежный результат:

  1. Начинается все с подготовки рабочего места. Для этого необходимо убрать все лишнее, а также отчистить его от пыли, мусора и т.д. Затем в максимальной доступности располагаются все используемые в работе инструменты.
  2. Каждый элемент, используемый в процессе сварки, будь то труба или фитинг, должен быть очищен от любых видов загрязнений.
  3. Затем трубы и фитинги соединяются между собой.
  4. Нельзя забыть о подготовке краев изделий. Все они должны быть обрезаны под нужным углом и зачищены от излишков материала.

Чаще всего производитель прилагает к своей продукции инструкцию по эксплуатации, что позволяет тщательно ухаживать за трубами. В этом случае сварной трубопровод служит максимально долго и эффективно.

Диффузионный способ пайки ПЭ труб

На сегодняшний день полиэтилен все еще не имеет такого авторитета как металл или металлопластик, но по факту его прочностные и эксплуатационные характеристики ничуть не хуже. Современные технологии на этапе производства позволяют сделать ПЭ трубы качественными и надежными. Наиболее интересным способом их сварки считается диффузионный, не требующий использования специального оборудования. Даже новичок сможет выполнить сварочные работы данным способом.

Полиэтилен высокого и низкого давления (ПВД и ПНД) – это одни из самых популярных полимерных термопластов, пользующихся высочайшим спросом при организации самых разных систем водоснабжения, водоотведения и т.д. Отличительной особенностью полимерного материала является то, что при нагревании он размягчается, поскольку теряется взаимосвязь цепочки молекул между собой. Застывая, он возвращает себе былую прочность, будто трансформации вовсе и не происходило. Именно эта особенность делает полиэтилен идеальным материалом для проведения сварочных работ на нем. Во время размягчения двух изделий их можно соединить, что после застывания приведет максимально прочному скреплению. Между двумя кусками будет создан прочнейший сварочный шов.

Производится сварка ПЭ труб под относительно низкой температурой в 270 градусов по Цельсию, что значительно облегчает задачу по выбору оборудования и последующему его использованию. Время работы крайне мало (несколько секунд на каждый этап) и может корректироваться лишь за счет изменения толщины трубопроводов.

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.

Перед манипуляцией необходимо ровно отрезать заготовки и тщательно зачистить и обезжирить торцы.

Сварка методом оплавления

Суть сварки данным методом заключается в том, что стыки трубы оплавляются под воздействием нагретого инструмента до вязкотекучести. Затем торцы соединяются под давлением и выдерживаются до полного остывания. В результате получается герметичный шов.

Чтобы соединение было качественным, необходимо плотно прижимать отрезки изделия после нагрева. Применение современного оборудования позволяет частично автоматизировать и упростить такую работу. С его помощью операция по соединению труб методом оплавления проводится в кратчайшие сроки.

Сварка методом сопротивления

Суть стыковой сварки сопротивлением в том, что края труб прижимаются к электродам, которые оснащены специальными губками. Это обеспечивает высококачественный электрический контакт. Исключено проскальзывание материала между электродами.

Затем две трубы плотно друг к другу прижимают и фиксируют. Далее подают сварочный ток. Контактирующие участки материала расплавляются и под давлением соединяются в одно изделие. Полученная конструкция обладает невысокой стойкостью к окислению в ходе эксплуатации. Это существенно ограничивает ее сферу применения.

Сварка методом сопротивления обычно используется для соединения тонких деталей из низкоуглеродной стали (труб, стержней, проволоки). С ее помощью также сваривают медные, бронзовые и латунные элементы

Сварка сопротивлением подходит только для труб с малым сечением. Поэтому на крупном производстве, для прокладки больших магистралей ее применяют редко.

Что выбрать для полиэтиленовых труб?

Часто для прокладки трубопровода используют полиэтиленовый материал. Это объясняется его невысокой ценой и отличными эксплуатационными характеристиками.

Стоит помнить о том, что полиэтилен является диэлектриком. Поэтому он, в отличие от металла, не проводит ток. Для соединения изделий из него рекомендуется применять метод оплавления. Способом стыковой сварки сопротивлением на полиэтилене сделать шов не получится. Нужно использовать оборудование, которое нагревает срезы двух деталей.

Сварка методом оплавления полиэтиленовых труб имеет ряд особенностей. Во-первых, детали подводятся друг к другу на небольшой скорости. Во-вторых, напряжение в течение всего процесса остается неизменным. В-третьих, исчезают все микронеровности благодаря равномерной подаче соединяемых элементов. В-четвертных, для обеспечения максимальной контактной площади происходит оплавление поверхности заготовки.

Необходимые инструменты и материалы

Для сварки полиэтиленовых коммуникаций вам понадобятся трубы и, возможно, муфты.

Перечень необходимого оборудования:

  1. Труборез – приспособление для резки.
  2. Неплохо воспользоваться электроторцевателем для точного выравнивания торцов труб.
  3. Для больших диаметров неплохо бы использовать фаскосниматель.
  4. Аппарат для муфтовой сварки. Конструкционно он напоминает паяльный аппарат для полипропилена.
  5. Соответствующие насадки.
  6. 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.

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.

Обратите внимание! Экструдер расплавляет органический полимер, что в результате может выглядеть не слишком аккуратно. Не следует трогать мягкую пластмассу руками. Следует дать ей остыть, после чего можно ножом и наждачной бумагой зачистить полученный шов.

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.

Сварка электросварными фитингами

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.

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

Охлаждение стыка

Во время заключительного цикла “Охлаждение” происходит осадка стыка и стык приобретает максимальную прочность.

После соединения должен появиться симметричный буртик. Одинаковый размер правого и левого буртика показывает правильность сварки. Различный размер буртиков показывает различные характеристики вязкости соединяемых материалов, то есть процедура сварки произведена неверно.

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

Расчет параметров сварки встык

Для расчета параметров сварки необходимо обладать следующими данными:

е – толщина трубы;
Dn – номинальный (наружный) диаметр трубы;
Di – внутренний диаметр (Dn – 2е);
S – площадь сварки в мм², которую можно рассчитать по формуле:

  • S = π(Dn² – Di²)/4, где π = 3,142;

Sc – площадь цилиндра машины в мм².

Также необходимо знать марку полиэтилена. Этот параметр необходим для правильного определения времени протекания циклов сварки.

Поскольку в расчетах задействован такой параметр, как площадь цилиндра машины для сварки ПЭ труб (Sc), рекомендуем использовать готовые таблицы с параметрами сварки для каждого вида и типоразмера труб. Эти таблицы обычно приводятся в инструкциях по эксплуатации машин для сварки ПЭ труб.

Приведенные ниже формулы для расчета давления циклов: “Оплавление стыка” и “Сварка” носят справочный характер.

  • Давление Р1 : “Оплавление стыка” = 0,15 (S/Sc) х 10 (бар)
  • Давление Р2 : “Нагрев” = 0,02 (S/Sc) х 10 (бар)
  • Давление Р5 : “Сварка” – “Охлаждение” = 0,15 (S/Sc) х 10 (бар)

где:

значение 0,15 для Р1 и Р5 является постоянной величиной, соответствующей 0,15 N/mm²;
значение 0,02 для Р2 является постоянной величиной, соответствующей 0,02 N/mm².

Температура нагревательного элемента во время циклов “Оплавление стыка” – “Нагрев” должна находится в пределах от 200 ºС до 220 °С.

Время сварки также рассчитывается индивидуально для каждого типоразмера труб, в зависимо­сти от диаметра трубы и толщины стенки.

В качестве справочной информации временные параметры сварки приведены в таблице.

Рекомендуемые временные параметры при сварке ПЭ труб и фитингов встык при внешней температуре окружающей среды 20 °С и умеренном воздушном потоке

Номинальная толщина стенки, мм

Оплавление стыка, мм

Нагрев, сек

Вывод нагревательного элемента, сек (max время)

Осадка, время процесса сварки, сек

Охлаждение стыка под давлением Р = 0,15 ± 0,01 N/mm2 сек (min время)

Оплавление стыка до образования грата

Р = 0,15 N/mm2

Время нагрева, рассчитывается как толщ, стенки х 10.

Р = 0,02 N/mm2

4,5

0,5

45

5

5

6

4,5 … 7

1,0

45 … 70

5 … 6

5 … 6

6 … 10

7 … 12

1,5

70 … 120

6 … 8

6 … 8

10 … 16

12 … 19

2,0 .

120 … 190

8 … 10

8 .. 11

16 … 24

19 … 26

2,5

190 … 260

10 … 12

11 … 14

24 … 32

26 … 37

3,0

260 … 370

12 … 16

14 … 19

32 … 45

37 … 50

3,5

370 … 500

16 … 20

19 … 25

45 … 60

50 … 70

4,0

500 … 700

20 … 25

25 … 35

60 … 80

Назначение технологии стыковой сварки

Сварка встык – один из трех способов сварки полиэтиленовых труб, обеспечивающих прочность сварного соединения не ниже прочности самой трубы. Два других способа – сварка с закладными нагревателями и сварка нагретым инструментом в раструб.

Технология стыковой сварки позволяет соединять трубы из любых термопластов I и II группы – ПЭ, ПП, ПВДФ, ПВХ и пр. Другими словами, из полимеров, которые при нагреве способны перейти в вязко-текучее состояние, а после остывания – снова затвердеть без существенного изменения физико-химических свойств.

Основное достоинство технологии стыковой сварки перед другими видами сварки пластиковых труб – в том, что для прокладки прямых участков трубопроводов не требуются расходы на соединительные детали; свариваются непосредственно отрезки труб.

Недостаток – в том, что, независимо от диаметра свариваемых труб, требуется строгое выполнение многочисленных требований технологии стыковой сварки, а сварка одного стыкового шва занимает сравнительно много времени.

Чем выше диаметр свариваемых труб, тем ощутимее превосходство достоинств технологии стыковой сварки над ее недостатками. Поэтому для диаметров ниже 63 мм сварка встык нагретым инструментом применяется очень редко. Что касается пластиковых труб диаметром выше 110 мм, то это, как правило, трубы из полиэтилена. Поэтому в подавляющем большинстве случаев технология стыковой сварки используется для соединения полиэтиленовых труб.

И наоборот, полиэтиленовые трубы в большинстве случаев соединяются по технологии стыковой сварки. Можно сказать, что «сварка полиэтиленовых труб» и «стыковая сварка труб» – почти синонимы.

Единственное ограничение – сварка стыковых швов не рекомендуется на безнапорных трубопроводах канализации из полимерных труб, т.к. на внутренней поверхности трубопровода в результате сварки стыкового соединения образуется валик оплавленного материала (т.н. грат), который может стать местом скопления твердых частиц и причиной засорения безнапорного трубопровода. Если внутренний грат срезается, то стыковые сварные соединения могут использоваться даже для прокладки канализации. Проблема в том, что на готовом трубопроводе факт удаления внутреннего грата практически невозможно проверить. Вероятно, поэтому основное «узаконенное» применение технологии стыковой сварки – монтаж напорных трубопроводов:

Наружные водопроводы из полиэтиленовых труб

Нормативный документ – СНиП 3.05.04-85*. Материал труб:
– Полиэтилен (ПНД), способы сварки – стыковая или раструбная (п.3.58. СНиП);
– ПВХ, соединение методом склеивания в раструб (п.3.62. СНиП).

В части технологии стыковой сварки полиэтиленовых труб СНиП 3.05.04-85* ссылается на один из первых Российских нормативных документов, в которых эта технология описана – ОСТ 6-19-505-79.

Наружные газопроводы из полиэтиленовых труб

Нормативный документ – СП 62.13330.2011, который является обновленной версией СНиП 42-01-2002. Речь идет только о подземных газопроводах (п.4.11 СП). Материал труб – только ПЭ, способы сварки полиэтиленовых труб – «…встык нагретым инструментом или при помощи деталей с закладными электронагревателями» (п.4.13 СП).

Здесь нет ни собственного описания технологии стыковой сварки, ни ссылки на другой нормативный документ. Зато собственная технология стыковой сварки полиэтиленовых труб описана в Газпромовском СТО 2-2.1-411-2010

Нефтепроводы из полиэтиленовых и полипропиленовых труб

Монтаж нефтепроводов из пластиковых труб подчиняется ВСН 003-88 Миннефтегазстроя. Материал труб – ПЭ или ПП, способы сварки – нагретым инструментом встык или в раструб (п.7.5.3.1. ВСН).

ВСН 003-88 содержит описание технологии стыковой сварки полиэтиленовых (ПНД) и полипропиленовых труб, сходное с самыми привычными в России технологиями DVS 2207-1 и DVS 2207-11 соответственно.

Технологические трубопроводы

Монтаж технологических трубопроводов из пластиковых труб подчиняется СНиП 3.05.05-84. Трубы из полимерных материалов здесь собирательно называются «пластиковыми». Методы сварки не определены. Однако методы контроля качества сварки пластиковых труб здесь определены, в том числе, для стыковых соединений (п.4.23. СНиП).

Рекомендации для проведения качественной сварки

Для сварки ПЭ особое значение имеют качество обработки торцов стыкуемых труб. Они должны быть тщательно очищены от стружек, заусенцев, пыли, грязи, жира. Важно также тщательное центрирование заготовок, отсутствие эллипсности, точное совпадение диаметра и толщины стенок заготовок.

Нельзя трогать соединение до полного остывания. Нельзя проводить работы под дождем, снегом, в мороз.

Особенности работы с ПВД и ПНД

Эти два вида полиэтилена немного различаются по своим техническим характеристикам и параметрам. Информация сведена в таблицу.

Характеристика ПВД (ПНП) ПНД (ПВП)
Температура плавления, °С 103-110 125-132
Температура размягчения, °С 100 120-125
Жесткость небольшая большая
Гибкость большая небольшая
Хрупкость маленькая больше, чем у ПВД
Прочность средняя высокая

При сварке следует учитывать, что для расплавления ПВД требуется более низкая температура, чем для ПНД. ПНД имеет большую прочность, чем ПВД.

Нормативная база сварки встык

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 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).

Требования к качеству сварных соединений

Внешний вид и параметры правильно выполненного сварного соединения должны отвечать определенным требованиям, в числе которых следующие.

  • Размеры валиков грата должны соответствовать значениям, приведенным на рисунке ниже.

Параметры грата
  • Грат должен быть равномерно и симметрично распределен по окружности стыка.
  • Взаимное смещение стенок свариваемых труб в радиальном направлении не должно превышать 10% от их толщины.
  • Впадина (А) между валиками грата (линия сплавления) не должна располагаться ниже наружной поверхности труб.
  • Цвет грата должен быть идентичен цвету труб. Наличие трещин, пор и инородных включений не допускается.

На рисунке ниже изображен сварной шов, выполненный с соблюдением всех технологических параметров. Его отличают гладкие, симметричные валики с округлыми формами и размерами, не выходящими за рамки установленных значений.


Правильная форма грата

А вот так выглядят швы, выполненные с нарушениями технологии.


Слишком маленький грат

Слишком малые размеры валиков грата говорят о заниженном давлении при осадке труб или недостаточном времени прогрева.

Чрезмерно большие размеры валиков свидетельствуют о завышенном времени прогрева или слишком высокой температуре нагревателя.


Слишком большой грат

Смещение торцов труб друг относительно друга происходит при плохой центровке или отсутствии фиксации труб в центраторе.


Смещение торцов труб

Некачественное торцевание (наличие зазора между сомкнутыми торцами труб) приводит к неравномерности распределения грата по периметру труб.

Можно ли выполнить сварку самостоятельно?

Прокладка полиэтиленовой магистрали путем стыковой сварки имеет свои особенности и отличия от других методов соединения двух изделий.

Для ее проведения нужны определенные знания и опыт. В противном случае, конструкция выйдет низкокачественной и недолговечной.

Стыковую сварку своими руками выполнить можно. Но для этого нужно знать суть и особенности данного процесса. Важно наличие навыков сварки. Иначе можно лишь испортить полиэтиленовые трубы и впустую потратить время

Стыковой метод сварки непростой в реализации. Не у каждого получается выполнить соединение труб качественно с первого раза. Если нет знаний и навыков в сфере сварки, то лучше для прокладки магистрали обратиться к профессиональному мастеру. Но за работу ему придется заплатить внушительную сумму.

Если человек ранее проводил сварку другими методами, например, электромуфтовым, то он, скорее всего, сможет освоить и стыковую технологию. Поэтому имеет смысл попытаться провести соединение полиэтиленовых труб самостоятельно. Но нужно учитывать, что технология стыковой сварки сложнее, чем в случае соединения полиэтиленовых труб электромуфтой.

Чтобы выполнить работу качественно своими руками, нужно иметь специальное оборудование. Его можно взять напрокат. Это будет гораздо дешевле, чем покупать новый или б/у аппарат. Важно знать пошаговую инструкцию сварки встык оплавлением и четко ее придерживаться.

Сварочный аппарат

Аппарат для сварки ПНД труб состоит из нескольких элементов. Каждый элемент выполняет свои функции. К примеру, для зажима и центровки труб используется центратор. Он оснащен двумя или четырьмя хомутами. Рубанок применяется, чтобы обработать торцы. А сварочное зеркало – нагревает трубы до температуры плавления.

Кроме того, аппарат оснащен устройством, которое позволяет создать требуемое усилие для прижатия трубы к сварочному зеркалу, а также для прижатия двух отрезков трубы при прессовке. Блок управления устройством позволяет обеспечить необходимое напряжение, а также поддержание параметров устройства в определенном интервале.

Параметры

Сварка полиэтиленовых труб встык требует соблюдения определенного перечня параметров. Это температура нагрева инструмента, давление при прижатии торцов к нагревательному элементу, продолжительность времени воздействия.

Чтобы рассчитать параметры, необходимо учитывать толщину трубы, ее наружный и внутренний диаметр, площадь сварки в квадратных мм, площадь цилиндра машины, а также марку полиэтилена.

Как правило, необходимые таблицы бывают представлены в инструкциях по эксплуатации сварочного оборудования, которое используется для полиэтиленовых труб.

Температура нагревательного элемента для плавления и нагрева постоянна, ее необходимо поддерживать в рамках от 200 до 220°. А вот давление и время нагрева вычисляются индивидуально для каждого вида трубопровода.

Регулировать давление лучше всего по данным манометра гидравлического насоса. Однако, если давление создается вручную или манометр отсутствует, его необходимо определять визуально по форме и размерам образующихся валиков грата. Для определения времени используется секундомер.

Нюансы предварительной подготовке к сварочным работам

Говоря о том, как сварить полиэтиленовые трубы в домашних условиях, нужно учитывать не только правила пользования, но и технику безопасности при работе со сварочным оборудованием.

Залогом успеха является проведение подготовительных работ:

  1. Каждый узел сварочного оборудования должен быть тщательно очищен и проверен на предмет наличия дефектов, которые могут сказаться на качестве и безопасности проводимых работ.
  2. Вся проводка и заземление должны быть проверены на предмет дефектной или вовсе отсутствующей изоляции.
  3. Топливные агрегаты необходимо дозаправлять, либо удалять из них старое застоявшееся топливо и заливать новое.
  4. Обязательно производить контрольный запуск установки, чтобы убедиться в ее работоспособности.
  5. Уровень масла в гидравлической системе сварочного аппарата необходимо проверить и выполнить с ним те же действия, что и с топливом.
  6. Если сварочный аппарат является мобильным, то его перемещение должно выполняться свободно, чтобы работы выполнялись без заминок и без риска для оператора установки.
  7. Ножи торцующего устройства должны быть отточены до идеального состояния, чтобы процесс обработки труб и фитингов происходил оперативно, а в результате получались качественные изделия.
  8. Каждое контрольно-измерительное устройство должно быть исправно.
  9. При работе с ПНД необходимо заранее приобрести в нужном количестве зажимы и редукционные вкладыши, диаметр которых должен соответствовать сечению труб.
  10. Каждую деталь подвергаемую трению следует тщательно смазать. Однако даже при выборе смазочной смеси нужно обращать внимания на требования, выдвигаемые производителями труб.

Итог

Соблюдая все правила и инструкции, приведенные в статье, можно получить качественное соединение для полиэтиленовых труб. Способ того, как сварить полиэтиленовую трубу, должен выбираться по основным критериям: простота реализации и доступность для работника с финансовой стороны вопроса. Лучше всего доверить работу специалисту, который возьмет на себя ответственность за все этапы – от закупки необходимых материалов и оборудования до проведения сварочных работ и введения системы в эксплуатацию.

Источники

  • https://electrod.biz/varim/trub/svarka-polietilenovyih-trub.html
  • https://www.adr-t.ru/support/technology/butt_weLding/?PAGEN_1=6
  • https://trubaspec.com/soedinenie-trub/kak-vypolnyaetsya-svarka-polietilenovykh-trub-pravila-tekhnologii-protsessa.html
  • https://vseotrube.ru/montazh-i-remont/svarka-polietilenovyh-trub
  • https://sovet-ingenera.com/santeh/svarka/stykovaya-svarka-trub.html
  • https://InfoTruby.ru/soedinenie/svarka-polietilenovoj-truby
  • https://montagtrub.ru/styikovaya-svarka-polietilenovyih-trub/
  • https://www.adr-t.ru/support/technology/butt_welding/?PAGEN_1=2
  • https://tool-land.ru/svarka-polietilenovykh-trub.php
  • https://drova-pil.ru/montazh-i-remont/svarka-polietilenovyh-trub-svoimi-rukami.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: