Сварка полиэтиленовых труб

Метод сварки полиэтиленовых труб встык

     Наиболее часто для сварки полиэтиленовых труб применяется 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:

1. проверку работоспособности и подготовку к работе сварочного оборудования,
2. подготовку места для размещения сварочного оборудования,
3. выбор необходимых параметров для сварки,
4. закрепление ПЭ труб и центровка в зажимах сварочного аппарата,
5. 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.

Технология проведения процесса сварки

1.Основные условия выполнения стыковой сварки для всех типов и размеров пластиковых труб.

Трубы должны быть сделаны из одной марки полиэтилена.
Свариваемые поверхности должны быть чистыми и ровными.

Для выравнивания торцов свариваемых труб используется специальное устройство – торцеватель.
Сварка пластиковых труб. Сварка полиэтиленовых труб. При сварке труб, трубы должны быть соосны и для достижения этого используется центратор(позиционер). Центратор включает в себя как правило пару подвижных хомутов и пару неподвижных хомутов установленных на раме.

Одна из главных особенностей полиэтиленов – очень высокий коэффициент температурного расширения. Это значит, что в течение сварочного процесса необходимо избегать:
Неравномерного или слишком быстрого нагрева, приводящего к большому перепаду температур в двух соседних точках;
Быстрого остывания сварного шва.
Иначе впоследствии мы получим значительные внутренние напряжения в материале, т.е. снижение прочности сварного соединения.
Каждый производитель сварочного оборудования разрабатывает собственные стандарты сварочного процесса. Но в любом случае это совокупность параметров различных этапов сварки (температура нагревательного элемента, усилие давления, продолжительность воздействия). Изменение любого из параметров в определенных пределах не обязательно испортит всё дело, но повлечет обязательное изменение как минимум еще одного параметра. Например, если мы снизим температуру нагревательного элемента, то будем вынуждены, как минимум, сократить продолжительность технологической паузы.

2.Температура нагревательного элемента.

Температура нагревательного элемента имеет значение для двух фаз сварочного процесса – фаза 1 (оплавление) и фаза 2 (нагрев). Далее нагревательный элемент убирается из зоны сварки и больше в процессе не участвует.
Единственное назначение нагревательного элемента – нагреть торцы свариваемых труб таким образом, чтобы после удаления нагревательного элемента из зоны сварки эти торцы можно было соединить для получения качественного сварного шва.
Полиэтилены обладают таким свойством, что при нагреве переходят вначале в пластическое состояние, а затем в вязко-текучее. Граница между этими состояниями размыта. Температура перехода в вязко-текучее состояние у каждой марки полиэтилена своя – чуть ниже 200ºC.
После удаления из зоны сварки нагревательного элемента поверхность торцов свариваемых труб успевает немного остыть. Для того чтобы торцы свариваемых труб слиплись при касании, температура поверхности торцов должна гарантированно оставаться выше 200 ºC, даже с учетом этого остывания.
Таким образом, условие выбора температуры нагревательного элемента для каждой марки полиэтилена должно выбираться с учетом запаса на остывание при удалении нагревательного элемента из зоны сварки, и так же с учетом возможных погрешностей (качество полиэтилена и качество нагревательного элемента).

3. Усилие сжатия труб при оплавлении; высота грата.

Когда торец свариваемой трубы впервые касается нагревательного элемента, необходимо как можно скорее достичь полного теплового контакта между поверхностями торца свариваемой трубы и нагревательного элемента. При этом некоторое количество расплавленного материала выдавливается по всему периметру торца свариваемой трубы в виде наружного и внутреннего грата и является подтверждением «подгонки» поверхности торца свариваемой трубы к поверхности нагревательного элемента.
При избыточном давлении прижатия грат образуется с острым внутренним углом, и если сварное соединение впоследствии будет подвергаться изгибающим нагрузкам, то этот острый угол будет являться «концентратором напряжений», здесь легче образуется трещина.
Если давление прижатия будет слишком маленьким, то оплавление полиэтилена будет проходить медленнее, что приведет к неоправданному увеличению сроков сварочных работ.
При выполнении стыковой сварки, большинство производителей сварочного оборудования рекомендуют устанавливать давление при оплавлении(формирование грата) равным давлению данным в таблице в соответствии с диаметром и SDR трубы плюс давление холостого хода.
Время образования грата не имеет никакого значения – основным параметром является высота грата.

4. Усилие сжатия труб при нагреве.

Когда достигнут полный тепловой контакт между торцом трубы и поверхностью нагревательного элемента, дальнейшее увеличение грата не имеет смысла. После образования грата для нагрева усилие прижима свариваемых труб к нагревательному элементу должно быть равно табличному значению.

5. Время нагрева торцов.

Время нагрева торцов определяется глубиной прогрева, которую мы хотим достичь.
Здесь есть 2 момента, на которые надо обращать внимание:
Если глубина прогрева будет слишком малой, то это приведет к излишнему внутреннему напряжению и снизит прочность сварного соединения.
Если глубина прогрева будет слишком большой, то труба потеряет структурную жесткость и при сжатии трубы для осадки и остывания она просто сомнется.

6. Максимально допустимое время удаления нагревательного элемента из зоны сварки.

Допустимая продолжительность удаления нагревательного элемента из зоны сварки ограничивается одним фактором, происходящим с нагретым полимером на воздухе – остывание (окисление для трубных марок полиэтилена несущественный фактор). Если не уложиться в регламентированное производителем сварочного оборудования время, то торцы труб не слипнутся (остыли).
Остывание торцов свариваемых труб пропорционально зависит от толщины трубы. Чем толще труба, тем больше технологическая пауза и на оборот – чем тоньше труба, тем меньше технологическая пауза.

7. Давление сжатия труб при плавлении и остывании.

Основным критерием прочности трубы при всех равных других показателях является толщина трубы. Для того чтобы достичь увеличения прочности свариваемых труб в месте стыка их необходимо с усилием прижать друг к другу, пока нагретые слои не остыли. Тогда каждый участок труб «расплющится» и увеличит толщину стенки , что приведет к увеличению прочностных характеристик.
Учитывая то, что на практике все полиэтиленовые трубы имеют некоторую эллипсность допускается погрешность совпадения торцов свариваемых труб – до 10% от толщины стенки трубы.
Сжатие торцов свариваемых труб необходимо производить плавно повышая давление до табличного значения с учетом давления холостого хода.

8. Время остывания.

Ни в коем случае нельзя пытаться ускорить процесс остывания, поливая зону сварного соединения водой или воздействуя охлажденным воздухом. Это приведет к созданию внутренних напряжений в материале и, в результате, к общему ослаблению сварного соединения.
Точное время остывание зависит от диаметра и толщины свариваемой трубы и указано в сварных таблицах, предоставляемых производителем сварочного оборудования.

9. Влияние температуры воздуха

Температура оказывает непосредственное влияние на протекание каждой фазы стыковой сварки.
Для того чтобы исключить зависимость стыковой сварки от параметров внешней среды, разработчикам технологии стыковой сварки пришлось ограничить эту температуру неким допускным диапазоном. Как правило это от -5 ºC до +45 ºC.

Метод сварки полиэтиленовых труб с помощью электросварных фитингов

 Электромуфтовая сварка полиэтиленовых труб позволяет получить, как и при сварке встык, качественное неразъемное соединение, ее используют для соединения ПЭ труб диаметром от 20 мм и выше, независимо от толщины стенки. При этом способе соединения труб, сварочные работы производятся при температуре воздуха от -100С до +300С. При более широком интервале температур сварочные работы следует выполнять в укрытии, для соблюдения заданного температурного интервала. Сварка ПЭ труб состоит из подготовительных работ и собственно сварки деталями с закладными нагревателями (ЗН). 

   Подготовительные работы включают в себя:

1. подготовку и проверку сварочного оборудования,
2. подготовка места сварки и размещение сварочного оборудования,
3. выбор необходимых параметров сварки (закладываются в зависимости от производителя и используемого электросварного фитинга),
4. удаление оксидного слоя,
5. закрепление и центровка труб и деталей в зажимах позиционера,
6. протирка поверхностей свариваемых труб и деталей с ЗН.

   Перед сборкой и началом сварки концы свариваемых ПЭ труб и соединительных деталей тщательно очищаются и протираются от всех загрязнений. Концы свариваемых труб обязательно должны быть ровно обрезаны, дабы избежать замыкания витков спирали и предотвратить вытекание расплавленного материала внутрь трубы. Затем производят механическую обработку концов трубы при помощи зачистных оправок или скребков для того, чтобы отчистить их от загрязнений и удалить оксидный слой. Неполное удаление оксидного слоя (оксидный слой образуется на поверхности трубы после ее производства) может привести к неоднородному или негерметичному сварному соединению. Как правило снимается стружка на глубину от 0,1-0,2 мм. Детали с ЗН  механической обработки не подвергаются из-за возможности повредить нагревательную спираль. Затем снимается фаска с внешнего ребра трубы для облегчения одевания муфты. Закрепление ПЭ труб в позиционере позволяет отцентрировать, устранить овальность и свести на нет возможные смещения труб во время сварки. 

Компания Армарост  реализует все необходимые элементы водопроводной системы на базе полиэтиленовых труб. С полным перечнем продукции можно ознакомиться внашем каталоге.