Способы сварки пластмасс, оборудование

 

 

 

Рис. 4. Стыковой шов с наружным и

внутренним гратом

Ориентировочные значения параметров режима стыковой сварки труб нагретым инструментом приведены в таблице 1.

 

Параметры	Материал труб
	ПЭНП	ПЭВП	ПП	ПВХ
Температура инструмента	220+_10	220+_10	200+_10	209+_5
Давление в стыке при нагреве  торцов мПа	0,02-0.05	0,02-0.05	0,42-0.08	0,52-0.05
Время нагрева приSтрубы мм 4	35	50	60	35
6	50	70	80	45
8	70	85	90	50
10	85	100	100	60
12	100	120	150	70
14	120	160	180	-
16	160	180	250	-
Давление осадки	0,1-0,2	0,2-0,3	0,2-0,3	0,2-0,3
Время охлаждения стыка под давлением  при S мм 4-6	3-4	3-5	3-5	2-3
7-12	5-8	6-9	6-10	3-5
14-16	10-15	10-15	12-16	-

 

Таблица .1

 

 

4.Сварка труб враструб

Стыковая  сварка труб малого диаметра (16-50) мм и  с толщиной стенки

менее 4 мм становится неэффективной из-за больших деформаций сдвига, возможного смещения торцевых поверхностей друг относительно друга и значительного перекрытия внутреннего сечения труб гратом. В этих случаях рекомендуется применять сварку враструб. Сварка труб враструб имеет две разновидности. В первом случае раструб формируют на одной из труб (рис.5, а), во втором – в качестве соединитель ных элементов стыкуемых труб используют литые детали (муфты, тройники, переходы, угольники и др.) (рис.5, б).

 

 

 

 

 

Рис.5.

 

 

Ориентировочные значения параметров режима стыковой сварки труб на-

гретым инструментом приведены в табл.1.

При сварке враструб используют инструмент, состоящий из гильзы и

дорна (рис.4.16). Гильза служит для оплавления наружной поверхности концатрубы, а дорн предназначен для оплавления внутренней поверхности раструба.Технологический процесс сварки нагретым инструментом враструб

включает  в себя следующие операции:

- очистку  и обезжиривание труб;

- установку  и центровку труб в зажимах  сварочного устройства;

- ввод нагревательного  инструмента и его удаление  после нагрева;

- стыковку  соединяемых элементов;

- охлаждение  сварного соединения.

 

 

 

 

Рис. 6. Схема сварки враструб: а – нагреватель и стыкуемые детали; б – нагрев

свариваемых поверхностей; в – сварное соединение трубы с муфтой; 1 – соедини-

тельный элемент; 2 – дорн; 3 – нагреватель; 4 – гильза; 5 – труба; 6 – ограничитель-

ный хомут; 7 – сварной шов

Для фиксации глубины вдвигания трубы в раструб используют ограничи-

тельные хомуты, боковые плоскости которых должны быть соответ-ствующим образом обработаны, чтобы обеспечивалось уплотнение и формование выдавленного наружу грата.

Основными технологическими параметрами сварки враструб являются:

- температура  нагретого инструмента;

- скорость  надвигания трубы на инструмент;

- время оплавления  соединяемых деталей;

- давление  на сварной шов.

Давление  возникает за счет разности наружного  диаметра оплавленного

конца трубы  и внутреннего диаметра оплавленного раструба, т.е. натяга. Натяг создается тем, что дорн имеет наружный диаметр на 0,3-0,6 мм меньше внутреннего диаметра гильзы. Температура нагретого инструмента назначается исходя из свойств свариваемого материала. При пониженных температурах (и, соответственно, длительном нагреве) возможны перегрев и потеря устойчивости трубы при соединении её с раструбом, что особенно характерно для тонкостенных труб. При повышенных температурах существует опасность разрушения сварных соединений по поперечным сечениям в зоне торца трубы и раструба. Скорость надвигания трубы на нагретый инструмент должна быть максимально возможной. Медленное надвигание приводит к прогреву трубы или раструба на всю толщину и потере устойчивости. При оплавлении сначала вводят нагреватель дорном в раструб, а затем через 10-15 с прямой конец трубы вводят в гильзу.

Время оплавления (выдержку на нагретом инструменте) выбирают из ус-

ловия равномерного проплавления всей площади сварки на глубину 1-1,5 мм.

При большей  глубине оплавления возможны потеря устойчивости концов трубы и раструба и их деформация при вдвигании трубы в раструб (осадке). При правильном выборе времени оплавления у кромок торца раструба и на трубе по всему периметру образуется грат высотой 1-2 мм.

Промежуток  времени между оплавлением и  осадкой, необходимый для

удаления  инструмента, должен быть как можно короче. На стадии осадки после полного вдвигания конца трубы в раструб не допускается проворачивание труб относительно друг друга.

5. Сварка трубопроводов муфтами с закладными нагревателями

Сварка трубопроводов  муфтами с закладным нагревателями (ЗН) являет-

ся одной из широко применяемых технологий соединения полимерных труб,

которая заключается в расплавлении полимера на соединяемых поверхностях

детали (муфты, отвода, перехода и т.д.) и труб за счет тепла, выделяемого припротекании электрического тока по заложенному в деталь электрическому нагревателю (спирали) из металлической проволоки, и последующем естественном охлаждении трубопроводы.

Сварка деталями с ЗН используется во всей области применения поли-

этиленовых  трубопроводов для:

- соединения  полиэтиленовых труб, плетей, сваренных  стыковой сваркой,

при строительстве  новых трубопроводов (газопроводов, водопроводов и др.);

- соединения  полиэтиленовых труб с отводами, тройниками, заглушками

и т.п.;

- ремонта  трубопроводов.

Сваркой деталями с ЗН можно соединять трубы  диаметром от 20 до 800 мм

независимо  от толщины стенки, трубы из полиэтилена  разных, но близких по

характеристикам марок (например, из ПЭ80 и ПЭ63, ПЭ80 и ПЭ100). Для прочного соединения необходимо, чтобы показатели текучести расплава у этих марок полиэтилена были одинаковы или близки по значению.

Основные  достоинства сварки с ЗН:

- это единственный  способ, используемый для ремонта  полиэтиленовых

трубопроводов и врезки новых отводов (в т.ч. под давлением);

- автоматизация  процесса сводит к минимуму  влияние на качество соеди-

нения уровня подготовки и квалификации рабочего персонала;

- площадь  контакта свариваемых элементов  больше, чем при стыковой,

что значительно  повышает надежность соединения;

- отсутствует  ограничение на толщину стенки;

- требует  источник энергии значительно  меньшей мощности, чем сварка

встык;

- меньший  вес и габариты сварочного  аппарата по сравнению с аппаратом

для стыковой сварки упрощают и ускоряют сварку в траншее или котловане;

- цена сварочного  аппарата гораздо ниже цены  аппарата для стыковой

сварки.

На рис.7 показана конструкция муфты с ЗН марки FRIALEN. Провода

от источника  энергии присоединяются к контактам  на детали, а специальный

индикатор в  теле муфты информирует о достаточности нагрева. Чтобы расплав не вытекал во время сварки в зазоры между трубой и деталью (муфтой) из-за увеличения объема полимера при нагревании, витки ЗН

располагают не по всей поверхности фитинга (горячие зоны), оставляя свободными от нагревателя центральную и концевые части фитинга (холодные зоны). Во время сварки при движении расплава полимера из «горячих зон» к «холодным зонам» он остывает и твердеет, запирая таким образом остальную часть расплава, заполняющего все пространство между свариваемыми поверхностями. Детали с ЗН в зависимости от способа производства могут быть как с открытой внутри спиралью, так и со спиралью, покрытой тонким слоем полимера. Преимуществом открытой спирали является быстрый разогрев и, соответственно, быстрое перекрытие внутреннего зазора расплавом.

Для сварки длинномерных труб рекомендуют применять удлиненные де-

тали с  ЗН. В их более длинных «холодных  зонах» происходит выравнивание

осевой кривизны труб.

Основными технологическими параметрами сварки с ЗН являются:

- напряжение, подаваемое на ЗН (как правило,  от 6 до 42 В);

- время сварки, в течение которого происходит  разогрев ЗН и расплавле-

ние полиэтилена;

- время охлаждения  соединения, в течение которого  происходит застыва-

ние расплава и образование сварного соединения.

 

Рис.7. Муфта с закладным нагревателем

 

В паспорте детали или на штрихкоде время охлаждения должно подраз-

деляться на время до перемещения (до 70ОС) и до нагружения газопровода далением.

6. Оборудование для сварки труб

Большая номенклатура типоразмеров труб и необходимость  изготовления

фасонных  соединительных элементов (поворотов, тройников, крестовин и т.д.)

обусловили  создание широкой гаммы различных  сварочных установок, уст-

ройств и оснастки для стыковой и раструбной сварки. В настоящее время соз-

данием трубосварочного оборудования занимаются такие организации, как

ИЭС им. Е.О. Патона, ВНИИМонтажспецстрой, ВНИИСТ, МГТУ им. Н.Э.

Баумана, НИИМосстрой и др., а также ряд зарубежных фирм.

6.1.Оборудование для сварки встык

На прочность  и надежность сварных швов, которые  не должны уступать

прочности и  надежности материала трубы, определяющее влияние оказывает

уровень и  техническое состояние применяемого оборудования. Несмотря на

значительное  количество фирм, производящих оборудование для сварки встык, и разнообразие конструктивного оформления установок, они состоят из узлов, имеющих одинаковое функциональное назначение.

Центрат ор – станина с четырьмя или двумя металлическими захватами

(хомутами) для  зажима свариваемых труб и  соединительных деталей. Два из

них подвижно (подвижный суппорт) и два неподвижно укреплены на направ-

ляющих – стальных штангах (рис.8).

 

 

 

 

 

Рис.8. Сварочный аппарат для сварки встык полимерных труб диаметром до

630 мм фирмы ROTHENBERGER: 1 – торцеватель; 2, 6 – свариваемые трубы;

3 – неподвижные хомуты; 4 – нагреватель; 5 – хомуты подвижного суппорта;

7 – гидропривод; 8 – блок питания

Торцеватель (рубанок) – дисковое устройство с одним или нескольки-

ми лезвиями, приводимое в движение электродвигателем. Предназначен для

механической  обработки (торцевания) концов свариваемых  труб и соедини-

тельных деталей. Торцеватель устанавливается на направляющие аппарата между торцами труб (вручную или с помощью подъемного устройства) перед их торцеванием и удаляется после этой операции. В установках для сварки труб относительно небольших диаметров (до 450 мм) торцеватель может выполняться не съемным, а откидным, и приводиться в рабочее положение поворотом относительно направляющей.

При снятии стружки  контакт между свариваемыми частями  труб и торце-

вателем обеспечивается давлением подвижного суппорта. Вращению дисков

торцевателя вне сварочного аппарата препятствует микровыключатель.

Нагреты й инструмент имеет форму плоского диска или кольца. Из-

готавливается преимущественно из алюминиевых сплавов. Служит для нагрева и оплавления свариваемых поверхностей. Во избежание прилипания расплава к нагревательному элементу поверхность последнего покрывают специальной пленкой на основе фторпласта. Все большее применение получают нагреватели, покрытые фторопластом, нанесенным путем напыления. Толщина такого слоя составляет 0,5-0,8 мм. Все шире используются для этой цели специальные  многослойные тефлоновые покрытия.

Гидравлический  привод обеспечивает необходимый для  работы сва-

рочного аппарата уровень давления с возможностью его точной регулировки на всех стадиях сварочного процесса. Блок электропитания осуществляет подачу питающего напряжения на составные части аппарата. В блок встроены разъемы для подключения различных потребителей, терморегулятор нагревателя и выключатель. Редукционные вкладыши, входящие в комплектацию аппарата, представляют собой вставные полукольца, устанавливаемые в зажимы для фиксации во время сварки труб различного диаметра. Сварочные аппараты предназначены для сварки труб определенного ряда диаметров, определяемого комплектом вкладышей.

Электронный блок регистрации (управления) осуществляет для аппаратов средней и высокой степени автоматизации функции регистрации и

управления (полного или частичного) параметрами сварки.

По степени  автоматизации стыковые сварочные  аппараты подразделяют-

ся на три группы. Аппараты с ручным управлением , у которых управление процессом сварки осуществляется оператором вручную (задание параметров сварки управление гидросистемой) при визуальном контроле. Для сварки газопроводов допускается использование таких аппаратов только при обязательном автоматическом поддержании заданной температуры нагревателя. В подавляющем большинстве моделей с ручным управлением отсутствует автоматический контроль режима сварки и возможность получить информацию в ввиде распечатанного протокола.

Аппараты  со средней степенью автоматизации имеют микропроцессорный блок, осуществляющий автоматизированный контроль процесса по

всему циклу, регистрацию параметров сварки и их распечатку в виде протокола.

Аппараты  с высокой степенью автоматизации помимо того же набора функций, что и у аппарата со средней степенью автоматизации, имеются

дополнительные  возможности: микропроцессорный блок управляет процессом сварки и последовательностью этапов технологического процесса в заданном режиме сварки (в том числе автоматическое удаление нагретого инструмента), задает давление и температуру нагревательного инструмента в соответствии с параметрами, которые аппарат отображает на дисплее.