Экструзионная сварка полиэтиленовых труб

Обновлено: 05.07.2024

ГОСТ Р 56155-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов

Welding of polymeric materials

Extrusion welding of pipes, piping parts and panels

Дата введения 2016-01-01

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным автономным учреждением "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им.Н.Э.Баумана (ФГАУ "НУЦСК при МГТУ им.Н.Э.Баумана"), Национальным Агентством Контроля Сварки (СРО "НП НАКС"), Ассоциацией сварщиков полимерных материалов (АСПМ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 "Сварка и родственные процессы"

4 Настоящий стандарт разработан с учетом технических требований норм Немецкого союза по сварке и смежным технологиям DVS 2207-4:2005* Сварка термопластов. Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов (DVS 2207-4:2005 Welding of thermoplastics. Extrusion welding of pipes, piping parts and panels. Processes and requirements)

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Настоящий стандарт разработан в целях повышения конкурентоспособности и качества продукции, выполненной с применением экструзионной сварки, а также в целях гармонизации национальных стандартов по сварке полимерных материалов с международными нормами.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к выполнению экструзионной сварки труб, листов, емкостей и трубопроводных конструкций при производстве емкостного оборудования и бетонных конструкций, изолированных термопластичными полимерными материалами.

Настоящий стандарт не распространяется на экструзионную сварку труб, используемых в качестве гидрозащитных оболочек в теплоизолированных конструкциях трубопроводов и геомембран, применяемых при строительстве земляных и гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 11645-73 Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов

ГОСТ ISO 1167-1-2013 Трубы, соединительные детали и узлы соединений из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред. Определение стойкости к внутреннему давлению. Часть 1. Общий метод

ГОСТ Р 54792-2011 Дефекты в сварных соединениях термопластов. Описание и оценка

ГОСТ Р 55142-2012 Испытания сварных соединений листов и труб из термопластов. Методы испытаний

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 присадочный полимерный материал: Полимерный материал в виде прутка, ленты, порошка или гранул, преобразуемый в расплав, или в виде раствора, который совместно с расплавленным свариваемым материалом заполняет разделку шва в процессе сварки.

3.2 сварочная насадка: Сменная насадка на сварочном экструдере, которая направляет расплав присадочного полимерного материала в зону сварки, создает необходимое давление и формирует поверхность сварного шва.

3.3 сварочный экструдер: Устройство для плавления присадочного полимерного материала и подачи расплава в зону сварки.

3.4 экструзионная сварка: Сварка, при которой расплавленный присадочный полимерный материал подается в зону сварки из сварочного экструдера.

4. Общие требования

4.1 Основные положения

4.1.1 При экструзионной сварке соединение свариваемых деталей выполняют путем подачи расплавленного присадочного полимерного материала в зону сварки, где он взаимодействует с поверхностями предварительно нагретого, как правило, горячим воздухом до расплавленного состояния материала этих деталей.

4.1.2 Экструзионная сварка, выполняемая с использованием присадочного полимерного материала, имеющего форму прутка или гранул, может производиться в ручном или полуавтоматическом режиме.

4.1.3 Форма поверхности сварочной насадки должна соответствовать форме сварного шва.

4.1.4 Для нагрева свариваемых деталей и присадочного прутка, кроме горячего воздуха, могут применять нагретые инертные газы.

4.1.5 Количество расплава присадочного полимерного материала, выходящего из сварочного экструдера, определяет максимальный размер сварного шва и линейную скорость сварки при соблюдении требований к предварительному нагреву соединяемых поверхностей.

4.1.6 Необходимое давление при сварке создается за счет свойств расплавленного присадочного полимерного материала, геометрических параметров сварочной насадки и воздействия сварщика на сварочный экструдер.

4.1.7 Экструзионная сварка может выполняться с непрерывной и с периодической подачей расплава.

4.1.8 Результаты сварки оформляют протоколом по форме, в соответствии с Приложением А.

4.2 Экструзионная сварка с непрерывной подачей расплава

4.2.1 При экструзионной сварке с непрерывной подачей расплава предварительный нагрев свариваемых материалов в зоне сварки осуществляют устройством для подачи нагретого газа (воздуха), которое является частью сварочного экструдера.

4.2.2 Расплав присадочного материала должен непрерывно выходить из сварочного экструдера и при помощи сварочной насадки прижиматься к расплавленным поверхностям соединяемых деталей (см. рисунок 1), заполняя весь объем разделки шва.

4.2.3 Скорость заполнения разделки шва расплавом присадочного материала должна совпадать с линейной скоростью сварки.

Рисунок 1 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования I типа

4.3 Экструзионная сварка с периодической подачей расплава

4.3.1 При сварочном процессе с периодической подачей расплава расплавленный в сварочном экструдере присадочный материал направляется в приемное приспособление, из которого поступает в предварительно расплавленную нагретым газом разделку шва, где под давлением пресс-инструмента формируется поверхность шва (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема сварки с периодической подачей расплава на оборудовании II типа

4.3.2 Данный процесс сварки следует применять в случае ограниченного рабочего пространства и при невозможности проведения экструзионной сварки с непрерывной подачей расплава.

5 Оборудование для экструзионной сварки

5.1 Состав оборудования

Оборудование для экструзионной сварки состоит:

- из пластифицирующей системы (экструдера или нагревательной камеры), предназначенной для преобразования присадочного материала в расплав;

- из системы предварительного нагрева, предназначенной для расплавления поверхностей свариваемых деталей (как правило, в качестве теплоносителя используется нагретый воздух);

- из сварочной головки для размещения сварочной насадки и сопла системы предварительного нагрева;

- из сварочной насадки, предназначенной для направления расплава присадочного полимерного материала в зону сварки и формирования поверхности шва (в сварочном процессе с периодической подачей расплава указанные функции выполняет пресс-инструмент и приемное приспособление).

5.2 Оборудование I типа

5.2.1 В оборудовании I типа все его элементы сформированы в единый блок.

5.2.2 Присадочный материал применяют в форме прутка круглого сечения или гранул.

Гранулированный присадочный материал рекомендуется применять в сварочном оборудовании высокой производительности (см. рисунок 1).

5.3 Оборудование II типа

5.3.1 В оборудовании II типа сварочный экструдер и сварочная головка конструктивно разделены.

Для сварки экструдер и сварочная головка соединены между собой транспортировочным подогреваемым шлангом, который осуществляет подачу расплава присадочного полимерного материала в зону сварки (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа II

5.3.2 Для сварочного процесса с периодической подачей расплава в оборудовании II типа расплав присадочного материала извлекается из экструдера и перемещается в зону сварки с помощью ручного приемного приспособления (см. рисунок 2).

5.3.3 Оборудование II типа имеет высокую производительность, его рекомендуют применять в стационарных условиях из-за его размеров.

5.3.4 В качестве присадочного материала следует применять гранулированный материал.

5.4 Оборудование III типа

5.4.1 Оборудование III типа состоит из устройства подачи сварочного прутка, нагревательной камеры и системы предварительного нагрева поверхностей свариваемых деталей (см. рисунок 4).

5.4.2 Сварочный пруток поступает в нагревательную камеру, где происходит его расплавление с дальнейшим продавливанием расплава в зону сварки к сварочной насадке.

5.4.3. Оборудование III типа, как правило, компактнее оборудования I и II типов, но имеет меньшую производительность, его рекомендуют использовать для сварки тонкостенных изделий.

Рисунок 4 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа III

6 Требования к форме сварных швов

6.1 Сварные швы, выполненные экструзионной сваркой, должны соответствовать следующим требованиям:

- перекрещивающиеся сварные швы должны располагаться в шахматном порядке;

Полный текст этого документа доступен на портале с 20 до 24 часов по московскому времени 7 дней в неделю .

Также этот документ или информация о нем всегда доступны в профессиональных справочных системах «Техэксперт» и «Кодекс».

1 Принцип сварки и устройство оборудования

Экструзионная сварка применяется для сварки листов, профилей и пленок из пластмасс - полиэтилена, полипропилена, реже ПВХ или ПВДФ, еще реже из других термопластов. Для монтажа напорных трубопроводов из термопластов экструзионная сварка неприменима по одной причине – при стыковом расположении свариваемых изделий (труб, листов или пр.) прочность сварного экструзионного соединения не превышает 80% от прочности исходных изделий.

1.2 Общие требования

Так же как и для любой другой технологии сварки пластмасс, для сварки экструдером действуют общие требования:

- Сваривать следует только изделия из одинаковых термопластов. Важнейшими показателями «одинаковости» являются химический состав, плотность и показатель текучести расплава. При сварке экструдером те же требования предъявляются к присадочному материалу.

Замечание: Если показатель текучести расплава (ПТР) свариваемых деталей отличаются, то присадочный материал следует по возможности выбирать таким образом, чтобы его ПТР был средним между ПТР свариваемых деталей.

- Свариваемые поверхности должны быть чистыми. При экструзионной сварке это требование настолько жесткое, что свариваемые поверхности должны быть механически очищены даже от тончайшего слоя окислившегося материала не более чем за 20 мин до начала сварки. Это связано с тем, что технология экструзионной сварки создает сравнительно небольшое течение и перемешивание материала в зоне сварки.

1.3 Главная идея

Технология сварки экструдером была изначально разработана для сварки сравнительно толстостенных деталей. По сравнению с технологией сварки горячим воздухом с применением присадочного материала (прутка), сварка экструдером обеспечивает следующие преимущества:

Позволяет сварить толстостенные детали за один проход;
Увеличивает скорость сварки;
Уменьшает влияние человеческого фактора на качество сварного шва.

В принципе, экструзионная сварка двух деталей заключается в следующем:

- Свариваемые поверхности – специально подготовленная сварочная канавка (рис.1) или угол между листами (рис.2) или поверхность пленки, уложенной внахлест (рис.3). Свариваемые поверхности предварительно нагреваются до температуры пластификации горячим воздухом, выходящим из сопла предварительного нагрева сварочного экструдера. В случае стационарных цеховых сварочных экструдеров поверхности могут нагреваться тепловым излучением.

- Одновременно с этим присадочный материал в форме прутка или гранул подается в экструдер, нагревается до вязко-текучего состояния и перемешивается шнеком экструдера до достижения гомогенной (однородной) массы.

- Вязко-текучий присадочный материал выдавливается из сварочного экструдера и подается в зону сварки через т.н. сварочный башмак.

- Давление, необходимое для экструзионной сварки, прикладывается через присадочный материал – сварочным башмаком. В случае стационарных цеховых сварочных экструдеров сварочное давление на присадочный материал может сообщаться отдельными приспособлениями.


Рис. 1 Шов V-типа	Рис. 2 Шов K-типа	Рис. 3 Шов F-типа

1.5 Схема работы сварочного экструдера

Поскольку зона сварки обязательно должна быть нагрета перед впрыскиванием присадочного материала, сварочный экструдер снабжен нагревателем воздуха. Горячий воздух подается в зону сварки через т.н. «сопло предварительного нагрева» и нагревает свариваемые поверхности до вязко-текучего состояния. Температура горячего воздуха регулируется специальным контроллером.

Нагреватель воздуха может быть в форме термофена, т.е. иметь встроенный нагнетатель воздуха. Как вариант, экструдер может быть рассчитан на внешнюю подачу воздуха – от компрессора или пневмосети предприятия.

Если речь идет о сварочном экструдере шнекового типа (Рис.4), то присадочный материал в форме сварочного прутка или гранул подается в шнековую (экструзионную) камеру.

Вращение шнека обеспечивается электроприводом, в качестве которого часто используют обычную ручную дрель. С учетом того, что нормальная продолжительность работы экструдера больше, чем у дрели, на качественных экструдерах используются модифицированные электромоторы, рассчитанные на продолжительный режим работы и имеющие больший ресурс.

Проходя через экструдер, присадочный материал постепенно нагревается и перемешивается до состояния однородной массы. Нагрев материала обеспечивается электронагревателями, расположенными вокруг экструзионной камеры. Температура электронагревателей регулируется специальным контроллером.

Как вариант, в более простых и дешевых моделях экструдеров нагрев экструзионой камеры может производиться горячим воздухом, который проходит через полость вокруг экструзионной камеры и только после этого подается в зону сварки. В этом случае температура нагрева присадочного материала «привязана» к температуре горячего воздуха.

Расплавленный присадочный материал подается в зону сварки через т.н. сварочный башмак.


Рис. 4 Схема работы сварочного экструдера шнекового типа	Рис. 5 Схема работы сварочного экструдера плунжерного типа

В сварочных экструдерах плунжерного типа (рис.5) используется упрощенная схема продвижения присадочного материала через зону нагрева.

Материал в виде сварочного прутка подается на профильные вальцы, которые с усилием вводят его в цилиндрическое отверстие зоны нагрева. Электронагреватели, расположенные вокруг зоны нагрева, постепенно нагревают пруток до вязко-текучего состояния. Таким образом, задняя твердая часть прутка служит поршнем для передней пластифицированной части.

Сварочные экструдеры плунжерного типа отличаются меньшей производительностью. Компактность и небольшой вес позволяют использовать такой экструдер в труднодоступных местах. К недостаткам плунжерных экструдеров следует отнести их высокую требовательность к диаметру и идеально круглой форме сварочного прутка. А подача присадочного материала в форме гранул здесь вообще невозможна.

Нагретый присадочный материал из сварочного экструдера плунжерного типа, так же как и из шнекового экструдера, подается в зону сварки через сварочный башмак.

Форма рабочей поверхности сварочного башмака соответствует форме свариваемых поверхностей. В передней части башмака имеется специальный «нос», ограничивающий выдавливание присадочного материала вперед по направлению сварки.

Давление присадочного материала на «нос» сварочного башмака обеспечивает движение сварочного экструдера в направлении прокладки сварного шва. Скорость движения сварочного экструдера, таким образом, определяется производительностью экструдера и площадью сечения сварного шва.

1.6 Свариваемые материалы

Экструзионной сваркой наиболее часто свариваются изделия из ПНД, ПП или др. термопластов 1-й группы, у которых разница между температурой вязко-текучего состояния и температурой начала термодеструкции составляет более 50ºС. Это означает, что даже значительный перегрев материала (на 30-40ºС) не может серьезно повредить материал.

Термопласты 2-й группы, как ПВДФ и особенно ПВХ, отличаются неприятной особенностью – температура термодеструкции материала не намного превышает температуру пластификации. Поэтому при сварке ПВДФ особые требования предъявляются к точности работы системы нагрева материала (экструзионной камеры). А для сварки ПВХ, кроме того, используется сварочный экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления, не допуская локального перегрева.

Температурная неустойчивость термопластов 2-й группы, кроме того, накладывает дополнительные ограничения на технологию экструзионной сварки – в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки, не должен надолго оставляться в режиме ожидания и т.п.

Другая неприятность, связанная с ПВХ – это его абразивность и высокая химическая активность при нагреве. Это предъявляет особые требования к стойкости материалов экструзионной камеры и шнека.

Статьи и публикации

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ВСТЫК ТРУБ ИЗ РАЗНЫХ МАРОК ПОЛИЭТИЛЕНА

Область применения стандартных процедур сварки и методов ВИК не вполне соответствует современному разнообразию градаций и марок ПЭ, а также толщин стенок производимых полиэтиленовых труб. Оценка вязкости и упругости материала труб и пр. априорных условий сварки способна дать обоснование выбора той или иной сварочной процедуры и возможной коррекции ее основных параметров, а также позволит при ВИК отличить дефект сварного соединения от реологических особенностей материала. Эмпирическая инструкция по коррекции сварочных параметров была добавлена авторами в ГОСТ Р 55276-2012 при его разработке, в виде справочного приложения. Уточнение и легитимизация этой инструкции требует серии технологических экспериментов, часть из которых к настоящему времени выполнены авторами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВАРОЧНОМ АППАРАТЕ ПРИ СВАРКЕ С ЗАКЛАДНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

Регламент действий оператора при выполнении сварки ПЭ труб фитингами с закладными нагревателями, и даже особенности этих действий при сварке необычных фитингов – умозрительно понятны. Тем не менее, на практике большинство проблем возникает из-за нерадивого выполнения этих действий оператором. Нерадивое выполнение происходит, в частности, из-за неполного понимания процессов, происходящих в силовой электронике и программной логике сварочного аппарата во время сварки.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ФИТИНГЕ ПРИ СВАРКЕ С ЗАКЛАДНЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ

Регламент действий оператора при выполнении сварки ПЭ труб фитингами с закладными нагревателями, и даже особенности этих действий при сварке необычных фитингов – умозрительно понятны. Тем не менее, на практике большинство проблем возникает из-за нерадивого выполнения этих действий оператором. Нерадивое выполнение происходит, в частности, из-за неполного понимания процессов, происходящих между фитингом и трубой во время сварки.

Мифы об электросварных фитингах из ПЭ

Когда дело касается товаров широкого потребления, все знают, какой «шампунь №1 от перхоти» не имеет ни малейшего смысла, какой «самый безопасный автомобиль» по результатам краш-тестов давно не является таковым и т.д. А в случае с электросварными фитингами покупатель чаще всего ориентируется на репутацию брэнда, которая искусственно создана и активно поддерживается с помощью нескольких мифов.

Резка и соединение технических тканей

Изготовление тентов, маркиз, рекламных баннеров и прочих изделий из полимерных пленок и технических тканей предполагает правильный выбор материала, а также технологий его резки и последующего соединения выкроек.

Противоречия и основные ошибки раструбной сварки

Сварка полипропиленовых труб и фитингов нагретым инструментом в раструб известна не только специалистам, но и каждому, кто в течение последних 10–15 лет делал ремонт трубопроводов в квартире или на даче. Тем не менее, с расчетом на широкое профессиональное использование этого метода сварки, имеет смысл остановиться на не очевидных ошибках и противоречивых рекомендациях, с которыми сталкивается сварщик.

Стыковая сварка труб из ПНД в колодцац и подвалах

С 1 октября компания «АДР-Технология» начала продажу сварочного аппарата собственного производства. Аппарат с винтовым приводом центратора предназначен для стыковой сварки труб из термопластов диаметром 40–110 мм и получил торговое название ADR 110.

Технология сверления отверстий алмазным инструментом (продолжение)

При подготовке к сверлению необходимо правильно выбрать алмазную буровую коронку, электробормотор и станину. При выборе коронки обращайте внимание не только на диаметр, но и на материал, для сверления которого рекомендована коронка. (Продолжение)

Технология сверления отверстий алмазным инструментом

Режущая часть алмазного инструмента изготавливается из алмазных зерен и металлической связующей матрицы, спекаемой по технологии порошковой металлургии. Поэтому потребительские свойства алмазных сегментов зависят как от характеристик алмазных зерен, так и от свойств матрицы.

Цилиндрические емкости из листовых термопластов для новичков (продолжение)

Емкости из листовых термопластов изготавливаются методом сварки – сварка встык нагретым инструментом, экструзионная сварка и сварка горячим воздухом.

Сварка экструдером

Посредством экструзионной сварки формируются прочные, неразъемные соединения на основе пластика. Процедура проводится в рамках монтажных и сборочных работ, обеспечивает решение многих задач:

производство полиэтиленовых емкостей для хранения жидкостей;
прокладка безнапорных трубопроводов из ПНД;
выпуск пластмассовых корпусов и композитных деталей для различных приборов.

Экструзионная сварка полиэтилена целесообразна при соединении компонентов толщиной более 6 мм. В противном случае вероятна деформация изделий, появление прожогов и отслоений.

Оборудование

Для экструзионной сварки пластмассы используются профильные аппараты, именуемые экструдерами. Они предназначены для ручного формирования шва, ориентированы на уличную и внутрицеховую эксплуатацию.

В состав экструзионного блока для сварки труб входят следующие компоненты:

Нагревательный элемент . Модуль сварочного аппарата, нагревающий присадку и воздухоподающий блок.
Шнек . Вращающийся элемент, выдавливающий расплавленную присадку через сопло. Вместо шнека может быть использован плунжер.
Элементы управления . Клавиши, позволяющие контролировать процесс экструзионной сварки.
Воздухоподающий блок . Часть экструдера, подающая раскаленный воздух в область сварного шва. Это обеспечивает термическую обработку поверхности, гарантирует интеграцию экструзионного материала.
Накопитель . Узел для хранения экструзионной проволоки или гранул. В первом случае используется держатель для катушки, во втором — небольшой бункер.
Башмак . Вспомогательный элемент, упрощающий сварку экструдером. Башмак находится на конце аппарата. Он придавливает подаваемую присадку, не позволяя ей покидать зону сварки. Элемент выполнен из тугоплавкого полимера, устойчив к температурному и абразивному воздействию.

Башмак является съемной деталью экструдера, повторяет геометрию сварного шва, подбирается с учетом проводимых работ. Для сварки труб используются одни насадки, для изготовления резервуаров — другие, для производства корпусов — третьи.

Грамотный подбор башмака упрощает сварку экструдером, позволяет получить герметичное и долговечное соединение.

Производители предлагают оборудование для экструзионной сварки с левым и правым расположением сопла. Это упрощает подготовку к процессу и проведение работ.

Цена экструзионного модуля для сварки труб стартует от 30 000 рублей (МСК). За пределами Москвы стоимость оборудования для экструзионной сварки может существенно возрасти.

Выбирая экструдер, важно помнить о совместимости присадок. Отечественные приборы работают с продукцией российского и западного производства, зарубежные — только с проволокой и гранулами, одобренными фирмой-производителем. Попытка использования местных материалов в импортном экструдере увеличивает вероятность поломки дорогостоящего оборудования.

Теория

Применение экструзионной сварки целесообразно при работе с термопластами, сохраняющими вязко-текучее состояние в широком диапазоне температур: полипропилены, фторолоны, пластифицированный пластик.

Прочность сварного соединения, полученного посредством экструзии, достигает 70–100 % от прочности основания, что является прекрасным результатом для неразъемного узла.

При сварке экструдером материал нагревается на 30–60 градусов выше температуры текучести. Температурный режим выбирается с учетом внешних факторов и параметров экструзионной присадки. Уровень нагрева при сварке не должен превышать температуру деструкции материала, в противном случае произойдет охрупчивание околошовной зоны, и соединение утратит прочность.

При экструзионной сварке стоит учесть три правила.

Работа с компонентами из одинакового материала . При сварке полимерных изделий и труб недопустимо соединение деталей из разных видов пластика. Задействуемая присадка должна быть из того же сырья, что и элементы, которые нужно сваривать.
Особый контроль температуры при работе с ПВХ и ПВДФ . Экструзионная сварка поливинилхлорида и поливинилиденфторида выполняется с особой осторожностью. Материалы имеют малый температурный зазор между плавлением и разрушением. Формируя ответственные соединения (прокладка труб, подключение емкостей), рекомендуется использовать экструдеры шнекового типа. Они тщательно перемешивают присадку, позволяют создавать длинные швы непрерывным способом.
Минимизация тепловых потерь . Уменьшить рассеивание тепла позволяет сварка предельно толстым прутком с максимальной скоростью подачи. Такой подход требует определенной сноровки от мастера.

Сварка армированных материалов и пленок выполняется непрерывными швами. Соединение протягивается через прокатные и прижимные валки. В результате формируется ровный шов в одной плоскости с поверхностью.

Сварка экструзионным способом запрещена для труб, работающих под давлением.

Процесс соединения посредством экструдера регламентирован ГОСТ 16310-80, где прописана технология работы с трубопроводами и листами, отражены требования к качеству соединений.

К международным стандартам, регламентирующим использование экструдера, относится DVS 2207-4.

Нормативами определены параметры проведения сварочных работ для каждого материала.

ПНД . Диапазон нагрева присадки — от 210 до 230 градусов. Температура подаваемого воздуха — от 210 до 300 градусов при скорости потока от 300 литров в минуту.
ПП . Присадка нагревается до 240 градусов, воздух — от 210 до 300. Скорость потока — 300 литров в минуту.
ПВХ . Прогрев присадки осуществляется в узком диапазоне — от 170 до 180 градусов. Подаваемый воздух имеет температуру 280–340 градусов при скорости 300 литров в минуту.
ПВДФ . Для разогрева присадки требуется 350–400 градусов, воздух прогревается до 280–350 градусов. Скорость потока — 300 литров в минуту.

Соблюдение представленных рекомендаций при сварке посредством экструдера обеспечит получение надежных и долговечных соединений.

Виды сварных швов по ГОСТу

Нормативы, регламентирующие сварку полимеров экструдером, предлагают использовать 10 разновидностей швов. Наибольшее распространение получили 5 из них.

V-шов . V-образное соединение, удерживающее две детали в одной плоскости. Перед проведением работ у элементов скашиваются углы, что позволяет создать глубокую сварочную ванну. Угол скоса должен превышать 45 градусов. В нижней части соединения присутствует прямой торец толщиной не более 1 мм. Рекомендуемый зазор между свариваемыми деталями — 2 мм.
Х-шов . Аналог V-шва. Основное отличие — формирование V-образных соединений с обеих сторон листа. В результате образуется спаренная сварочная ванна, напоминающая букву Х. Скосы, создаваемые на торцах заготовок, имеют угол 30–60 градусов. Стыковка корневого сегмента выполняется без зазора.
К-шов . Соединение компонентов, расположенных под прямым углом, идет посредством наплавления катета. Мастеру не нужно подготавливать углубления или снимать фаски. Для качественной сварки посредством экструдера достаточно обеспечить плотное прилегание поверхностей.
HV-шов . V-шов для перпендикулярно расположенных компонентов. Фаска снимается с детали, находящейся в вертикальном положении. Угол скоса составляет 60 градусов. Между элементами должен оставаться зазор не менее 2 мм.
Двойной HV-шов . Вариация HV-шва. С вертикально устанавливаемого компонента фаска снимается с двух сторон, наличие зазора между деталями не обязательно.

Выполняя сварку при помощи экструдера, важно неукоснительно соблюдать требования нормативов. Это поможет избежать явных и скрытых дефектов.

Процесс соединения деталей

Соединение полимерных компонентов экструзионным способом выполняется в несколько этапов.

Подготовка экструдера . Предварительный прогрев с целью удаления остатков присадки. Качество очистки проверяется визуально.
Работа с поверхностью . Соединяемые элементы очищаются от химических, минеральных и биологических загрязнений. Их торцам придается необходимая форма. При обработке деталей может использоваться ветошь, растворитель, наждачная бумага. Допускается применение средств машинной обработки.
Предварительный прогрев . Поверхности прогреваются горячим воздухом из экструдера. Это гарантирует качественный контакт с присадочным материалом.
Подача присадки . В экструдер поступает присадка. Она может быть представлена проволокой или специальными гранулами.
Плавление и выход присадки . После сплавления и смешивания в экструдере материал подается в сварочный шов. Исключить сползание расплавленного полимера позволяет башмак.
Сварка поверхностей . Башмак создает давление, необходимое для смешивания присадки и основного материала с последующим получением неразъемного соединения. Сила воздействия зависит от сырья, из которого выполнены детали.

Сформированный шов остывает в естественных условиях. Впоследствии он проверяется сотрудниками ОТК на предмет герметичности, прочности и однородности. Выявленные дефекты устраняются по месту. К работе с экструдером допускаются компетентные специалисты, прошедшие аттестацию.

Обратившись в «Экомонтаж», вы сможете приобрести качественные трубы, а также заказать услуги по экструзионной сварке. Компания предлагает решения для коммунальных и промышленных объектов, реализует продукцию для различных работ.

Высокое качество изделий . В продаже только сертифицированные материалы. Товар сопровождается полным набором документов, соответствует экологическим и промышленным нормативам. Предлагаемые трубы удобны в монтаже, не оказывают воздействия на транспортируемую среду, обладают длительным сроком службы.
Многообразие услуг . Можно заказать монтаж инженерных систем, сварку ПНД-труб газопроводов, пайку полипропиленовых труб, производство изделий из полиэтилена, ремонт систем отопления, обслуживание и ремонт сварочного оборудования.
Профессиональный подход . Штатные сотрудники обладают необходимыми навыками и квалификацией. Решают типовые и нестандартные задачи, учитывают особенности объекта, требования отраслевых нормативов, предпочтения клиента.
Прозрачные расценки . Стоимость услуг не обременена сторонними сборами и комиссиями. Она соответствует прайсу, оговаривается до проведения монтажных и ремонтных мероприятий.
Индивидуальный подход . Заказы прорабатываются с должной тщательностью. Это исключает ошибки и неточности, гарантирует своевременное выполнение работ.

Уточнить параметры сотрудничества помогут консультанты предприятия. Специалисты ответят на вопросы и примут заявку.

Что такое экструзионная сварка и как она выполняется

Экструзионная сварка – это способ соединения полимерных материалов с помощью нагрева и применения специальных присадок, подающихся на сварной шов. Данный способ позволяет соединять как пленки, так и трубы или другие толстостенные детали, а производительность и качество шва у данного вида сварки выше, чем при соединении пластмасс с помощью горячего газа.

Сварка экструзионным методом применяется в разных отраслях промышленности, где используются большие объемы полимерных материалов:

Производство емкостей из пластика (кессоны, баки, канистры).
Строительство безнапорных трубопроводов и водных резервуаров.
Изготовление пластиковых корпусов в приборостроении.

Преимущественно данный способ сварки применяется при соединении пластмасс толщиной более 6 мм, но возможно и использование его для соединения полимерных пленок.

Для проведения экструзионной сварки применяется специальный аппарат, который называется экструдером. Приспособление для сварки вручную напоминает электродрель со специальной насадкой и нагревающим устройством, поэтому его называют экструзионным пистолетом.

Внутри экструдера установлен шнек, в котором присадка нагревается от корпуса экструдера, превращается в вязкую однородную массу и через башмак подается на сварной шов. Присадка может подаваться в устройство либо в виде проволоки, разматываемой с катушки, либо в виде гранул, поступающих через бункер.

Башмак – это часть аппарата, которая прижимается к соединяемым деталям и выполняет роль своеобразного утюга, придавливающего присадочный материал и не позволяющего ему растекаться в других направлениях. Изготавливается это устройство из тугоплавких полимеров (фторопласт, политетрафторэтилен), и для каждого типа и размера шва применяется собственный башмак. Нос башмака должен повторять форму соединяемых поверхностей, но не должен их касаться.

Через башмак (или независимо) подается горячий воздух для нагрева соединяемых поверхностей. Таким образом, нагрев происходит непосредственно перед подачей присадки. Современные экструдеры могут регулировать температуру воздуха и температуру присадочной массы.

В зависимости от назначения, мощности и производительности существуют различные группы экструдеров, несколько различающиеся по конструкции. Например, для производства пластиковых емкостей применяются аппараты, у которых сопло подачи воздуха установлено справа, и сварка осуществляется строго слева направо.

Большинство экструдеров выпускаются со шнеком, но существуют так же и безшнековые (плунжерные) аппараты. Присадочный материал из них выталкивается за счет давления нерасплавленного прутка. Главным недостатком такого типа экструдера является низкая производительность, но зато им можно работать в труднодоступных местах.

Цена профессионального оборудования стартует от 30 тысяч рублей, а самые «продвинутые» модели для промышленной сварки могут стоить порядка ста тысяч рублей. При этом следует учитывать, что для экструдеров западных фирм подходят проволока или гранулы только от производителя либо одобренных фирм. Отечественные аппараты менее требовательны к качеству присадок.

Теоретические основы

Экструзионная сварка применима только к материалам с большим диапазоном температуры, при которой сохраняется их вязко-текучее состояние, таким как полиэтилены, фторлоны, пластифицированный поливинилхлорид, полистирол. Такие материалы, способные нагреваться при температуре выше температуры текучести, называются термопластами. Диапазон температур между плавлением и термодеструкцией (разрушением материала) у термопластов составляет 50-180°С градусов.

Прочность соединения, полученного экструзионным способом, достигает 80-100% от расчетной прочности самих деталей, но при этом сильно зависит от температуры присадки. Нагрев присадочного материала осуществляется до температуры, превышающей его температуру текучести (Тт) на 30-60°C градусов. Расход теплоты присадки производится на потери в окружающую среду, на расплавление соединяемых кромок деталей и на сохранение вязкого состояния самой массы.

Следует заметить, что при этом температура нагрева деталей не должна превышать температуру термодеструкции материала, поскольку это приведет к снижению прочности соединения снизится.

На схеме ниже представлен процесс изменения структуры полимера при повышении температуры.

Соединению подлежат только соединения из термопластов, выполненных из одинакового материала. При этом присадка должна быть выполнена из того же вещества, что и соединяемые поверхности. В случае, если свариваемые детали обладают разными пределами текучести, предел текучести присадки должен быть равен среднему значению ПТ соединяемых деталей.

ПВХ и ПВДФ имеют небольшой интервал температур плавления и разрушения, поэтому их соединение должно проходить при тщательном контроле за температурным режимом. Для сварки таких материалов требуются экструдеры со шнеком, который тщательно перемешивает вязкую массу, а сварка должна производиться в один прием, без периодических выключений и нагревов экструдера.

Экструзионная сварка может применяться для формирования непрерывных протяженных швов на армированных материалах и пленках. При таком соединении экструзионная масса поступает на соединение пленок, которые протягиваются через прокатные валки. Затем соединяемый шов пропускается через прижимные валки, формируя сварочный шов.

Чтобы свести потери тепла к минимуму, экструзионная сварка должна проводиться при максимально большом диаметре присадочного прутка и высокой скорости подачи присадки.

Следует учитывать, что сварка экструдером запрещена для применения на трубопроводах, работающих под давлением.

В России правила проведения экструзионной сварки регламентируются стандартом ГОСТ 16310-80, этот стандарт регламентирует типы соединений, диапазон рабочих температур, толщины деталей, размеры кромок и другие технические параметры.

В мировой практике широко распространено применение немецкого стандарта DVS 2207-4, который более широко регламентирует проведение экструзионной сварки.

Примеры технических параметров сварки приведены в таблице.

Виды сварных швов

ГОСТ 16310-80 устанавливает более 10 видов сварочных швов, которыми можно соединять полимерные детали. Название шва зависит от внешнего вида его разреза. Рассмотрим основные из них.

V шов

С помощью столярного инструмента (ножовки, стамески или рубанка) производится обработка торцов соединяемых материалов. Создается скос, который в точке касания должен составлять угол в 45-90° градусов. На нижнем краю скоса должен оставаться прямой торец толщиной не более 1 мм.

Если стыкуются детали разной толщины, то сторона с большей толщиной срезается под большим углом, а меньшая – под меньшим. Таким образом, достигается равная толщина деталей в месте соединения.

Зазор между деталями не должен превышать 2 мм, чтобы обеспечить проникновение присадки во внутреннюю часть шва и обеспечить высокое качество соединения.

X шов

В отличии от V-образного шва, в X шве невозможно контролировать качество проварки. Но двойной шов призван компенсировать этот недостаток. Для такого вида шва предусмотрена собственная технология изготовления:

На соединяемых торцах формируются скосы с углом раскрытия 30-60° градусов,

Корневой слой стыкуется без зазора, предварительная фиксация осуществляется с помощью термофена. Проваривается шов сначала с лицевой части, затем с тыльной.

К шов

При применении такого шва производится обработка торцов скругленным скребком, затем производится предварительная фиксация листов с помощью термофена. Дополнительно может производится сварка со второй стороны соединения.

HV шов

Выполнение такого шва аналогично выполнению V-шва, однако угол раскрытия не должен превышать 60° градусов. Детали не стыкуются вплотную, между ними остается зазор в 2 мм. Этот зазор позволяет присадке проникнуть в соединение и выйти с наружной стороны, герметично закрывая шов.

Double HV шов

Процесс подготовки и проведения сварочных работ с применением экструзионных покрытий проходит следующим образом:

После запуска и прогрева экструдера производится его очистка от материала, использовавшегося ранее. Повторно применять присадку нельзя, потому что ее прочностные характеристики снижены,
За 15-20 минут до начала сварочных работ производится очистка соединяемых поверхностей от пыли, масляных и жировых загрязнений механическим воздействием (скребками, мелкой наждачной бумагой),
Обрабатываются торцы соединений под требуемый шов, на соединяемых поверхностях готовятся скосы или сварочные канавки,
Производится нагрев соединяемых поверхностей горячим воздухом,
Материал присадки поступает в экструдер, где нагревается от рубашки шнековой камеры и перемешивается до получения однородной пастообразной массы,
Разогретая до вязкого состояния экструзия выдавливается через башмак на сварочный шов, частично расплавляя свариваемые детали и перемешиваясь с их веществом,
На свариваемые поверхности с помощью сварочного башмака подается необходимое давление, обеспечивающее фиксацию деталей. Сила оказываемого давления зависит от материалов: так, для ПВД допустим широкий интервал давлений, а прочность соединения полипропилена падает при оказании слишком высокого давления.
Процесс охлаждения проходит при естественных условиях, так как принудительное охлаждение приводит к уменьшению прочности шва вследствие перепада температур.

Существует два основных типа экструзионной сварки – бесконтактный и контактный.

Бесконтактный способ сварки требует применения прижимных устройств или прессов, с помощью которых оказывается давление на соединяемые детали. Экструзия при данном способе подается из мундштука, который не вводится в разъем.

При контактном способе мундштук вводится в соединяемый разъем до контакта с кромками и перемещается вдоль стыка под углом 10-15° градусов, заполняя полость присадочной массой. Давление, создаваемое присадкой, позволяет отказаться от оказания дополнительного давления на материал. Такая сварка позволяет обеспечить потери тепла и обеспечить дополнительный нагрев соединяемых поверхностей за счет тепла от мундштука.

Читайте также: