Оборудование для сварки нагретым газом

Обновлено: 04.05.2024

Классическое название метода сварки феном – сварка нагретым газом. Нагретым газом чаще всего является воздух. В связи с этим более распространенное наименование сварки с помощью фена – сварка горячим воздухом.

Сварка нагретым газом применяется к изделиям из любых термопластов 1-й и 2-й группы, т.е. к материалам, которые при нагреве способны перейти в вязко-текучее состояние, а после последующего остывания – в существенной мере сохранить свои первоначальные свойства. Если материал подвержен быстрому окислению при нагреве, в качестве нагретого газа рекомендуется применять азот.

Как и при любом другом способе сварки пластмасс, при сварке феном требуется нагрев свариваемых поверхностей (и, возможно, присадочного материала) и создание сварочного давления.

Нагрев в данном случае осуществляется горячим газом, который имеет низкую теплопроводность. Для обеспечения приемлемо быстрого нагрева материала температуру газа (воздуха) подбирают значительно выше температуры пластификации соответствующего термопласта. Оптимальная температура нагретого газа зависит от формы и размеров свариваемых изделий (например, от толщины пленки), от времени нагрева (от формы потока газа и скорости продвижения фена) и пр. Для примера, рекомендованная температура сварки ПВХ ткани около 500°C (см.4.2), что как минимум на 300°C выше температуры начала термодеструкции ПВХ. А что если ПВХ ткань не гладкая, а рифленая? Таким образом, риск частичной термодеструкции материала при сварке феном выше, чем при других технологиях сварки.

Способ создания сварочного давления при сварке феном зависит от формы свариваемых изделий и применяемого сопла. Фактически, сварка горячим воздухом – это 4 различные технологии:

Т.н. сварка присадочным прутком, отдельным от горелки (определение из DVS 2207-3). Сварка выполняется феном с простым круглым соплом, которое не имеет контакта со сварочным прутком. Если сварочный пруток (и, соответственно, свариваемые изделия) из жесткого материала, то сварочное давление можно обеспечить нажимом относительно холодной части прутка в направлении, перпендикулярном сварному шву (см.п.3.2). Такой метод применяется для сварки феном профилей, труб и листов из непластифицированного ПВХ, изотактического ПП, ПЭ высокой плотности и т.п.
Сварка присадочным прутком, отдельным от горелки, но применительно к мягким материалам. Это технология сварки линолеума. Обеспечить сварочное давление при этой технологии можно только вдавливая нагретый сварочный пруток в подготовленную канавку специальным профильным роликом (см.п.3.3).
Т.н. сварка нагретым газом ленточным швом. В русской интерпретации – прутковая сварка соплом быстрой сварки (см.п.3.4). Сварочный пруток подается в специальное входное отверстие сопла и успевает глубоко прогреться внутри него на пути к свариваемым деталям. Сварочное давление создается за счет прижима нагретого сварочного прутка носиком сопла.
Технология сварки геомембран (определение из DVS 2225-1). Технология применима как для сварки гидроизоляционных мембран, так и для сварки ткани или пленки. Листы мембраны, ткани или пленки укладывают внахлест на жесткое основание, между слоями помещают плоское сопло фена. Сварочное давление создают, прикатывая верхний слой к нижнему мягким термостойким валиком (см.п.4.1).

Ни одна из технологий прутковой сварки не может обеспечить стабильное и точно нормированное сварочное давление. Следует добавить высокий риск перегрева материала при сварке феном, а также большую зависимости результата от человеческого фактора. Если сравнивать сварное соединение двух расположенных встык труб или листов, выполненное двумя разными технологиями – сваркой встык нагретым инструментом и сваркой нагретым газом, то нужно еще вспомнить, что фен обеспечивает только локальный нагрев; а это значит, что передняя часть шва всегда горячее задней, и это приводит к дополнительным напряжениям в готовом сварном соединении.

В связи с вышесказанным при стыковом расположении труб или листов прочность соединения, выполненного нагретым газом с присадочным прутком, оценивается не более чем в 60% прочности исходных изделий. По этой причине сварка труб феном допускается только если это не напорный трубопровод.

В случае сварки полиэтиленовой пленки, ПВХ ткани и т.п. материалов внахлест прочность соединения можно регулировать увеличением ширины шва. Однако здесь другая опасность: нагреву и частичной термодеструкции подвергаются не только непосредственно свариваемые поверхности, но и околошовные зоны – они и являются «слабым звеном». Это «звено» тем слабее, чем больше материал подвержен термодеструкции. Тем не менее, сварка нагретым газом с помощью строительного фена остается самой популярной технологией сварки ПВХ тканей и пленок при изготовлении или ремонте тентов, баннеров и пр.

2. Оборудование для сварки нагретым газом

Требования к сварочным фенам прописаны в Приложении 2 к DVS 2207-3 (Германия), а также в EN 13705:2004 (ЕС). В нашей стране ввод в действие ГОСТа на оборудование для сварки нагретым газом и экструзионной сварки запланирован на 2016г. Документ в первом приближении уже готов, на основании идентичного перевода EN 13705.

Самые существенные требования нормативов:

Плавная регулировка мощности нагрева;
Рукоятка из материала, стойкого к ударным и температурным нагрузкам;
При установке сварочного сопла, которое создает серьезное сопротивление воздуху, поток воздуха должен оставаться достаточным для технологии сварки нагретым газом;
В случае перегрева выше порогового значения (например, при перекрытии потока воздуха) система защиты должна отключать нагрев;
Нагрев должен включаться только если включена подача воздуха. Нагрев должен отключаться без отключения подачи воздуха.

Эти формальные требования проводят границу между сварочными фенами и термопистолетами, которые еще называют термовоздуходувками.

Термопистолеты/Термовоздуходувки

Сварка нагретым газом применяется для строительных, технических и промышленных целей. Кроме сварки, мощные сварочные фены имеют широкое применение: отжиг старой краски, термоусадка, пайка и распайка и пр. Чтобы подчеркнуть отличие сварочного фена от термопистолета, термовоздуходувки или фена для волос, сварочный фен называют строительным феном, техническим или промышленным феном. Это неофициальная терминология, не закрепленная нормативными документами.

Поскольку строительные и технические фены рассчитаны на большие объемы профессиональной работы, кроме перечисленных нормативных требований, они имеют еще следующие отличия от термопистолетов и термовоздуходувок:

Производители предлагают строительные, технические и промышленные фены в виде трех групп оборудования:

Ручные фены;
Автоматизированные сварочные аппараты;
Стационарные промышленные нагреватели газа.

2.1. Ручные строительные и технические фены

EN 13705:2004 и прототип ГОСТ разделяют ручное оборудование для сварки нагретым газом на 2 отдельных группы – оборудование с внешней подачей воздуха (газа) и оборудование со встроенным нагнетателем воздуха. Схема строительного фена с внешней подачей воздуха формально включает рукоятку, нагревательный элемент и корпус нагревателя, шланг подачи воздуха и кабель электропитания. Схема фена строительного со встроенным нагнетателем отличается тем, что не включает шланг, зато включает собственно нагнетатель.

Схемы строительного фена

При любой схеме строительные фены, как правило, рассчитаны на нагрев воздуха до температуры в пределах 700°C. На этот пороговый уровень настроено устройство защиты, отключающее нагрев.

Основные технические характеристики встроенного нагнетателя воздуха – максимальное создаваемое давление и максимальный поток. А фактический поток воздуха зависит от совокупного сопротивления потоку, прежде всего в нагревателе и в установленном сопле. Производитель рассчитывает таким образом, что если никакое сопло на фен не установлено, поток будет максимальным, тогда даже при настройке мощности нагрева на максимум пороговая температура воздуха никогда не будет достигнута. А если установлено самое маленькое для этого фена сопло, поток снизится, и при максимальной мощности нагрева пороговая температура достигается легко. Тут уже нужно крутить ручку настройки нагрева, чтобы достичь требуемой температуры воздуха.

Существуют фены с обратной связью по температуре и с автоматическим регулятором температуры воздуха, а не мощности нагрева. Однако следует понимать, что такой регулятор способен поддерживать стабильной только температуру воздуха в месте установки датчика. А не температуру воздуха на выходе из сопла, которая сильно зависит от установленного сопла.

Так или иначе, первое, что нужно точно понять перед покупкой – для чего нужен строительный фен. В зависимости от целевого применения строительного фена радикально отличаются его основные параметры – максимальная мощность нагрева (т.е. мощность нагревательного элемента), поток воздуха (сопротивление потоку в нагревателе) и посадочный диаметр для сопел.

Небольшой поток и мощность нагрева (около 1,5 кВт) – для прутковой сварки (сварка ПВХ профиля, сварка труб или листов, сварка линолеума). Технология сварки тента или баннера внахлест – очень ограниченно, небольшим плоским соплом, для ремонта тента своими руками. Сменные сопла для таких технологий сварки имеют посадку Ø32 мм.
Посадка для сопел Ø32 мм, но поток больше и, соответственно, мощность нагрева выше (в районе 3 кВт) – идеально для технологии сварки ПВХ ткани или полиэтиленовой пленки своими руками. Оговорка «своими руками» означает, что для профессиональной сварки тентов или баннеров лучше все-таки использовать автоматизированные аппараты сварки нагретым газом.
Самый большой поток воздуха, широкий выход из нагревателя с посадкой Ø50 мм для сопел, высокая мощность нагрева – это вообще, как правило, не для сварки. Широкий пучок горячего воздуха используют для быстрого и равномерного прогрева больших поверхностей: для снятия напряжений после прутковой сварки, для отжига краски и т.п. Тем не менее, широкие плоские сопла для сварки ПВХ пленки и ткани внахлест для таких фенов тоже предусмотрены.

Специфическое применение строительного фена может формировать предпочтения к конструкции нагнетателя воздуха. На примере фенов FORSTHOFF:

Коллекторный двигатель по определению имеет меньший ресурс, чем асинхронный, поскольку графитовые щетки постоянно трутся о контактный коллектор, стираются сами и изнашивают коллектор. За счет высокоточной сборки коллектора и тщательной балансировки ротора производителям удается довести ресурс щеток до более чем полутора тысяч часов работы, а ресурс коллектора (а значит, ротора целиком) – до 2-3 комплектов щеток.

У асинхронного мотора другая проблема – его удельная мощность на единицу объема и массы мотора несколько меньше, чем у коллекторного. Т.е. при одинаковой мощности асинхронный мотор обычно чуть крупнее. Для ручного оборудования это серьезный недостаток. Для устранения этого недостатка производители используют улучшенную (и более дорогую) схему расположения обмоток, снижающую рассеивание магнитного потока.

Если с помощью строительного фена предполагается выполнять прутковую сварку, т.е. мощность нагревателя 1,5 кВт оптимальна, то потребитель может выбирать между двумя схемами построения строительного фена – нагреватель со встроенным нагнетателем воздуха или легкий компактный нагреватель с внешней подачей воздуха через шланг.


Встроенный нагнетатель воздуха	Внешняя подача воздуха

Аппарат со встроенным нагнетателем представляет собой вполне законченную функциональную единицу и удобен для работы в полевых условиях.

Аппарат без нагнетателя воздуха рассчитан на подачу газа от внешнего источника – баллона со сжатым азотом или др. газом, мобильного нагнетателя воздуха, переносного компрессора или заводской сети сжатого воздуха.
Достоинства:

Незаменимость для сварки азотом или др. газом;
Возможность тщательной фильтрации и осушения газа перед нагревом;
Малый вес и габариты;
Полное отсутствие вибрации.

Если работа строительным феном затрагивает большую площадь (например, сварка линолеума), таскать за собой шланг с нагнетателем может оказаться неудобно;
Минимальный работоспособный комплект (аппарат без нагнетателя плюс мобильный нагнетатель воздуха) обходится заметно дороже, чем аппарат со встроенным нагнетателем.

2.2. Автоматизированные аппараты для сварки нагретым газом

EN 13705:2004 и прототип ГОСТ называют автоматизированные аппараты «Оборудованием для непрерывной сварки рулонных материалов», таким образом конкретизируя их область применения. Схема такого оборудования включает тележку с электрическим приводом, строительный фен с нагнетателем воздуха, кабель электропитания, при необходимости комплектуется катушкой для присадочного материала. Упоминание о катушке сделано в связи с тем, что к рулонным материалам относят не только пленки и ткани, свариваемые нахлесточным швом, но и линолеум, который сваривается встык мягким шнуром.

Автоматизированные аппараты реализуют ту же технологию сварки линолеума, ПВХ ткани или полиэтиленовой пленки, что и ручные строительные фены. Но позволяют выжать из технологии весь ее потенциал за счет того, что выдерживают на постоянном уровне не только температуру воздуха, но и сварочное давление и скорость движения (т.е. время нагрева каждой точки материала).

К недостаткам автоматизированного оборудования для сварки нагретым газом можно отнести:

неудобство или невозможность выполнения мелких нестандартных работ, например, ремонт тентов путем приварки заплат;
узкую специализацию аппаратов; специализацию можно расширить сменным навесным оборудованием, но ведь с другим обвесом – это по сути другой автоматизированный аппарат.

2.3. Стационарные промышленные нагреватели газа

Промышленные нагреватели газа предназначены для использования в технологических линиях. В связи с этим схема промышленных нагревателей газа чаще всего предельно проста – нагревательный элемент с крепежом. Нагнетатель воздуха не предусмотрен, предполагается подача газа или воздуха от внешнего источника. Даже шнур питания оборудован не вилкой, а контактами для стационарной коммутации.


Промышленные нагреватели	Схема пром. нагревателей

Некоторые модели нагревателей снабжены регулятором мощности нагрева. Иногда – еще и защитным экраном нагревателя.

На нагреватель можно устанавливать любые сопла и таким образом использовать горячий воздух (газ) для самых разных целей, в т.ч. не связанных со сваркой.

Оборудование для сварки нагретым газом

ГОСТ EN 13705-2015

Оборудование для сварки нагретым газом и экструзионной сварки

Welding of thermoplastics. Equipment for hot gas welding and extrusion welding

* В ИУС N 10 2016 г. и на официальном сайте Росстандарта

ГОСТ EN 13705-2015 приводится с МКС 25.160.30, здесь и далее. -

Примечание изготовителя базы данных.

Дата введения 2017-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН 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) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

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

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 сентября 2015 г. N 80-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 мая 2016 г. N 302-ст межгосударственный стандарт ГОСТ EN 13705-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.

5 Настоящий стандарт идентичен европейскому стандарту EN 13705:2004* "Сварка термопластов. Оборудование для сварки нагретым газом и экструзионной сварки" ["Welding of thermoplastics - Machines and equipment for hot gas welding (including extrusion welding)", IDT].

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

Европейский стандарт разработан техническим комитетом по стандартизации CEN/TC 249 "Пластмассы".

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного европейского стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.6).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных европейских стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2020 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные требования к оборудованию для сварки нагретым газом и экструзионной сварки с предварительным нагревом, применяемому для соединения заготовок, изготовленных из термопластов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

EN 562, Gas welding equipment - Pressure gauges used in welding, cutting and allied processes (Оборудование для газовой сварки. Манометры, используемые при сварке, резке и родственных процессах)

Заменен на EN ISO 5171:2010.

EN ISO 2503, Gas welding equipment - Pressure regulators for gas cylinders used in welding, cutting and allied processes up to 300 bar (ISO 2503:1998) (Оборудование для газовой сварки. Редукторы для газовых баллонов, применяемых при сварке, резке и аналогичных процессах с давлением газа до 300 бар)

3 Требования

3.1 Общие требования

3.1.1 Маркировка

Оборудование должно иметь четкую маркировку содержащую: сведения о производителе, тип оборудования, серийный номер или заводской номер, рабочие параметры и параметры электрического подключения.

3.1.2 Документация

Требования к эксплуатации и обслуживанию должны быть установлены для каждой единицы оборудования. Документация, как минимум, должна содержать:

- техническое описание оборудования;

- параметры используемых сварочных насадок;

- диагностику неисправностей и рекомендации по их устранению.

Рекомендуется указывать в документации перечень возможных неисправностей и ошибок с указанием причин их возникновения и способов их устранения.

3.1.3 Приспособления - насадки

Сварочные насадки должны быть надежно закреплены во время работы и быть легко заменяемыми. Материал для изготовления сварочных насадок должен быть устойчив к коррозии и окислению, не должен крошиться, не допускается использование меди или медных сплавов.

Сварка пластмасс

Сварка - наиболее экономичный, технологичный, а зачастую и безальтернативный способ соединения деталей из пластмасс. Сварка пластиков не только обеспечивает высокое качество соединений, но и легко реализуется в самых различных условиях - как массового, так и единичного производства, в промышленности и быту.

Сварка пластмасс

Существует большое количество способов сварки пластиков. Все их можно условно разделить на две группы: соединение деталей путем нагрева их поверхностей до вязкотекучего состояния и сварка без использования нагрева или с нагревом, но ниже температуры вязкотекучести - с помощью растворителей.

Наибольшее распространение получила сварка с нагревом до температуры вязкотекучести. В зависимости от вида потребляемой энергии, способа ее преобразования и ввода в контактную зону, существуют следующие виды сварок пластмасс с нагревом:

нагретым газом;
расплавленной присадкой;
нагретым инструментом;
световым, инфракрасным или лазерным излучением;
ультразвуком;
трением;
токами высокой частоты.

По своему поведению при нагревании и способности к свариваемости с помощью тепла, полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Первые при нагреве до вязкотекучего состояния не претерпевают сколько-нибудь существенного химического изменения. Их можно многократно нагревать, доводить до размягчения и снова возвращать в исходное состояние без нарушения их структуры и свойств. Большинство полимером относятся к термопластам. Реактопласты, при переработке в изделие, под воздействием нагрева претерпевают необратимые изменения и навсегда теряют способность переходить в вязкотекучее состояние. Их нельзя сваривать нагревом.

Процесс сварки полимеров состоит из нескольких последовательных этапов:

подвода и преобразования энергии, обеспечивающей активацию свариваемых поверхностей;
взаимодействия активированных поверхностей при контакте друг с другом;
формирования структуры материала в зоне контакта.

Стадия взаимодействия свариваемых зон является самой важной для прочности соединения. При вязкотекучем состоянии происходит перемешивание слоев расплава, в результате чего граница раздела исчезает, и обеспечивается более высокая прочность соединения, чем при высокоэластичном состоянии. Соединение образуется быстро, особенно при таких видах сварки, как ультразвуковая и высокочастотная.

Сварка нагретым инструментом

Самым простым способом подвода тепловой энергии является контакт свариваемых поверхностей пластмасс с нагретым инструментом. Благодаря простоте технологического процесса, дешевизне оборудования и оснастки, сварка нагретым инструментом, называемая также контактно-тепловой или термоконтакной сваркой, используется очень широко. Ее применяют для соединения труб, изготовления различных емкостей, деталей машин, конструкций и т.п.

Наибольшее применение нашел способ прямого нагрева. Соединение при нем образуется в два этапа:

разогрев (оплавление) соединяемых поверхностей плотно прижатым нагретым инструментом для сварки;
контакт нагретых поверхностей свариваемых деталей с определенным усилием и выдержка под давлением до охлаждения деталей.

Этапы сварки полимерных труб

Разогрев должен обязательно приводить к оплавлению свариваемых торцов на определенную глубину. При этом расплавляются все неровности, и обеспечивается плотный контакт деталей, необходимый для перемешивания слоев материала и образования прочного соединения.

Время между удалением инструмента и сжатием свариваемых деталей должно быть как можно меньше, в противном случае снижается прочность шва из-за быстрого охлаждения свариваемых поверхностей.

К основным технологическим параметрам сварки пластмасс нагретым инструментом относятся:

температура нагревателя;
продолжительность нагрева;
давление оплавления (усилие прижатия инструмента к детали);
давление осадки (усилие сжатия свариваемых деталей);
продолжительность выдержки давления после сварки.

В нижеследующей таблице приведены примерные параметры режима сварки полипропиленовых и полиэтиленовых труб нагретым инструментом.

Режим сварки полипропиленовых и полиэтиленовых труб

Перед сваркой контактирующие поверхности деталей необходимо очистить от посторонних веществ и загрязнений, препятствующих соединению - пыли, масла и др. Для обезжиривания могут использоваться ацетон или спирт. При необходимости применяется торцовка (срез неровностей соединяемых кромок) с удалением образовавшейся стружки.

В некоторых случаях рекомендуется путем механической зачистки удалять верхний слой, насыщенный окисленным полимером и другими продуктами окисления, образовавшимися под действием солнечного света и кислорода воздуха.

Кроме способа прямого нагрева, когда нагретый инструмент непосредственно контактирует со свариваемой деталью, применяется и сварка косвенным нагревом (с использованием промежуточного материала, подвергаемого нагреву), а также сварка с закладными нагревателями. В последнем случае в соединяемую часть (электромуфту, например) закладывается нагревательный элемент (специальная металлическая проволока), нагревающийся при пропускании через него электрического тока и расплавляющий окружающий его полимер.

Оборудование для сварки нагретым инструментом. К наиболее простому оборудованию для сварки нагретым инструментом относятся сварочные аппараты для сварки полимеров, предназначенные для сварки труб встык и враструб. Первые используются для оплавления плоских поверхностей, чаще всего торцов труб при стыковой сварке. Однако их можно использовать для сварки любых деталей, имеющих плоскую контактную поверхность.

Аппараты для сварки полимерных труб встык

Аппарат для сварки полимерных труб враструб

Работа со сварочными аппаратами для сварки встык проста. После установки температурного режима и разогрева инструмента, подготовленные кромки соединяемых деталей прижимаются к разогретой поверхности с двух сторон. После разогрева и оплавления поверхностей, детали прижимаются друг к другу с определенным усилием и выдерживаются в таком положении до охлаждения шва (подробнее см. в статье Сварка полиэтиленовых труб).

У аппаратов для сварки враструб происходит разогрев наружной поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга или раструба трубы. Диаметры нагревательных втулок (муфт) и штифтов (дорнов) подобраны таким образом, чтобы при соединении трубы с фитингом обеспечивался натяг, необходимый для образования прочного и герметичного соединения. После установки температурного режима и разогрева инструмента, соединяемые детали трубопровода устанавливаются с двух сторон на нагретую оправку - фитинг надевается на штифт (дорн), труба вставляется во втулку (муфту). После выдержки необходимого для нагрева времени, детали снимаются с оправки и соединяются друг с другом (подробнее см. в статье Сварка полипропиленовых труб).

Нередко для сварки пластмасс используют обычные электропаяльники, которые особенно хорошо подходят для разогрева кромок маленьких деталей.

Сварка нагретым газом

При сварке нагретым газом, разогрев соединяемых деталей осуществляется теплом газов, исходящих из сопла горелок или термофенов (строительных фенов) различных конструкций. В качестве газа-теплоносителя могут использоваться воздух, аргон, углекислый газ, азот, продукты горения горючих газов.

Вид используемого газа зависит от свойств свариваемых пластмасс. Наиболее экономичным является воздух. Для пластмасс, сильно подверженных воздействию кислорода, наиболее высокую прочность соединения обеспечивают азот и аргон.

Благодаря дешевизне оборудования, возможности соединять детали любых размеров и конфигураций, простоте и удобству пользования, сварка нагретым газом используется очень широко. С ее помощью сваривают в основном конструкции из материала толщиной от 1,5 мм - трубы, химическую аппаратуру, всевозможные емкости и пр.

Технология сварки пластмасс нагретым газом предусматривает два способа получения соединения: с применением присадочного материала и без использования присадочного материала.

В первом случае в качестве присадки используется пруток диаметром 2-6 мм или полоса. Присадка изготавливается из того же материала, что и соединяемые детали. Иногда для повышения пластичности и текучести в неё добавляют пластификаторы.

Схемы сварки пластмасс присадочным прутком: а - сварка без насадки, б - сварка с насадкой для твердых термопластов, в - сварка с насадкой для мягких термопластов, г - сварка с насадкой для твердых и мягких термопластов. 1а - стандартное сопло, 1б - производительное сопло, 2 - основной материал, 3 - прижимной ролик, 4 - присадочный пруток, 5 - направляющий канал, P - направление давления на присадочный материал, V - направление сварки.

К основным технологическим параметрам сварки нагретым газом с использованием присадочного материала относятся:

расход и температура газа;
материал и размеры сечения присадочного прутка;
угол наклона подаваемого в разделку прутка;
усилие прижима присадки;
угол наклона горелки к плоскости детали;
скорость сварки.

Температура газа на выходе из сопла должна быть на 50-100°C выше температуры вязкотекучести свариваемого материала.

Расстояние между поверхностью сварного шва и соплом наконечника нужно поддерживать постоянным, равным 5-8 мм.

При угле наклона присадочного прутка больше 90° пруток, уложенный в шов, удлиняется (при охлаждении может лопнуть). Так сваривают полипропилен. При угле наклона меньше 90° пруток разогревается быстрее основного материала и на участке большей длины. Расход прутка увеличивается из-за его осадки при укладке в шов. При этом в шве возникают внутренние напряжения из-за продольного сжатия, и пруток изгибается с образованием на его поверхности волны. Прочность сцепления прутка с кромками уменьшается, и его можно легко отделить. Перед сваркой пруток нагревают, отгибают под прямым углом и охлаждают на воздухе.

Наклон присадочного прутка

Сварка нагретым газом

Угол наклона оси горелки к плоскости изделий в начале сварки должен составлять 55-65°, в дальнейшем уменьшаться до 45°.

Струя газа должна быть направлена на основной материал, поскольку его масса больше массы присадочного материала.

Скорость сварки колеблется в широких пределах в зависимости от марки свариваемого материала и его толщины и может составлять от 4 до 15 м/ч.

Стыковые швы материала толщиной менее 4 мм выполняют без разделки кромок. В отношении более толстых материалов применяют одностороннюю или двухстороннюю разделку.

Горелки и термофены. В качестве оборудования для сварки нагретым газом применяются газовые горелки и термофены, в которых газ-теплоноситель нагревается в результате сгорания горючего газа или от нагревательного элемента, по которому пропускается электрический ток. Сварка пластиков феном, благодаря своей простоте, удобству пользования и дешевизне, широко используется в домашних условиях. Термофены бывают двух типов: с подачей газа от внешнего источника (компрессора, баллона или сети) и с вентилятором, вмонтированным в корпус самого фена.

Термофен с вентилятором и термофен с подачей газа от внешнего источника

Для оптимального распределения газа по сварному шву применяются различные насадки.

Сварка экструдером

При сварке термопластов расплавом, для образования шва используется теплота расплавленного присадочного материала, подаваемого в зону сварки из специального аппарата. В качестве последнего используются экструдеры или пистолеты с нагревателем, через которые непрерывно подается присадочный пруток.

Схема работы сварочного экструдера

Сварочный экструдер

Для того чтобы сварка могла осуществляться, температура выходящего расплава должна быть на 40-50°C выше температуры текучести свариваемого материала.

Схема сварки расплавом может быть бесконтактной и контактно-экструзионной. При первой аппарат для сварки не контактирует со свариваемыми деталями, прикатка присадки осуществляется прижимным роликом. При контактно-экструзионной сварке сопло инструмента касается соединяемых деталей. При такой схеме уменьшаются потери тепла, обеспечивается теплопередача от инструмента к свариваемым деталям (в дополнение к теплу присадки) и не требуются дополнительные прижимные устройства.

Схема бесконтактной (а) и контактно-экструзионной (б) сварки расплавом: 1 - мундштук экструдера, 2 - свариваемые детали, 3 - прикатывающий ролик.

Сварка полиэтилена и полипропилена

По разнообразию областей применения и масштабам промышленного производства, полиэтилену и полипропилену принадлежит первое места среди всех остальных термопластов. Это обусловлено целым рядом факторов - ценными техническими свойствами материалов, легкостью их переработки в различные изделия, наличием дешевого сырья. Область применения этих материалов огромна: изготовление труб, пленок, изоляции, строительных деталей, контейнеров, емкостей и множества других изделий.

Для полипропилена и полиэтилена подходят не все способы сварки. В частности, невозможна сварка полиэтилена и полипропилена токами высокой частоты - из-за особенностей поведения их молекул в электрическом высокочастотном поле. Не свариваются они и растворителями - из-за слабого набухания в них.

Для полиэтилена, относящегося к мягким пластмассам, не подходит ультразвуковая сварка из-за малого модуля упругости и высокого значения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний.

Наиболее широко для сварки полипропилена и полиэтилена применяется сварка нагретыми инструментами, газами и расплавленной присадкой (экструдерами).

Сварка пластмасс с помощью растворителей

Сварка растворителями представляет собой ряд последовательных операций: смачивание соединяемых поверхностей растворителем, ожидание пока полимер набухнет и станет липким, приведение деталей в контакт и выдержка под давлением до того момента, когда шов затвердеет. Сварка пластмасс с помощью растворителей обычно используется для соединения пластмассовых деталей из аморфных термопластов, так как частично кристаллические термопласты имеют хорошую стойкость к действию растворителей.

Обе пластмассовые детали просто прижимают к губке или войлочной прокладке, предварительно пропитанной растворителем. Количество растворителя должно быть минимальным, чтобы исключить образование потеков и возможно трещин. После нанесения растворителя пластмассовые изделия должны быть немедленно приведены в контакт и выдержаны в таком состоянии короткое время для набухания без чрезмерной потери легколетучего растворителя. Затем детали сжимаются и под давлением находятся в течение требуемого времени, от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от конструкции соединения и выбранного растворителя. После, в течение нескольких часов соединение достигает прочности соединяемых материалов. Для ускорения испарения растворителя может быть использован нагрев деталей.

Подлежащие соединению с помощью растворителя пластиковые изделия должны быть отлиты под давлением с минимальными остаточными напряжениями, и они во многих случаях подвергаются отжигу перед сборкой. Литники должны быть расположены вдали от зон соединения.

Сварка с помощью растворителя - относительно простой и недорогой метод, но из-за вреда растворителей для здоровья он применяется только в тех случаях, когда другие методы сварки непригодны.

Видео: