Оборудование для сварки нагретым инструментом

Обновлено: 20.09.2024

Сварка пластиковых труб встык нагретым инструментом используется в промышленном и гражданском строительстве для монтажа трубопроводов различного назначения. Прочность шва сопоставима с характеристиками цельных деталей. Технология процесса зависит от степени автоматизации сварочного оборудования : сварка с ручным управлением СР, средней степенью автоматизации ССА, высокой степенью автоматизации СВА. Классификация оборудования определена в СП 62.13330.2011 и ГОСТ Р ИСО 12176-1-2011.

Аппараты с ручным управлением

Процесс контролирует оператор. Оборудование со степенью автоматизации СР требует от сварщика опыта, знаний, умения пользоваться сварочными таблицами. В некоторых моделях оборудования встроена функция протоколирования. Никаких автоматических систем контроля, оповещения не предусмотрено.

сварщик самостоятельно определяет момент окончания этапа оплавления, визуально контролируя высоту грата и учитывая толщину стенки трубопровода;
давление холостого хода измеряют перед каждым соединением.

Требования к приемке швов, выполненных на аппаратах СР, самые жесткие. Контроль стыков проводят в объеме 100 %. Наиболее ответственные участки, например, соединения с коллекторами, трубопроводы рядом со зданиями, испытывают физическими методами.

Аппараты со средней степенью автоматизации

время начала плавления определяется визуально или фиксируется автоматически в зависимости от модели;
давление холостого хода измеряется компьютером и передается на блок управления.

Важно: аппарат ССА проводит измерения и сопоставляет их с загруженными алгоритмами, но он не управляет исполнительными устройствами. Сварной шов формирует оператор. Контроль качества проводят в отношении 40 % соединений.

Аппараты с высокой степенью автоматизации

Модели СВА (CNC) называют автоматическими. Блок управления оборудованием не только просчитывает режим сварки, но и регулирует работу гидравлики, нагрев зеркала. Автоматически формируется протокол процесса. Приспособление для извлечения сварочного зеркала может быть встроенным или устанавливается опционально. Высокая степень автоматизации аппаратов для сварки труб наиболее востребована для монтажа газопроводов и распределительных сетей.

Модели СВА отличаются от ССА следующими функциями:

предустановленные программы с информацией о режимах сварки, учитывают вид полимера, температуру окружающего воздуха, геометрию трубы;
автоматическое управление сварочным процессом.

В задачи оператора входит подготовка труб и оборудования к монтажу, включение установки, наблюдение за процессом. Рабочий должен проверить основные регистрируемые параметры процесса:

температура нагревательного элемента;
давление и время нагрева, оплавления, осадки, охлаждения;
продолжительность технологической паузы;
марка полимерного материала;
диаметр труб;
температура воздуха.

Проверка качества сварных швов проводится в отношении 20 % соединений. Если аппарат аттестован в НАКС, то физические методы контроля не применяются.

Независимо от степени автоматизации сварочного оборудования для полиэтилена или полипропилена оператор после завершения процесса должен предоставить протокол. В моделях ССА и СВА он формируется автоматически. Помимо рабочих характеристик оборудования в протоколе указывают дату и время сварки, имя оператора, номер соединения, название строительного объекта, марку аппарата. Согласно ГОСТ Р ИСО 12176-1-2011 в оборудовании с автоматическим управлением система должна дополнительно записывать такие параметры как время оплавления торцов, давление смыкания торцов, временные интервалы между удалением нагретого инструмента и сведением торцов, продолжительность сжатия.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные характеристики и требования к эксплуатации оборудования для сварки нагретым инструментом встык полиэтиленовых трубных систем с использованием электрических нагревательных инструментов (далее - оборудование).

Для сварки труб и фитингов, предназначенных для транспортирования газа согласно ИСО 4437 и ИСО 8085-2 или транспортирования воды согласно ИСО 4427-2 и ИСО 4427-3, применяют оборудование с ручным и механическим приводом.

Оборудование для сварки предназначено работать в температурном диапазоне от минус 10 °С до плюс 40 °С. Применение оборудования за пределами этого диапазона должно согласовываться между пользователем оборудования и его поставщиком.

Оборудование для сварки с автоматическим управлением должно отвечать дополнительным требованиям, приведенным в приложении А.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты:

ИСО 4287:1997 Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Профильный метод. Термины, определения и параметры структуры поверхности (ISO 4287:1997 Geometrical product specifications ( GPS). Surface texture. Profile method. Terms, definitions and surface texture parameters)

ИСО 4427-2:2007 Системы трубопроводные пластмассовые. Трубы и фитинги для водоснабжения полиэтиленовые (ПЭ). Часть 2. Трубы (ISO 4427-2:2007 Plastics piping systems - Polyethylene ( РЕ ) pipes and fitting for water supply - Part 2: Pipes)

ИСО 4427-3:2007 Системы трубопроводные пластмассовые. Трубы и фитинги для водоснабжения полиэтиленовые (ПЭ). Часть 3. Фитинги (ISO 4427-3:2007 Plastics piping systems - Polyethylene (РЕ) pipes and fitting for water supply - Part 3: Fittings)

ИСО 4437:2007 Трубы полиэтиленовые (ПЭ) для подземных газопроводов. Метрическая серия . Технические условия (ISO 4437:2007 Buried polyethylene (PE) pipes for the supply of gaseous fuets - Metric series - Specifications)

ИСО 8085-2:20 01 Фитинги полиэтиленовые для полиэтиленовых труб, используемых для транспорта газообразного топлива. Метрическая серия . Технические условия. Часть 2. Фитинги нагревательные сердечник/муфта и муфты с закладными нагревателями (ISO 8085-2:2001 Polyethylene fittings for use with polyethylene pipes for the supply of gaseous fuels - Metric series - Specifications - Part 2: Spigot fittings for butt fusion, for socket fusion using heated tools and for use with electrofusion fittings)

ИСО 11414:1996 Трубы и фитинги пластмассовые. Изготовление полиэтиленовых (ПЭ) испытательных сборок труба/труба или труба/фитинг методом сварки встык (ISO 11414:1996 Plastics pipes and fittings - Preparation of polyethylene ( PE ) pipe/pipe or pipe/fitting test piece assemblies by butt fusion)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 центратор: Конструкция, состоящая из двух или более направляющих и зажимов трубы.

Примечание - Обеспечивает соосность труб и/или фитингов, параллельность их торцов в процессе сварки.

3.2 сопротивление трению оборудования для сварки встык: Сила, необходимая для преодоления трения во всем механизме.

Примечание - См. раздел 6.1.

3.3 пиковое сопротивление: Сила трения в точке начала движения.

3.4 динамическое сопротивление: Сила трения во время движения.

3.5 номинальный наружный диаметр d _n : Обозначение размера, которое является общим для всех элементов трубопровода из термопластов, кроме фланцевых и резьбовых соединений.

Примечание - Номинальный наружный диаметр представляет собой целое число, удобное для ссылок [1].

3.6 номинальная толщина стенки е _п , мм: Условный размер, соответствующий минимальной допустимой толщине стенки трубы в любой точке ее поперечного сечения.

3.7 компенсация сопротивления: Способность оборудования преодолевать сопротивление перемещению подвижных зажимов в целях достижения и поддержания требуемых параметров сварки.

4 Конструктивные исполнения

Согласно настоящему стандарту оборудование может иметь различные конфигурации, включающие такие системы, как:

- система механического привода;

- гидравлическая приводная система с ручным насосом;

- полуавтоматическая, питающаяся от внешнего источника энергии, система привода (с ручным заданием давления);

- полуавтоматическая система, включающая устройство для контроля и регистрации параметров сварки;

- автоматическая система, управляющая процессом и регистрирующая параметры сварки.

Оборудование проектируют для определенных диапазонов диаметров, стандартных размерных отношений SDR и циклов сварки.

Каждый компонент оборудования должен соответствовать основным требованиям безопасности.

Оборудование, регистрирующее данные по сварке, должно иметь возможность передавать их для дальнейшего использования.

5 Центратор и зажимы

5.1 Общая информация

Оборудование, по возможности, не должно требовать технического обслуживания.

Центратор должен обеспечивать жесткость и устойчивость конструкции при минимальном весе.

Оборудование для сварки встык должно быть надежным при работе в полевых условиях.

Центратор должен обеспечивать возможность выравнивания и перемещения труб и/или фитингов относительно друг друга.

Оборудование должно включать в себя подставку для нагревателя и торцевателя, которая не должна мешать перемещению нагревателя в процессе нагрева.

Оборудование должно обеспечивать сварку труб и фитингов с предельными отклонениями их размеров.

У оборудования, предназначенного для работы в узких траншеях, конструкция зажимов должна позволять извлекать его из траншеи после сварки без повреждения трубы.

Центратор должен иметь минимум два зажима, один неподвижный, а другой подвижный для установки трубы во время сварочного цикла. Конструкция этих зажимов должна позволять быстро устанавливать и удалять трубы.

Зажимы должны охватывать окружность труб и фитингов и иметь такую конструкцию и размеры, чтобы избежать повреждения поверхностей трубы или фитинга.

В целях безопасности желательно, чтобы зажимные губки были сконструированы так, чтобы они не могли сблизиться на расстояние менее установленного нормами.

Смена частей оборудования для установки труб разного диаметра не должна требовать настройки соосности этих частей.

Зажимы и/или вкладыши для каждого размера трубы, по возможности, должны быть взаимозаменяемы для оборудования, изготовленного одним производителем.

Максимальное количество сменных зажимных вкладышей должно равняться трем у оборудования для труб диаметром до d _n = 400 мм включительно и четырем - у оборудования для труб диаметром больше 400 мм.

К оборудованию должна быть приложена инструкция по эксплуатации.

5.2 Направляющие элементы

5.2.1 Общая информация

Скользящие поверхности направляющих элементов должны быть защищены от коррозии, например, хромированием.

Конструкция оборудования должна позволять удалять нагреватель, а концы труб после нагрева сводить в течение максимального времени, указанного в таблице 1.

Оборудование для сварки нагретым инструментом

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем

СВАРКА НАГРЕТЫМ ИНСТРУМЕНТОМ ВСТЫК

Plastics pipes and fittings. Equipment for fusion jointing polyethylene systems. Part 1. Butt fusion

ОКС 75.200;
23.040.20;

Дата введения 2013-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным учреждением "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им.Н.Э. Баумана" (ФГУ НУЦСК при МГТУ им.Н.Э. Баумана), Национальным Агентством контроля и сварки (НАКС), ЗАО "Полимергаз", ООО "ТЭП" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

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

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 12176-1:2006* "Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык" (ISO 12176-1:2006 "Plastics pipes and fittings - Equipment for fusion jointing polyethylene systems - Part 1: Butt fusion", IDT).

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

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

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.

Введение

ИСО (Международная организация по стандартизации) является всемирной федерацией национальных органов по стандартизации (членов ИСО). Работа по подготовке международных стандартов обычно осуществляется через технические комитеты ИСО. Каждый член организации, заинтересованный в деятельности, для которой технический комитет был создан, имеет право быть представленным в этом комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, имеющие связи с ИСО, также принимают участие в этой работе. ИСО тесно сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (МЭК) по всем вопросам стандартизации в области электротехники.

Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, приведенными в Директивах ИСО/МЭК, часть 2.

ИСО 12176-1 был подготовлен Техническим комитетом ИСО/ТК 138 "Трубы, фитинги и клапаны пластмассовые для транспорта жидкостей", Подкомитетом ПК 4 "Трубы и фитинги пластмассовые для поставки газообразных топлив".

ИСО 12176 состоит из следующих частей под общим названием "Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем":

- часть 1. Сварка нагретым инструментом встык;

- часть 2. Сварка с закладными нагревателями;

- часть 3. Идентификация оператора;

- часть 4. Кодирование трассируемости.

Оборудование для сварки предназначено работать в температурном диапазоне от минус 10°С до плюс 40°С. Применение оборудования за пределами этого диапазона должно согласовываться между пользователем оборудования и его поставщиком.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

ISO 4287, Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture - Profile method - Terms, definitions and surface texture parameters [Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Профильный метод. Термины, определения и параметры структуры поверхности]

ISO 4427-2:2019, Plastics piping systems - Polyethylene (PE) pipes and fitting for water supply - Part 2: Pipes [Системы трубопроводные пластмассовые. Трубы и фитинги для водоснабжения полиэтиленовые (ПЭ). Часть 2. Трубы]

ISO 4427-3, Plastics piping systems - Polyethylene (PE) pipes and fitting for water supply - Part 3: Fittings [Системы трубопроводные пластмассовые. Трубы и фитинги для водоснабжения полиэтиленовые (ПЭ). Часть 3. Фитинги]

ISO 4437, Buried polyethylene (PE) pipes for the supply of gaseous fuels - Metric series - Specifications [Трубы полиэтиленовые (ПЭ) для подземных газопроводов. Метрическая серия. Технические условия]

Заменен на ISO 4437-1:2014, ISO 4437-2:2014, ISO 4437-3:2014, ISO 4437-4:2014, ISO 4437-5:2014.

ISO 8085-2, Polyethylene fittings for use with polyethylene pipes for the supply of gaseous fuels - Metric series - Specifications - Part 2: Spigot fittings for butt fusion, for socket fusion using heated tools and for use with electrofusion fittings (Фитинги полиэтиленовые для полиэтиленовых труб, используемых для транспорта газообразного топлива. Метрическая серия. Технические условия. Часть 2. Фитинги нагревательные сердечник/муфта и муфты с закладными нагревателями)

ISO 11414, Plastics pipes and fittings - Preparation of polyethylene (PE) pipe/fitting test piece assemblies by butt fusion [Трубы и фитинги пластмассовые. Изготовление полиэтиленовых (ПЭ) испытательных сборок труба/труба или труба/фитинг методом сварки встык]

3.5 номинальный наружный диаметр : Обозначение размера, которое является общим для всех элементов трубопровода из термопластов, кроме фланцевых и резьбовых соединений.

3.6 номинальная толщина стенки , мм: Условный размер, соответствующий минимальной допустимой толщине стенки трубы в любой точке ее поперечного сечения.

5 Центратор и зажимы

5.1 Общая информация

Максимальное количество сменных зажимных вкладышей должно равняться трем у оборудования для труб диаметром до 400 мм включительно и четырем - у оборудования для труб диаметром больше 400 мм.

5.2 Направляющие элементы

5.2.1 Общая информация

ГОСТ Р ИСО 12176-1-2021

Трубы и фитинги пластмассовые

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ СИСТЕМ

Сварка нагретым инструментом встык

Дата введения 2021-09-01

1 ПОДГОТОВЛЕН Саморегулируемой организацией Ассоциация "Национальное Агентство Контроля Сварки" (СРО Ассоциация "НАКС") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 июня 2021 г. N 551-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 12176-1:2017 "Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем. Часть 1. Сварка нагретым инструментом встык" (ISO 12176-1:2017 "Plastics pipes and fittings - Equipment for fusion jointing polyethylene systems - Part 1: Butt fusion", IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 138 "Пластмассовые трубы, фитинги и клапаны для транспортировки жидкостей", подкомитетом SC 4 "Трубы и фитинги пластмассовые для подачи газообразного топлива".

ИСО 12176 состоит из следующих частей под общим наименованием "Трубы и фитинги пластмассовые. Оборудование для сварки полиэтиленовых систем":

Настоящий стандарт устанавливает основные характеристики и требования к эксплуатации оборудования для сварки нагретым инструментом встык полиэтиленовых (ПЭ) трубопроводных систем с использованием электрических нагревателей.

Настоящий стандарт применим к механическому оборудованию и оборудованию с давлением для сварки встык ПЭ труб и фитингов, предназначенных для подачи газообразного топлива в соответствии с ИСО 4437-2 [1] и ИСО 4437-3 [2] или для подачи воды для потребления человеком (включая неочищенную воду до обработки) и воды общего назначения в соответствии с ИСО 4427-2 [3] и ИСО 4427-3 [4].

Автоматическое оборудование для сварки встык должно отвечать дополнительным требованиям, приведенным в приложении А.

Примечание - Настоящий стандарт также применим к оборудованию для сварки встык труб с номинальными диаметрами и номинальными толщинами стенок большими, чем приведенные в настоящем стандарте.

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).

ISO 11414, Plastics pipes and fittings - Preparation of polyethylene (PE) pipe/pipe or pipe/fitting test piece assemblies by butt fusion [Трубы и фитинги пластмассовые. Подготовка контрольного образца соединения труба/труба или труба/фитинг из полиэтилена (ПЭ), выполненного сваркой встык].

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

ИСО и МЭК поддерживают терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:

3.1 центратор (base framework): Конструкция, состоящая из двух или более направляющих и зажимов.

Примечание 1 - Обеспечивает соосность при нагреве и плавлении труб и/или фитингов.

3.2 сопротивление трению оборудования для сварки встык (frictional resistance of the butt fusion machine): Сила, необходимая для преодоления трения во всем механизме без установленной трубы.

Примечание 1 - См. подраздел 6.1.

3.3 номинальный наружный диаметр (nominal outside diameter): Числовое значение размера, которое является общим для всех элементов трубопроводных систем из термопластов, кроме фланцевых и резьбовых соединений.

Примечание 1 - Это значение справочное.

3.4 номинальная толщина стенки (nominal wall thickness): Числовое значение толщины стенки элемента.

Примечание 1 - Это значение приблизительно равно производственному размеру в миллиметрах.

3.5 компенсация сопротивления (drag compensation): Способность оборудования для сварки встык преодолевать механическое усилие и силу трения, внешние силы, препятствующие движению труб, для достижения и поддержания заданных параметров для сварки труб.

3.6 стандартное соотношение размеров; SDR (standard dimension ratio): Отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине ее стенки .

[ИСО 4427-1:2007, 3.1.1.15]

4 Конструктивное исполнение

4.1 Общие положения

Температура окружающей среды, при которой допускается эксплуатация оборудования для сварки встык, находится в диапазоне от минус 10°C до плюс 40°C. Применение оборудования вне этого температурного диапазона должно быть согласовано потребителем с поставщиком оборудования.

4.2 Исполнение

Оборудование для сварки встык может иметь следующее исполнение:

- с механическим ручным приводом для создания усилия;

- гидравлическим ручным приводом для создания усилия;

- полуавтоматическим приводом с внешним питанием для создания усилия (с ручной предустановкой давления);

- полуавтоматическую систему с устройством мониторинга и протоколирования параметров сварки;

- автоматическую систему с контролем и протоколированием параметров сварки.

Оборудование, как правило, предназначено для конкретных диапазонов диаметров, размерных отношений SDR и циклов сварки.

Каждый компонент оборудования должен соответствовать действующим правилам безопасности.

Примечание - Например, правила безопасности для Европы регулируются [5].

Оборудование, протоколирующее параметры сварки, должно обеспечивать их передачу для дальнейшего использования.

5 Рама и зажимы

5.1 Общие положения

Оборудование для сварки встык, по возможности, не должно требовать технического обслуживания.

Центратор оборудования для сварки встык должен обеспечивать жесткость и устойчивость конструкции при минимальном весе.

Оборудование для сварки встык должно быть надежным при работе в монтажных условиях.

Оборудование должно обеспечивать возможность выравнивания и относительного перемещения труб и/или фитингов.

Оборудование для сварки встык должно включать в себя подставку для нагревателя и торцевателя. Такая подставка не должна влиять на передачу усилия на нагреватель и препятствовать выравниванию нагревателя во время нагрева.

Оборудование для сварки встык должно обеспечивать на рабочем месте при температуре окружающей среды и при нормальных условиях удовлетворительное соединение труб и фитингов в пределах допусков на размеры.

У оборудования, предназначенного для работы в узких траншеях, конструкция оборудования и зажимов должна позволять извлекать его из траншеи после сварки без повреждения ПЭ трубы.

Центратор должен иметь не менее двух зажимов: один неподвижный, а другой подвижный для позиционирования ПЭ труб во время сварочного цикла. Конструкция зажимов должна позволять быстро устанавливать и извлекать трубы.

Зажимы должны захватывать трубы и фитинги и иметь конструкцию, не допускающую повреждения поверхностей труб или фитингов.

В целях безопасности рекомендуется, чтобы зажимные губки были сконструированы таким образом, чтобы не допускать их сближения на расстояние менее установленного.

После замены частей оборудования для установки труб различного диаметра не должна требоваться настройка соосности. Зажимы, вставки и вкладыши не должны повреждать трубу или фитинг.

Зажимы и/или вкладыши для каждого размера трубы, по возможности, должны быть взаимозаменяемы для оборудования одного производителя.

Максимальное количество сменных зажимных вкладышей должно равняться трем у оборудования для труб диаметром до 400 мм включительно и четырем у оборудования для труб диаметром более 400 мм.

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:

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Читайте также: