Высокая степень автоматизации сварочного аппарата

Обновлено: 05.05.2024

Гидравлический сварочный аппарат PT-315 предназначен для стыковой сварки труб из ПЭ-80 и ПЭ-100 в диапазоне Ø63-315 мм, а также труб из ПЭ-63, ПП, ПВДФ и др. термопластов в диапазоне Ø90-315 мм без каких-либо ограничений по толщине стенки.

В отличие от модели PT-315-HP с высоким сварочным давлением, у аппарата PT-315 приоритетные процедуры сварки - традиционные, согласно нормам DVS.
Для удобства сварки труб малых диаметров с малой толщиной стенки из ПЭ-80 и ПЭ-100 в сварочную таблицу добавлена процедура при единственном высоком давлении согласно ГОСТ Р 55276. Сварка труб Ø63-75 с точным соблюдением сварочных параметров возможна только по этой процедуре.

Версии PT-315 со средней и высокой степенью автоматизации сварки предназначены для сварки газопроводов и пр. опасных производственных объектов. Предлагаем ознакомиться с Особенностями сварки ПНД труб при строительстве газораспределительных сетей. Аттестация аппаратов в НАКС - по запросу.

Гарантийный срок 2 года.

Варианты автоматизации сварочных машин PT 315:

Низкая степень автоматизации:
Маркировка сварочной машины – PT- 315. Управление работой гидравлики – ручное, с помощью органов управления на гидравлическом агрегате. Настройка температуры сварочного зеркала – кнопками на панели электронного термостата. Параметры сварки (температура, давление, время) выбираются по сварочным таблицам. Протоколирования нет.

Средняя степень автоматизации:
Сварочная машина PT- 315 плюс съемный блок автоматизации LDU, который устанавливается на гидравлический агрегат сварочной машины и подключается к датчику температуры сварочного зеркала и датчикам давления масла в прямой и обратной ветках гидравлической системы. Блок LDU является навигатором, который рассчитывает оптимальные параметры сварки и по ходу сварочного процесса дает оператору подсказки на дисплее и в форме звуковых сигналов. По окончании сварки параметры сварочного процесса сохраняются в памяти LDU в форме протокола, который можно распечатать на встроенном или внешнем принтере или перенести в компьютер.
Сварочный аппарат PT-315-LDU может применяться для сварки газовых полиэтиленовых труб.

Высокая степень автоматизации:
Маркировка сварочной машины – PT- 315 CNC. Гидравлический агрегат машины смонтирован в одном корпусе с модулем автоматизации CNC, который не только рассчитывает оптимальные значения параметров сварки, но также непосредственно регулирует температуру сварочного зеркала, управляет гидроприводом и протоколирует сварочный процесс.

Для того чтобы Российские нормы (СНиП 42-01-2002, п.10.4.5) относили сварочный аппарат PT-315 CNC к высокой степени автоматизации, на него следует установить устройство автоматического извлечения сварочного зеркала MDD (опция). На сварочной машине с высокой степенью автоматизации весь процесс сварки выполняется автоматически, без участия оператора.

Такой аппарат – самый удобный выбор для сварки полиэтиленовых трубопроводов газоснабжения, без каких-либо технических или юридических ограничений.

Степени автоматизации аппаратов для сварки пластиковых труб

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.

Степень автоматизации цеховых аппаратов стыковой сварки

При соблюдении технологии производства фасонных изделий прочность готового соединения – не ниже прочности исходной трубы. Поэтому прочность сварных фасонных изделий – не ниже прочности исходной трубы или литых фасонных изделий. Однако, нарушить технологию совсем несложно, и не всегда это можно обнаружить по внешнему виду готового шва.

Поэтому, согласно действующему законодательству, для сварки трубопроводов повышенной опасности (в частности, газопроводов) должны использоваться гидравлические аппараты с возможностью, как минимум, протоколирования параметров сварочного процесса. Как максимум – с полной автоматизацией самого процесса. При сдаче объекта распечатка т.н. паспорта каждого сварного шва – обязательна, в т.ч. и каждого сварного шва фасонного изделия.

При прокладке водопроводов протоколирование параметров сварочного процесса законодательством не предписывается. Однако если вы хотите быть уверены, что вашему предприятию не придется отвечать за брак, допущенный персоналом, качество выполненной сварки лучше контролировать с помощью протоколов сварных швов.

Гидравлические аппараты стыковой сварки условно разделяются на 3 категории по степени автоматизации:

Неавтоматизированные

Управление аппаратом – ручное, с помощью органов управления на панели управления, которая расположена на основной машине. Параметры сварки (температура, давление, время) задаются оператором вручную, по сварочным таблицам. Никакие обратные связи не предусмотрены. Протоколирования нет.

Средняя степень автоматизации

На внешний блок автоматизации LDU 2006 заводятся две обратные связи – по давлению масла в гидравлической системе и по температуре зеркала (от термодатчика сварочного зеркала). На основной машине предусмотрены необходимые разъемы, а в комплект поставки LDU 2006 включены все необходимые кабели. Датчик «положения каретки» не используется, этот параметр не контролируется.

Для повышения точности автоматической навигации по сварочному процессу в LDU 2006 используется дополнительная обратная связь – по давлению масла в обратной ветке гидравлической системы. Резкое повышение давления в этой ветке понимается автоматикой как раскрытие центратора, т.е. разведение труб.

Блок автоматизации не управляет сварочным процессом непосредственно. На основании введенных параметров свариваемой трубы, измеренного пассивного сопротивления, а также замера температуры воздуха блок автоматизации рассчитывает оптимальное значение каждого параметра сварочного процесса, указывает его на дисплее на каждом этапе сварки и следит за тем, насколько точно оператор выполняет все предписания.

По окончании сварки блок автоматизации сохраняет информацию о рекомендованных и фактических параметрах сварочного процесса в своей памяти с возможностью распечатки на встроенном или на внешнем принтере или переноса в компьютер для обработки и хранения.

Высокая степень автоматизации

Модуль автоматизации CNC для цеховых машин серии PL выполнен в отдельном модуле с панелью управления. Он значительно сложнее модуля автоматизации CNC для полевых машин серии PT.

Модуль автоматизации не только рассчитывает оптимальные значения параметров сварки, но также непосредственно регулирует температуру сварочного зеркала, управляет гидроприводом сведения/разведения трубных зажимов, торцевателя, сварочного зеркала, а также включением/выключением торцевателя. Для этого в модуль автоматизации заведены обратные связи от бесчисленных датчиков и концевых выключателей машины. В результате после установки трубных сегментов в зажимы весь сварочный процесс происходит в буквальном смысле автоматически.

Инструкция по технологии стыковой сварки полиэтиленовых труб

При монтаже трубопровода свариваются одна неподвижная труба (ранее смонтированная часть трубопровода) и одна подвижная труба (очередной хлыст). При сварке стыковых соединений труб на цеховых машинах, как правило, обе трубы подвижные. В любом случае, чтобы выполнить режимы стыковой сварки, необходимо обеспечить соосность труб, а также возможность прижима торцов труб к нагревателю и затем друг к другу с контролируемым усилием. Для этой цели служит центратор (рис.2).

Центратор – конструкция, состоящая из двух или более направляющих и двух или более хомутов для крепления свариваемых труб (Определение ГОСТ Р ИСО 12176-1). В непрофессиональных переводах иностранных инструкций к сварочным аппаратам встречаются термины «базовая машина» или «основная машина» (от английского «Basic machine»).

Функции центратора – обеспечение соосного крепления труб, исправление овальности труб, перемещение одной или обеих труб вдоль оси, обеспечение контролируемого усилия прижима торцов труб к нагревателю или друг к другу.

5.2 Гидравлический агрегат

Гидравлический агрегат – необходимый компонент аппарата для сварки полиэтиленовых труб с гидравлическим приводом центратора . Гидравлический агрегат подключается к центратору двумя шлангами с т.н. быстроразъемными соединениями (БРС) и создает контролируемое давление масла.

В самом массовом (неавтоматизированном) варианте органы управления насосом и клапанами находятся на верхней панели агрегата (рис.3), в случае цеховых машин – на передней панели машины. Переключение рычага влево или вправо включает насос агрегата на разведение или сведение труб. Регулировочный клапан служит для точной регулировки создаваемого давления. Байпасный клапан – для быстрого сброса давления.

Чем сложнее машина, тем больше функций у гидравлического агрегата. В самом простом случае небольшой полевой машины (например, PT-315) гидравлический агрегат только обеспечивает осевое перемещение подвижной трубы. На более сложных полевых машинах гидравлика может также закрывать/открывать и запирать/отпирать хомуты центратора, а также поднимать/опускать боковые роликовые упоры труб. На цеховой машине PL-630 гидравлический агрегат также управляет вводом торцевателя и сварочного зеркала в зону сварки.

Для визуального контроля величины создаваемого агрегатом давления служит стрелочный манометр. Как правило, на гидравлические агрегаты машин для сварки полиэтиленовых труб ставят маслонаполненный манометр – для плавного движения стрелки. Шкала манометра заполнена маслом, с небольшим пузырьком воздуха. Не удивляйтесь, это нормально.

5.3 Торцеватель

Торцеватель предназначен для обработки торцов труб непосредственно перед сваркой стыкового соединения.

Основу торцевателя составляют два параллельных металлических диска с радиально расположенными ножами. Вращаясь между прижатыми к нему трубами, такой «дисковый рубанок» выравнивает торцы труб и обеспечивает идеальное их прилегание друг к другу (рис.4).

В качестве привода торцевателя на малых механических сварочных аппаратах (до Ø 110 мм) чаще всего используют рычаг с храповиком (рис.10). Для труб малого диаметра этого вполне достаточно, а экономия – существенная.

На механических и гидравлических аппаратах среднего размера (обычно до Ø 355 мм) в качестве привода торцевателя используют электродрели с коллекторным двигателем (рис.9). И мощность подходящая, и серийные электродрели стоят недорого.

На гидравлических сварочных машинах от Ø 500 мм и выше мощность электродрели для торцовки труб недостаточна. Используют асинхронный мотор-редуктор (рис.11), хотя он и подороже.

На профессиональных гидравлических сварочных машинах торцеватель, как правило, снабжен микроконтактом безопасности, который замыкается только тогда, когда торцеватель установлен на центратор. Ни на подставке, ни при переноске торцеватель включить нельзя.

5.4 Нагреватель

«Нагреватель», или «Сварочное зеркало» – и есть тот самый «нагретый инструмент» для «сварки встык нагретым инструментом». Инструмент состоит из плоского алюминиевого блина (чаще всего круглого), в который залиты один или несколько электрических нагревательных элементов. Алюминиевый блин покрыт тефлоном, чтобы нагретый инструмент не прилипал к торцам труб. К блину крепятся рукоятки для переноски. Терморегулятор находится в рукоятке или вынесен в отдельный блок, к которому подключается сварочное зеркало.

Термин «сварочное зеркало» - старый и устоявшийся, но в ГОСТ Р ИСО 12176-1 его почему-то заменили на «нагреватель». В непрофессиональных переводах инструкций к аппаратам можно встретить термин «нагревательная пластина» (от английского “heater plate”). Называют также «нагревательным элементом». Это уж совсем двусмысленно. Нагревательным элементом инструмента для сварки ПНД труб чаще всего являются ТЭНы (трубчатые нагревательные элементы), причем в некоторых моделях сварочных зеркал ТЭНы заменяемые.

Нагретый инструмент может быть подвижно закреплен на центраторе (рис.9) с возможностью быстро откинуть его из зоны сварки одним движением руки. Очень полезно для сварки ПВХ труб , поскольку позволяет до минимума сократить технологическую паузу. Гораздо чаще нагретый инструмент и торцеватель находятся на специальной подставке (рис.11) – это чтобы весь сварочный комплект удобнее было транспортировать. Большие сварочные зеркала снабжены такелажными кольцами, чтобы можно было поднимать каким-то подъемником (рис.5). Кроме того, большие сварочные зеркала имеют форму не диска, а кольца – это для уменьшения массы нагретого инструмента и экономии алюминия.

В любом случае, система крепления нагретого инструмента на центраторе не обеспечивает его жесткой фиксации, как у торцевателя. Обеспечивает только более-менее однозначное положение инструмента между прижатыми торцами труб.

5.5 Редукционные вкладыши

Хомуты центратора , предназначенные для фиксации труб, имеют внутренний диаметр, соответствующий самой большой трубе, которую этот конкретный аппарат может варить.
Однако каждый сварочный аппарат рассчитан на определенный рабочий диапазон номинальных диаметров DN – например, от 90 мм до 315 мм. Если хомуты имеют внутренний диаметр 315 мм, то для фиксации труб любого меньшего диаметра необходимо установить в хомуты т.н. редукционные вкладыши соответствующего размера.

Чаще всего редукционные вкладыши крепятся к хомутам болтами (рис.6). На некоторых моделях сварочных аппаратов предусмотрена система быстрого крепления вкладышей на защелках. Это имеет смысл только при сварке труб небольшого диаметра, когда сам сварочный цикл имеет небольшую продолжительность. Если для стыковой сварки толстостенной ПНД трубы Ø 630 мм требуется 2 часа, то какая вам разница, сколько занимает смена вкладышей – 5 минут или 30 секунд?

Вкладыши гидравлических аппаратов имеют серьезную ширину, производятся с применением высокоточной мехобработки и стоят вполне серьезных денег. Поэтому в стандартный комплект аппарата не включены. Если вам нужно варить только диаметры 315 мм и 250 мм, то зачем вы должны платить за десяток других комплектов вкладышей?

На механических аппаратах, как правило, вкладыши проще – очень часто просто штампованные из листовой стали. И, естественно, меньше. Поэтому в комплектацию механического сварочного аппарата обычно входят вкладыши всего рабочего диапазона диаметров. Для цены аппарата это погоды не делает.

5.6 Электрокран

Когда сваривают трубы большого диаметра, требуется подъемное устройство для поднятия торцевателя, сварочного зеркала и верхних половинок трубных хомутов. Поэтому с большими сварочными машинами в качестве опции предлагается электрокран, который крепится к центратору и управляется с дистанционного пульта (рис.7).

С другой стороны, при монтаже трубопроводов больших диаметров в любом случае требуется какой-то автокран (рис.8). Его часто используют также для манипуляций с торцевателем и сварочным зеркалом.

5.7 Варианты привода центратора

Обеспечить перемещение и усилие прижима, теоретически, можно с помощью любого привода – механического, гидравлического, пневматического, электрического, электромагнитного… Тут всё дело в удобстве работы, в надежности оборудования, а также в его технологичности и цене. В процессе эволюции на полевых машинах выжили всего 2 типа привода – механический и гидравлический. На цеховых машинах изредка встречается пневматический привод, но это скорее исключение. Механический привод имеет 2 основные разновидности – приводной рычаг и приводной винт, поэтому можно говорить о трех типах привода центратора , каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Центратор с приводным рычагом


Рис. 9 Центратор с приводным рычагом

Очень быстрое перемещение подвижной трубы, благодаря чему продолжительность фазы 3 (технологическая пауза) можно сократить до 1-2 сек. Это делает возможным даже сварку труб из ПВХ (см.п.10.5).
Приводной рычаг – самое недорогое техническое решение.

Неудобно использовать в траншее, колодце или пр. стесненных условиях.
Крайне трудно создать сварочное усилие более 70-80 кгс. Принимая во внимание, что требуемое сварочное усилие пропорционально площади сечения свариваемой трубы (см.п.8.2.4), для ПЭ труб диаметром более 160 мм приходится вводить большие ограничения по толщине стенки.

Чтобы сварочные аппараты с приводным рычагом нашли свою нишу на рынке, конструкторы оборудования подчеркнули их достоинства и ограничили применение:

Для снижения цены трубные хомуты сделали не парными, а одинарными, дополнив каждый хомут боковым упором для трубы.
Раз уж в траншее или навесу использовать все равно неудобно, сделали более удобной сварку на открытой местности. Для этого добавили рабочий стол-раму, а торцеватель и сварочное зеркало подвижно закрепили на центраторе .
Ограничили диаметры и толщину стенки свариваемых труб.

Центратор с приводным винтом


Рис. 10 Центратор с приводным винтом

Компактная конструкция, позволяет работать в стесненных условиях и навесу.
Приводной винт – недорогое техническое решение сравнительно с гидравликой.

При разработке аппарата приходится искать компромисс между скоростью перемещения подвижной трубы и создаваемым сварочным усилием. Для толстостенных ПНД труб диаметром более 160 мм найти хороший компромисс не удается – либо сварочного усилия не хватает, либо подвижная труба движется медленно, из-за чего фаза 3 (технологическая пауза) получается слишком длинная.

Чтобы подчеркнуть достоинства сварочных аппаратов с приводным винтом, их часто делают с расчетом на работу в колодце или навесу, для чего максимально уменьшают размеры и вес. Торцеватель и сварочное зеркало на центраторе не закрепляют, а выносят на отдельную подставку.

Центратор с гидравлическим приводом


Рис. 11 Центратор с гидравлическим приводом

Возможность создания сколь угодно большого сварочного усилия. Позволяет сваривать трубы любого диаметра, с любой толщиной стенки.
Очень просто (и даже в электронном виде) измерить текущее усилие прижима , создаваемое центратором . Достаточно врезать в гидравлическую систему датчик давления. Это позволяет применять на гидравлических аппаратах средства автоматизации сварочного процесса.
Возможность разделить привод (гидравлический агрегат) и центратор , соединив их шлангами. Маленькие образцы гидравлических аппаратов (напр., PT-125) удобны для сварки навесу.

Гидравлический агрегат – весьма заметная добавка к цене сварочного аппарата.

С учетом этих особенностей гидравлические аппараты заняли нишу «профессионального» сварочного оборудования для сварки стыковых соединений – без ограничений по толщине стенки свариваемых труб, без ограничений по диаметрам сварки, с возможностью автоматизации для сварки особо ответственных трубопроводов. Цена отходит на второй план, на то оно и «профессиональное» оборудование.

5.8 Конструктивные исполнения (степень автоматизации)

ГОСТ Р ИСО 12176-1 в значительной степени является переводом международного ISO 12176-1 и дает классификацию сварочного оборудования по степени автоматизации, несколько отличную от привычной нам классификации, впервые введенной в 2003г. в СНиП 42-01-2002 (п.10.4.5 СНиП) и по-прежнему используемой по отношению к оборудованию для сварки газопроводов. Классификация ГОСТ:

Читайте также: