Таблица сварки полипропиленовых труб и температуры нагрева

Сварка нагретым инструментом встык

Нагрев свариваемых поверхностей производится металлическим нагретым инструментом. Из-за прямого контакта с нагретым инструментом теплоперенос гораздо более интенсивный, чем в случае сварки горячим воздухом; распределение тепла в массе свариваемого материала в этом случае также более благоприятно, никакие зоны материала не получают большего термического стресса, чем необходимо для сварки. Получаемые в результате сварные швы не имеют зон термически поврежденного материала. Прочность соединения труб при таком способе сварки не ниже, чем прочность исходной трубы.

Рисунок №1 «Сварка встык»

Сварка встык заключается, в принципе, в нагреве торцов свариваемых труб до расплавления материала и в последующем сжатии нагретых торцов для остывания. Однако, реализация этой простой идеи требует аккуратного выполнения целого ряда условий для получения качественного сварного соединения. Современные автоматизированные аппараты для стыковой сварки существенно снижают влияние человеческого фактора на качество стыкового сварного соединения, но полностью его не устраняют. 
Минимальный состав оборудования показан на рис. 2 и 3 и зависит от типа привода аппарата.

Рисунок №3 «Состав оборудования с гидравлическим приводом для стыковой сварки»

В состав оборудования обязательно входит: 
• центратор с одним или двумя неподвижными зажимами для трубы (1) и одним или двумя подвижными зажимами (2). 
• Центратор располагается на раме (3). 
• Подвижные хомуты приводятся в движение с помощью давления масла в гидросистеме, производимого гидравлическим агрегатом, или с помощью ручки механического привода (4). 
• Для очистки и выравнивания торцов свариваемых труб перед нагревом служит торцеватель (5), который может быть электрическим или механическим. 
• Для нагрева свариваемых торцов предназначено сварочное зеркало (6). 
• Торцеватель и зеркало могут быть закреплены на раме центратора, а могут храниться на подставке (7). 
• Для фиксации труб различных диаметров служат сменные вкладыши (7) для подвижного и неподвижного зажимов центратора. 
Свариваемые части трубопровода должны быть зафиксированы в центраторе (см. рис. 4) сварочного аппарата. Как правило, центратор жестко крепит одну трубу и обеспечивает осевое перемещение второй трубы. Для устранения трения подвижной трубы о землю целесообразно пользоваться, например, роликовыми упорами. 
Кроме коаксиальной фиксации труб, фиксатор обеспечивает перемещение подвижной трубы в направлении неподвижной трубы с контролируемым усилием. Наиболее распространенные способы создания усилия – механический (вращение ручки привода) и гидравлический.

Рисунок №4 «Фиксация труб в центраторе»

Для предотвращения прилипания трубы к нагретому инструменту и для облегчения удаления нагретого инструмента из зоны сварки после нагрева, поверхность инструмента, как правило, покрыта тефлоном. Тефлоновые покрытия также облегчают очистку инструмента. 
После фиксации труб их торцы выравниваются и торцевателем (см. рис. 5), который представляет собой дисковый рубанок. Свариваемые поверхности необходимо прижать к рабочим поверхностям торцевателя и обработать до достижения ровной плоской поверхности. Для максимального приближения формы готовой поверхности к идеальной плоскости глубина торцевания за один проход ножа торцевателя не должна превышать 0,2 мм. Торцеватель обеспечивает последующее плотное прилегание свариваемых торцов труб к поверхности нагретого инструмента, а также удаляет возможные загрязнения и оксидный слой. 
Момент окончания торцевания легко определить визуально по появлению сплошной кольцевой стружки с обеих сторон торцевателя. 
Не останавливая торцеватель, ослабьте усилие прижима и отведите подвижную трубу от торцевателя. Это позволит плавно и без задиров закончить торцевание.

Рисунок №5 «Установка торцевателя между свариваемыми торцами труб»

После торцевания необходимо чистым инструментом удалить стружку из зоны сварки, особенно – изнутри трубы. Не касайтесь свариваемой поверхности руками! 
После удаления стружки сведите трубы и проверьте плотность прилегания свариваемых поверхностей. Остаточный зазор не должен превышать значения, указанного в табл. 1. Кроме того, несовпадение стенок свариваемых труб должно быть не более 10% толщины трубы. Некоторые конструкции центраторов позволяют в случае необходимости уменьшить несовпадение специальными регулировками соосности. Отторцованные трубы должны выступать из фиксирующих зажимов центратора на расстояние не менее толщины стенки этих труб (см. п.5). 
Таблица №1 «Максимально допустимая величина зазора между торцами труб»

Нагревательный элемент (т.н. сварочное зеркало), нагретый до необходимой температуры располагается между свариваемыми торцами труб, затем торцы труб прижимаются к нагревательному элементу для предварительного нагрева.
При небольшом увеличении видно, что гладкая на вид поверхность сварочного зеркала на самом деле имеет неровности. Поверхность торца трубы, обработанная торцевателем, тоже всё-таки отличается от идеальной плоскости. Поэтому для достижения равномерного контролируемого нагрева свариваемых торцов необходимо в первый момент эти торцы прижать к нагретому сварочному зеркалу с существенным усилием. Через короткое время материал свариваемых поверхностей оплавляется и плотно прижимается к поверхности сварочного зеркала, увеличивая площадь теплопереноса до 100% площади торца трубы. 
В результате нагрева под давлением по внешнему и внутреннему периметру торца трубы выступает валик пластифицированного материала, который называется гратом (см. рис. 1). Отрицательной особенностью грата является некоторое уменьшение условного прохода трубы после завершения сварки; поэтому, в частности, детали безнапорной канализации не рекомендуется соединять с помощью сварки. 
Однако, грат увеличивает толщину стенки трубы в месте сварного шва. Если учесть, что любой полимер при нагреве до пластического состояния в большей или меньшей степени подвергается термическому шоку, то увеличение толщины стенки в зоне сварного шва – это единственный способ достичь здесь прочности не ниже прочности исходной трубы. Поэтому нагрев с приложением усилия продолжают и после того, как достигнут 100% тепловой контакт между сварочным зеркалом и торцом трубы – пока грат не достигнет рекомендуемой величины. Очевидная закономерность: необходимая высота грата тем больше, чем больше толщина стенки свариваемых труб (или толщина свариваемых листов). Оптимальная высота грата к моменту окончания предварительного нагрева определена для каждой толщины свариваемых изделий и для различных термопластов, она указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2).

Таблица №2 «Основные параметры для сварки встык труб из ПНД»

После нагрева поверхностей решающее значение имеет быстрое удаление нагретого инструмента и совмещение нагретых свариваемых поверхностей. При этом необходимо не смять, не запачкать и не повредить другим способом нагретые поверхности! Максимально допустимое время на отведение подвижной трубы, удаление сварочного зеркала и сведение торцов труб называется временем перестановки и указывается в сварочных таблицах. Превышение этого времени ведет к остыванию оплавленных торцов и, как следствие, к плохому качеству шва. Очевидно, что для более толстостенных изделий допустимое время перестановки выше (см. табл. 2). 
Скорость сведения труб в момент их контакта должна быть как можно ближе к нулю. Приложение значительного давления в первый момент контакта приведет к выдавливанию расплавленного материала из зоны шва и, к тому же, сильно увеличит высоту грата. 
От момента контакта свариваемых поверхностей, по мере остывания материала, давление прижима поверхностей необходимо медленно и плавно увеличивать до рекомендуемого давления охлаждения. При увеличении давления расплавленный материал частично выдавливается из зоны шва и течет в направлении наружного и внутреннего грата, при этом тонкий слой материала, окислившийся и остывший во время перестановки, смешивается с более глубокими слоями и не оказывает отрицательного влияния на качество шва. 
Экспериментально определенное оптимальное время, в течение которого должно быть плавно достигнуто давление охлаждения, известно как время осадки и указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2). Во время осадки и на первом этапе последующего охлаждения происходит окончательное формирование грата. 
При охлаждении окончательно формируется зона сварного соединения. Основная идея этого процесса состоит в том, чтобы толщина стенки трубы в зонах, прилегающих к сварному шву, увеличилась. Причем это увеличение должно быть тем больше, чем больше был нагрет (подвергся термической деградации) материал в данной точке. Рекомендуемые режимы нагрева и осадки подобраны таким образом, что оптимальным для охлаждения является усилие прижима, равное усилию при предварительном нагреве. 
После осадки давление прижима деталей сохраняется постоянным до полного охлаждения при комнатной температуре. Время охлаждения зависит от материала и толщины стенки свариваемых труб (или толщины листов) и указывается в сварочных таблицах (см. табл. 2). 
Не следует пробовать ускорить остывание (применение холодной воды или пр.) – это приведет к созданию внутренних напряжений в материале и, как результат, к снижению прочности шва. 
После остывания сваренные части можно вынуть из аппарата. 
Замечание: Перед раскрытием зажимов, фиксирующих трубы в фиксаторе, не забудьте сбросить усилие прижима до нуля! 
Как видно из описания процедуры сварки встык, этот способ сварки требует точного выполнения целого ряда последовательных процедур на довольно сложном оборудовании. Поэтому выбор между стыковой и раструбной сваркой склоняется в пользу стыковой сварки чаще при монтаже трубопроводов большого диаметра: 
• соединительные муфты для раструбной сварки трубопроводов больших диаметров, если бы они были представлены на рынке, стоили бы очень дорого по технологическим причинам; 
• раструбная сварка трубопроводов большого диаметра (в отличие от малых диаметров), так же как и стыковая сварка, требует применения центратора; поэтому нет преимущества простого дешевого оборудования. 
Из всего многообразия термопластов, для производства трубопроводов большого диаметра (выше 110мм) в подавляющем большинстве случаев производятся из ПНД по причине его невысокой цены и удовлетворительных потребительских свойств. Поэтому основное применение стыковой сварки нагретым инструментом – это монтаж трубопроводов из ПНД сравнительно больших диаметров. 
Монтаж трубопроводов из ПНД для газоснабжения и других объектов повышенной опасности требует современного автоматического оборудования для стыковой сварки, которое значительно снижает влияние человеческого фактора на качество шва, а также позволяет сохранить важные параметры сварочного процесса в памяти оборудования и распечатать т.н. «паспорт шва». 
Фасонные детали для трубопроводов из ПНД (отводы, тройники и пр.) изготавливаются с расчетом на стыковую сварку, т.е. торец соединительной детали совпадает с торцом трубы. Для труб сравнительно небольших диаметров (до 225 мм) фасонные детали изготавливаются как методом литья под давлением, так и сваркой из трубы. Для бoльших диаметров, по технологическим причинам, фасонные детали только свариваются из трубы.

От чего зависит время сварки

Время сварки труб ПНД зависит от ряда факторов:

• Диаметр. Зачастую, чем больше диаметр полиэтиленовой трубы, тем дольше осуществляется нагрев и выдерживается время сварки. Но это при условии пропорционального увеличения сечения.
• Толщина стенки. С увеличением толщины пластмассы требуется дольше прогревать ее сварочным аппаратом, что продлевает время воздействия.
• SDR. Под аббревиатурой подразумевается коэффициент соотношения толщины стенки трубы к ее диаметру. Прописывается в маркировке и означает, какое давление выдержит изделие. Здесь, чем выше цифра, тем меньше потребуется времени на сварку, и наоборот ― небольшой коэффициент означает более толстое сечение пластика, поэтому время для его расплавления понадобится больше.
• Мощность аппарата. Сварочные аппараты бывают разной мощности, что сказывается на времени сварки.

Зачастую ключевые параметры соединения для распространенных диаметров ПНД труб указаны в инструкции по эксплуатации сварочного аппарата.

Раструбная сварка

Этот вид пайки является основным для полипропилена, но также доступен и для ПНД. Принцип работы идентичный — одновременный разогрев торцов в течение нескольких секунд и прижатие вручную до упора. Эта сварка доступна для диаметров 20, 25, 32, 40, 50 и 63 мм.

Фитинги для соединения в раструб

Раструбные сварные соединения ПНД — это самый экономный и одновременно надёжный способ пайки полиэтиленовых труб в домашних условиях. Для работы понадобится стандартный ручной аппарат и соответствующие фитинги: муфты, переходы, отводы, уголки, тройники. Стоимость паяльника и фурнитуры обойдутся дешевле, чем выезд бригады сварщиков.

В нашей работе такое соединение понадобилось сделать всего 1 раз, чтобы перейти с трубы диаметром 25 на 32 мм. Для пайки ПЭ труб своими руками это идеальный вариант. Однако стоит учесть, что врезка таким способом может оказаться ненадёжной. Именно такой ремонт мы делали дважды в поселке Рыгино Солнечногорского района.

PE 100 PN 12,5 (SDR 13,6)

Сварка ПНД труб осуществляется при помощи стыковых аппаратов, электромуфтовой технологии или раструбными ручными машинами. Стыковая сварка полиэтиленовых труб наиболее дешевая по себестоимости стыка. Некоторые современные модели имеют таймер, в котором оператор выставляет время, и программа автоматически отсчитывает его назад. По окончании установленного периода прибор издает звуковой сигнал. Если таких функций нет, время придется засекать самостоятельно.

Вот таблица сварки ПНД трубы с коэффициентом SDR 7,4, которая подойдет для напорного водопровода, газопровода с давлением до 20 атм.

При работе с продукцией, маркированной SDR 13,6, используемой для оросительных систем и полива (выдерживают давление 10 атм), время сварки ПНД труб по таблице следующее.

Здесь время нагрева ПНД трубы соответствует сечению стенки, умноженному на 10. Если часто приходится работать именно с такими трубами, то легко ориентироваться без таблицы. Применяются эти относительно недорогие трубы и для прокладки системы водоснабжения в малоэтажных зданиях, поэтому такие показатели пригодятся чаще всего.

Для организации безнапорной канализации используют изделия из полиэтилена низкого давления высокой плотности с маркировкой SDR от 26. Вот время сварки ПНД трубы по таблице для пластика с коэффициентом SDR 33. Поскольку малые диаметры тут применяются редко, приводим инструкцию с более крупными размерами окружностей.

Как видно из таблицы, время нагрева тоже соответствует толщине стенки, умноженной на 10, только сечение здесь иное, поэтому показатели отличаются. Такие трубы рассчитаны на давление не более 4 атм, которое может периодически создаваться при залповом сливе, а в остальное время система работает самотеком без напора.

Инструмент для пайки полипропилена

Общепринятое техническое название данного типа инструмента — сварочный аппарат для пайки полипропиленовых труб, монтажники часто называют прибор утюгом для сварки.

Конструктивно аппарат состоит из следующих узлов и комплектующих:

Нагревательного элемента (ТЭНа), выполненного в виде плоской пластины с посадочными отверстиями, или стержня, в стандартном приборе имеются два ТЭНа, второй подключают при пайке труб больших размеров.

Корпуса с ручкой, на котором размещены две кнопки включения нагревательных элементов, два индикатора срабатывания (достижения ТЭНами заданной температуры) и регулятор со шкалой (иногда она дублируется диаметрами труб) для установки температурного режима, обычно температура паяльника не превышает 300 С. Решая, при какой температуре паять пластиковые трубы, опытные специалисты благодаря терморегулятору могут варьировать нагрев труб в широких пределах. К примеру, если стыковка происходит с некоторой задержкой, детали нагревают выше стандарта в 260 °С при соблюдении указанных в инструкции временных интервалов, а затем спаивают.

Комплекта насадок, применяемых при пайке полипропиленовых труб, их стандартные размеры 20, 25, 32, 40, 50, 63 мм, число в комплектации может варьироваться от 3 до 6 типоразмеров.

Рис. 6 Аппараты для сварки полипропиленовых труб

https://youtube.com/watch?v=-laN6atyktM%3Ffeature%3Doembed%26wmode%3Dopaque

Различают две конструкции сварочных аппаратов:

• Мечевидной формы с плоским утюгом, агрегат имеет двустороннюю нагревательную платформу, в которой проделаны 3 сквозных отверстия. В них вставляется резьбовой болт и вкручиваются две насадки по разные стороны — гильза для разогрева наружной поверхности трубы меньшего диаметра и дорн для размягчения внутренней поверхности большей соединительной муфты.
• Стержневого типа, по внешнему виду напоминают женскую плойку для накручивания волос, на стержень может одновременно крепиться 3 насадки, выполненные в виде хомутов с фиксирующими болтами и имеющими гильзу и дорн для размягчения трубных ПП оболочек. Стержневые аппараты также оснащены двумя кнопками включения ТЭНов, светодиодными индикаторами режимов работы и терморегулятором.

Рис. 7 Маркировка ПП труб

Сложности при пайке двух материалов

Рассматривая, можно ли сваривать ПНД трубы и полипропилен, отметим возникающие трудности из-за разных физических свойств материалов. Полипропилен более прочный, выдерживает высокие температуры, но становится хрупким при охлаждении. Полиэтилен наоборот не рассчитан на передачу горячей воды, зато выдерживает отрицательные температуры до -50 ⁰С, оставаясь эластичным и гибким.

Основная трудность при пайке ПНД и полиэтилена обычным паяльником для труб ― трещины, деформации конструкции. В результате соединение получается негерметичным и неровным. Приходится вырезать испорченный участок, повторять процесс по новой. Несмотря на схожесть молекулярной решетки, материалы плохо спаиваются между собой. Даже если внешне соединение выглядит прочным, при разрезе и попытке отделить черную трубу от серого полипропилена, детали легко рассоединяются.

Электромуфтовый метод

Расплавление участков закладными спиралями ведётся в условиях контролируемой герметизации, создаваемой благодаря тепловому расширению материала.

• сварки ПЭ труб ГОСТ на нагревательный элемент подаётся ток, плавящий полимер.
• Нагрев передаётся на торцевые части под муфтой.
• Участок расширяется, при этом возникает необходимое для процесса давление.

После отключения подачи тока материал остывает с образованием равномерно герметичного стыка.

Особенности монтажа

Для полиэтилена характерно изменение линейных параметров в процессе нагрева и охлаждения. У контуров подземной прокладки расширение и сжатие менее выражены. Для того чтобы снизить влияние эффекта используют схему укладки с изменением направления («змейкой»). Также необходимо учитывать снижение гибкости с понижением температуры. В таблице приводится соотношение допустимых радиусов изгиба к температуре среды.

Готовое сварное соединение проверяется по следующим критериям:

• Симметрия шва: зона выглядит одинаковым по обеим сторонам от места стыка. Отсутствие видимой симметрии указывает на отличие в вязкости частей, то есть прочность шва не соответствует ГОСТ.
• Качество грата: в стыке по требованиям оттенок совпадает с цветом трубы, поверхность не содержит трещин, пор и инородных включений.
• Положение: грат охватывает зону равномерно, смещение стенок остаётся в пределах 10% от толщины.

Порядок сварки стыковым способом

Соединение ПЭ–труб проводится в следующим порядке:

• Подготовительный этап: концевые части торцуют, после чего разогревают выровненные участки до плавления. Нагревательным элементом только касаются поверхности, при этом температура расплава снаружи постепенно распространяется к внутренним частям.
• Основной процесс: после прогрева полиэтилена нагревательный элемент аккуратно отводят от поверхности, наблюдая, чтобы размягчённые торцевые части не повредились.
• Соединение встык: сразу после удаления нагревателя торцы соединяют со сдавливанием до образования симметричного валика, контролируя, чтобы части стыковались без смещения. В результате приложения давления в зоне соприкосновения образуются прочные межмолекулярные связи.
• Завершающий этап: в процессе охлаждения полиэтилен структурируется, образуя прочный шов.

Расплавленные концы труб остаются зафиксированными в сварочном аппарате, соединяясь под давлением в течение заданного периода до полного охлаждения участка.

Процедуры сварки по стыковой технологии согласно ГОСТ

Требования к качеству соединения предусматривают три метода:

• При низком давлении (таблица 1).
• С применением двойного пониженного давления (таблица 2).
• В условиях высокого давления (таблица 3).

Требования к сварному соединению

Процесс соединения расплавленных торцов с последующим охлаждением даёт прочный стык, при этом обе части трубы должны сохранять гибкость. Для того чтобы получить преимущества стыкового метода, важно соблюдать рекомендации к каждому этапу:

• В процессе торцевания необходимо добиваться максимально ровных стыков.
• После застывания шов должен быть визуально однородным и симметричным. Если заметны дефекты и перекосы, прочность соединения окажется ниже.
• Сварочное оборудование должно выдавать необходимую температуру.

Удаление нагревателя и последующий прижим торцов выполняют быстро и аккуратно, чтобы расплавленный полимер не деформировался. Необходимо следить, чтобы на поверхность не попадала влага, пыль и другие загрязнители — всё перечисленное ослабляет шов, снижая долговечность стыка.

Контроль качества

Характеристики соединения проверяют следующими методами:

• Тест на растяжение (согласно требованиям ИСО 13953).
• Проверка на сопротивление гидростатическому давлению (ISO 1167–1,3,4 при +80 С на протяжении 1000 ч).
• Исследование показателей при высокоскоростном растяжении (регламент АСТМ Ф2634).

Неразрушаемый контроль по месту работ проводится путём визуальной оценки качества шва.

Характеристики образовавшегося соединения должны соответствовать параметрам полиэтилена, а также условиям проведения сварочных работ. Дополнительно могут использоваться методы ультразвуковой диагностики и рентгенографии для обнаружения внутренних пустот и инородных включений.

Сварка ПЭ труб с соблюдением нормативов ГОСТ гарантирует образование герметичных соединений, не уступающих по техническим характеристикам бесстыковым участкам. Аппараты для стыковой и электромуфтовой технологии представлены в каталоге ПРОСВАР. По вопросам, связанным с техническими возможностями, консультируем бесплатно, помогаем с выбором.

PE80 PN 6 (SDR 21)

Не каждый стыковой сварочный аппарат может варить газовые трубы. Это зависит от нескольких факторов:

Во-первых, аппарат должен быть гидравлическим, так как от силы сжатия зависит прочность стыка и величина максимально допустимого давления транспортируемой жидкости. Ручные механические аппараты годятся для сварки только водопроводных труб, тем более, чем выше диаметр труб у механических аппаратов, тем меньшее показатель сжатия на стык и тем меньше максимальное давление потоков транспортируемой жидкости.

Во-вторых, сварочный аппарат должен иметь блок протоколирования всего сварочного процесса.

Расчет параметров сварки встык

Для расчета параметров сварки необходимо обладать следующими данными:

е — толщина трубы;
Dn — номинальный (наружный) диаметр трубы;
Di — внутренний диаметр (Dn — 2е);
S — площадь сварки в мм², которую можно рассчитать по формуле:

Sc — площадь цилиндра машины в мм².

Также необходимо знать марку полиэтилена. Этот параметр необходим для правильного определения времени протекания циклов сварки.

Поскольку в расчетах задействован такой параметр, как площадь цилиндра машины для сварки ПЭ труб (Sc), рекомендуем использовать готовые таблицы с параметрами сварки для каждого вида и типоразмера труб. Эти таблицы обычно приводятся в инструкциях по эксплуатации машин для сварки ПЭ труб.

Приведенные ниже формулы для расчета давления циклов: «Оплавление стыка» и «Сварка» носят справочный характер.

• Давление Р1 : «Оплавление стыка» = 0,15 (S/Sc) х 10 (бар)
• Давление Р2 : «Нагрев» = 0,02 (S/Sc) х 10 (бар)
• Давление Р5 : «Сварка» — «Охлаждение» = 0,15 (S/Sc) х 10 (бар)

значение 0,15 для Р1 и Р5 является постоянной величиной, соответствующей 0,15 N/mm²;
значение 0,02 для Р2 является постоянной величиной, соответствующей 0,02 N/mm².

Температура нагревательного элемента во время циклов «Оплавление стыка» — «Нагрев» должна находится в пределах от 200 ºС до 220 °С.

Время сварки также рассчитывается индивидуально для каждого типоразмера труб, в зависимо­сти от диаметра трубы и толщины стенки.

В качестве справочной информации временные параметры сварки приведены в таблице.

Рекомендуемые временные параметры при сварке ПЭ труб и фитингов встык при внешней температуре окружающей среды 20 °С и умеренном воздушном потоке

Таблица пайки полипропиленовых труб и температура их нагрева

Одна из основных задач монтажника при проведении стыковочных работ — точно выдержать время сварки полипропиленовых труб. Отклонение от временных интервалов в ту или иную сторону, как правило, приведет к двум основным неприятностям:

• оболочки свариваемых труб недостаточно прогреются, в результате не произойдет диффузионное соединение и в процессе эксплуатации трубы расстыкуются – возникнет утечка воды и затопление помещения.
• Трубные оболочки перегреются и в месте стыка торцов образуется наплыв — это сузит проходной канал, увеличит гидравлическое сопротивление линии, приведет к финансовым потерям в индивидуальном водоснабжении или отоплении из-за плохой проводимости магистрали.

Любому монтажнику при проведении работ полезна таблица температур для пайки полипропиленовых труб, указывающая время нагрева оболочек паяльным прибором. Необходимость таблицы связана с тем, что трубы больших диаметров имеют более высокие площадь нагреваемой поверхности, массу и объем, соответственно для их прогрева в сравнении с небольшими изделиями при одинаковой температуре требуется больше времени.

При составлении таблицы основным критерием служила определенная экспериментальным путем оптимальная температура сварки полипропиленовых труб, равная 260 °С.

Рис. 8 Таблица пайки полипропиленовых труб

Также в инструкции на любой сварочный аппарат присутствует таблица, в которой отражено время пайки полипропиленовых труб в состыкованном положении. Аналогично времени нагревания трубных оболочек, время удержания соединенных деталей вместе также возрастает с увеличением их диаметров.

Экструдерная сварка

Основное ограничение — соединение безнапорных конструкций.

Отсюда и назначение — пайка футляров из труб, соединение листовых материалов, мембран. Может широко использоваться для изготовления вентиляции, где присутствуют большие диаметры. Сварка полиэтиленовых труб традиционными способами в этом случае может стоить запредельно дорого. Чаще всего применяют в строительстве бассейнов, крупногабаритных ёмкостей.

Экструдером называют как аппарат для сварки, так и оборудование для производства полиэтиленовых труб. Пайка экструдером происходит за счёт расплавления кромок соединяемых элементов и подаваемой присадки в виде прутка ПНД. В этом случае параметрами качества являются герметичность шва и его механическая прочность. Мощность экструдера влияет только на скорость работ. Даже небольшим аппаратом можно сваривать огромные ёмкости.

Мы закончили краткий обзор обширной темы сварки ПЭ труб. Надеемся, эта статья помогла получить первое представление о возможностях соединения инженерных систем из полимерных материалов, в частности — из полиэтилена низкого давления.

Классические способы соединения

Для соединения разнородных конструкций из ПНД и полипропилена монтажники используют резьбовой фитинг. Необходимо спаять муфту с резьбой у каждого конца, а затем скрутить стык. Бывают фланцевые соединения по аналогичной технологии. Это становится причиной увеличения затрат и времени, зато упрощает демонтаж линии в случае ремонта. Фитинг для пайки стоит в 10 раз дешевле фитинга для резьбовых соединений, поэтому некоторые задумываются, можно ли обойтись сваркой через угловые и прямые муфты полипропилена с трубой из полиэтилена.

Кратко о материалах, методах соединения ПНД/ПП труб

Чтобы разобраться, можно ли сваривать ПНД и ПП трубы, немного расскажем о происхождении и характеристиках этих материалов.

Какое время нужно учитывать при сварке

В зависимости от применяемого метода, потребуется учитывать следующее время сварки ПНД труб:

• период нагрева концов при помощи нагревательного элемента;
• допустимый промежуток, при котором стороны должны быть сведены вместе;
• время охлаждения изделия в сварочном аппарате для окончательного набора прочности;
• максимальное время подъема давления.

Характеристики полиэтилена

Полимеры по своим эксплуатационным характеристикам превосходят аналоги из традиционных материалов: стали, чугуна, асбеста, бетона. Рассмотрим один из самых распространённых видов пластика для изготовления труб — полиэтилен низкого давления. Это один из немногих видов пластмасс, который поддаётся сварке, и для него разработано наибольшее количество вариантов соединения.

Низкое давление означает способ образования полимера, а не его рабочие характеристики. Напротив, этот современный материал иначе называют полиэтиленом высокой плотности. При использовании в трубах он может выдержать давление до 16 атмосфер и более.

Когда говорят о пайке полиэтиленовых труб, подразумевают именно полиэтилен низкого давления. Его сокращённые наименования — ПЭ, ПНД. Английские варианты: PE, PE-HD, PEHD, HDPE.

Буквы HD — это high density, в переводе «высокая плотность». Отсюда и его второе название, более распространённое на Западе.

Технологический процесс сварки ПП

Сварка труб из полипропилена основана на способности данного типа пластика размягчаться при нагреве до определенной температуры, приобретая состояние, сходное с мягким пластилином. При плотном контакте двух расплавленных деталей происходит процесс взаимного проникновения (диффузии) материалов, в результате чего получается прочное соединение, по стойкости не уступающее целостной конструкции.

Существует два основных способа соединения полипропиленовых труб: стыковое и муфтовое. При первом варианте разогревают торцы деталей одновременно специальным дисковым паяльником, после чего соединяют их вместе, данная технология широко применяется при стыковке труб большого диаметра в промышленном строительстве.

При использовании в строительной отрасли для прокладки водопроводных и отопительных сетей полипропиленовых труб небольших диаметров (до 63 мм) стыковой метод абсолютно непригоден по следующим причинам:

• может быть реализована сварка полипропиленовых труб только одного диаметра;
• после стыковки внутри трубопровода образуется выпуклый шов, снижающий сечение проходного канала — это существенно повышает гидравлическое сопротивление трубопровода малого диаметра и снижает эффективность его использования, увеличивает вероятность засоров.
• соединение обладает меньшей прочностью, чем муфтовое.

Технология пайки с использованием муфт заключается в применении для стыковки труб переходной детали (отрезка обычной однослойной ПП трубы) с внутренним диаметром, соответствующим наружному соединяемых трубных отрезков. Для проведения работ специальным паяльником одновременно разогревают наружную поверхность трубы и внутреннюю переходной муфты, после чего детали быстро соединяют вручную. Аналогичную процедуру с нагреванием муфты и внешней трубной оболочки проводят со вторым стыкуемым отрезком. Понятно, что после вставки в муфту торцы обоих трубных отрезков почти соединяются встык без выпуклого шва, а если использовать переходник с разными диаметрами, то можно состыковывать трубопроводы любых размеров.

Рис. 5 Пайка пластиковых труб — технологический процесс

Сварка ПЭ труб встык

Полное название — сварка полиэтиленовых труб встык нагретым инструментом.

Нагревательный элемент, как часть оборудования, называется зеркалом. В народе устоялись следующие обозначения: грелка, паяльник, утюг, блин, тэн. Представляет собой металлический диск с антипригарным покрытием, оснащённый датчиком регулировки температуры.

Температура плавления, время нагрева и остывания, давление сжатия торцов П Э труб во время сварки имеют определённые значения и сведены в специальную таблицу. Эти данные публикуются в инструкции к аппарату. Мы справочно приведём такую таблицу для диаметров 90-315 мм. Но имейте в виду, значения могут отличаться для вашего случая! Мы не даём никаких гарантий, размещая эту информацию!

Таблица пайки полиэтиленовых труб

Преимущества и краткое описание технологии можно прочитать в соответствующем разделе нашего сайта. Там же описаны ограничения, характерные для пайки полиэтиленовых труб встык.

Пайка труб из полипропилена — поэтапная инструкция

Одно из основных преимуществ соединения полипропиленовых труб пайкой — скорость проведения монтажных работ, процесс стыковки и готовности к дальнейшему монтажу труб наиболее распространенного диаметра в 25 мм занимает не более 15 секунд. Чтобы сделать работы без лишних временных затрат, ответственно проводят все подготовительные операции и далее монтируют трубопровод, строго придерживаясь технологического процесса проведения операций.

Рис. 9 Инструмент, с помощью которого сваривают ПП-трубы

https://youtube.com/watch?v=ZKossng-xr4%3Ffeature%3Doembed%26wmode%3Dopaque

Подготовка инструмента и комплектующих

Прежде чем паять полипропиленовые трубы, готовят комплектующие: трубные отрезки, тройники, угловые отводы, соединительные муфты, переходники с пластика на металл, вентильные запорные краны.

Для проведения работ понадобится паяльный утюг и комплект насадок, а также вспомогательный инструмент, некоторая часть которого входит в комплектацию прибора:

• Труборез, обычно для обрезки труб используют ножницы с предельно допустимым диаметром реза 40 мм, для больших размеров применяют более мощные ножницы или роликовые резаки.
• Рулетка для измерения размеров, маркер или карандаш для отметки длины на трубной оболочке.
• Перчатки для защиты рук от ожогов во время работы.
• Уровень для проверки горизонта при установке водорозеток.
• Отвертка или шестиганный ключ для фиксации насадок на нагревательном утюге.

Рис. 10 Основные этапы сварки ПП

Разметка и нарезка

Для удобства работы освобождают пространство посередине помещения и устанавливают стол на удобной высоте, все элементы раскладывают по периметру комнаты согласно схеме, после чего начинают их последовательную обрезку с пайкой. Если трубопровод проходит по периметру помещения, укладку начинают с торцевой стены — так удобнее проводить монтаж. Работы ведут в следующей последовательности:

• Отмеряют нужный отрезок трубы и ставят метку на ее поверхности маркером или карандашом, отступив от торца расстояние с учетом глубины нагрева.
• Обрезают трубу ножницами для полипропиленовых труб, стараясь точно выдержать угол под 90 градусов. Если инструмент остро заточен, то на внутренних стенках не будет заусенец и труба сохранит свою геометрию.
• Если труба на конце имеет небольшие неровности или заусеницы, то, в принципе, это не является большой проблемой, так как при нагреве трубы они все равно расплавятся.

Ни в коем случае не используйте различные фаскосниматели и зачистные инструменты при пайке неармированных труб, как пишут на многих сайтах, типа, для того, чтобы труба легче входила в нагревательную насадку паяльника. Если снять слой трубы, то при нагреве и соединении свариваемых частей, не будет достаточного количества расплавленного пластика для формирования правильного шва.

Рис. 11 Пайка ПП труб – основные этапы

Для спайки полипропилена в основном используют паяльники с плоским утюгом, работы проводят в следующем порядке:

• Подсоединяют к аппарату две части насадки на винт с помощью шестигранного ключа, подключают его к сети и включают нагревательный элемент или оба ТЭНа нажатием клавиш.
• Выставляют терморегулятором необходимый температурный показатель, обычно ставится стандартная температура пайки полипропиленовых труб в 260 °С.
• После того, как индикатор поменяет свой цвет на зеленый, сигнализирующий о достижении ТЭНом заданной температуры нагрева, начинают пайку. Вначале лучше провести пробные работы на коротких обрезках труб, после определения оптимального времени выдержки (для этого используется таблица пайки полипропиленовых труб) приступают к сварке основного трубопровода.
• Наружные или внутренние поверхности соединяемых деталей помещают одновременно с двух сторон в нагревательные муфты, стараясь выдерживать строго горизонтальное положение деталей, для удержания короткой муфты используют перчатки, идущие в комплекте. По истечении определенного времени детали быстро извлекают из паяльника и соединяют друг другом в строго зафиксированном положении, стараясь удержать их на одной оси в течение положенного времени.
• По истечении времени остывания узел готов к дальнейшей эксплуатации — впаивания в муфту второго трубного отрезка.

Рис. 12 Шейвера для снятия наружного армирования ПП труб и пример их использования

https://youtube.com/watch?v=EeL6oob4QiI%3Ffeature%3Doembed%26wmode%3Dopaque

PE80 PN 8 (SDR 17)

Условия процесса контролируются показателями давления и временными отрезками на нагревание и охлаждение соединяемых частей. Зависимости показаны в таблице.

Сварка полиэтилена ГОСТ стыковым способом применяется для соединения участков труб с диаметрами от 50 мм. Вариант не рекомендуется для изделий с меньшим сечением из–за образования внутреннего грата, уменьшающего проходной канал.

Способ стыковой сварки

Сварка встык — это способ, используемый для соединения труб и фитингов одного диаметра и толщины. В этом процессе свариваемые поверхности труб выравниваются таким образом, чтобы достигался идеальный контакт, затем нагреваются до температуры плавления. После этого расплавленные поверхности труб соединяются под давлением. Сварочное давление, температура и длительность регулируются таким образам, чтобы сохранить физические и химические свойства исходного материала.

Сварочный цикл можно разделить на следующие этапы:

• Оплавление торцов трубы;
• Нагрев;
• Удаление нагревателя из зоны сварки;
• Сварка;
• Охлаждение.

Перед началом сварки зоны соединения труб выравниваются с помощью электроторцевателя — инструмента для механической обработки торцов свариваемых труб. Инструмент выравнивает торцы труб под прямым углом относительно оси и удаляет все сколы и неровности сечения. Торцевание должно производиться до тех пор, пока стружка, образуемая в результате торцевания, начнет выходить непрерывной, ровной лентой.

Максимальные допуски по зазорам между свариваемыми поверхностями после торцевания указаны в таблице:

Далее свариваемые поверхности нагреваются до температуры плавления с помощью специаль­ного нагревательного элемента.

Оплавление торцов

Во время цикла «Оплавление» происходит образование первичного грата.

Нагрев трубы

Во время цикла «Нагрев» тепло распространяется вглубь материала. Давление на сва­риваемые части при этом близко к нулю (оно только обеспечивает контакт между торцами труб и нагревателем).

Затем нагревательный элемент удаляется из области сварки. Нагревательный элемент необходимо удалять так, чтобы не загрязнить и не повредить нагретые для сварки поверхности трубы. Контактные поверхности нужно быстро соединить, не допуская других соприкосновений. Время перехода должно быть настолько кратким, насколько это возможно, иначе нагретые поверхности застынут, что негативно повлияет на качество сварки.

Вывод нагревательного элемента

Цикл сварка

Во время цикла «сварка» образуется окончательный грат и молекулярные связи, обеспечивающие однородность соединения. Свариваемые части трубы соединяются под давлением равным давлению цикла «Оплавление торцов»

Охлаждение стыка

Во время заключительного цикла «Охлаждение» происходит осадка стыка и стык приобретает максимальную прочность.

После соединения должен появиться симметричный буртик. Одинаковый размер правого и левого буртика показывает правильность сварки. Различный размер буртиков показывает различные характеристики вязкости соединяемых материалов, то есть процедура сварки произведена неверно.

PE80 PN 12,5 (SDR 11)

Сварка ПЭ муфт

Полное наименование — сварка изделий с закладными нагревателями.

В этом случае нагревательным элементом является спираль, которая располагается в теле фитинга. Её концы выходят в виде клемм, на которые подаётся ток от сварочного аппарата заданной величины и продолжительности. Спираль нагревается, делая монолитный сплав, с взаимным проникновением расплавленного материала. В силу особенностей этого вида соединения ПЭ труб, его могут называть электромуфтовой, электрофузионной, терморезисторной сваркой.

Основными параметрами являются величина напряжения и время прогрева спирали. Оба значения можно считать и ввести вручную либо автоматически, с помощью сканера штрих-кода. Расшифровка кода приведена ниже. Если на фитинге их два, следует считывать с того, который больше по размеру. Мелкий штрих-код — это так называемое обратное отслеживание (traceability), он несёт в себе информацию о производителе.

Расшифровка штрих-кода электросварной муфты

Технология соединения труб ПНД электромуфтовой сваркой, сравнительные преимущества и ограничения, описаны в отдельном разделе сайта. Наша статья «Возможности электромуфтовой сварки» ещё подробней раскрывает тему, она также была опубликована в журнале «Сантехника».

Сварка при помощи соединительных деталей с закладными нагревателями

Благодаря своим особенностям, электромуфтовая сварка занимает в этом ряду незаменимое положение: 
• В отличие от стыковой сварки, электромуфтовая сварка не образует внутреннего грата и, соотвественно, не приводит к снижению проходимости труб. Поэтому применяется, в т.ч., и для безнапорных трубопроводов дренажа и канализации. 
• Если говорить о средних и больших диаметрах труб, то оборудование для электромуфтовой сварки значительно легче, дешевле и универсальнее, чем оборудование для стыковой или раструбной сварки. Кроме того, оборудование для электромуфтовой сварки не имеет подвижных частей или поверхностей, покрытых тефлоном, поэтому реже приводится в негодность нерадивыми пользователями, и поэтому охотнее сдается в аренду продавцами оборудования. 
• Качество сварного соединения при электромуфтовой сварке значительно меньше зависит от человеческого фактора, чем при стыковой или даже раструбной сварке. 
• Электромуфтовая сварка позволяет сварить трубы, когда ни одна из труб не имеет возможности осевого перемещения. Поэтому совершенно незаменима при ремонте трубопровода. 
К недостаткам электромуфтовой сварки можно отнести только один – сравнительно высокую стоимость соединительных деталей. 
Как и при любом другом способе сварки пластмасс, все свариваемые поверхности должны быть чистыми. Особенно, чистыми от любого жира. При электромуфтовой сварке давление прижима свариваемых поверхностей возникает в результате нагрева и расширения трубы и составляет гораздо меньшую величину, чем при стыковой сварке. А сдвиговые нагрузки и перемешивание материала свариваемых поверхностей, как при раструбной сварке, вообще отсутствует. Поэтому требования к чистоте свариваемых поверхностей здесь настолько же серьезны, как и при сварке горячим воздухом или при экструзионной сварке. 
Нормы DVS 2207-1 (Германия) предписывают очищать внутреннюю (свариваемую) поверхность фасонной детали чистой салфеткой или ветошью, неокрашенной и не оставляющей волокон, смоченной обезжиривающей жидкостью. Жидкость должна быть полностью высыхающая. 
А для свариваемых поверхностей трубы предписано использовать механическую очистку (снятие стружки), предварительно убедившись в чистоте очищающего инструмента (скребка или ножа). 
Как и при любом другом способе сварки пластмасс, остывание сварного соединения должно быть естественным. 
Очевидно, что чем больше диаметр свариваемых труб и соединительной детали, тем больше тепла необходимо для оплавления свариваемых поверхностей. Простейший способ регулирования количества тепла – это изменение времени нагрева при постоянном напряжении питания спирали. 
В подавляющем большинстве случаев тип, диаметр, SDR и прочие конструктивные особенности фасонной детали определяют два сварочных параметра – не только время нагрева спирали, но также и напряжение питания.

Нормативные документы

Основным документом по правилам стыковой сварки полиэтиленовых труб выступает ГОСТ Р 55276. В нем описана технология сварочного процесса при низком единственном и двойном давлении, а также при высоком давлении. Приведены подробные таблицы времени сварки, температуры нагревателя, интервалы технологических пауз и пр. Другой регламентирующий документ ― ОСТ 6-19-505-79, описывающий характеристики и требования к полиэтиленовым трубам высокого и низкого давления, способы подготовки торцов. ВСН 003-88 содержит нормативы при строительстве и проектировании магистралей и трубопроводов из пластмассовых труб.

Все данные точно перекликаются с международными нормами ISO 21307:2019 и Германской ассоциацией сварщиков DVS. В России применяется технология сварки единственным низким давлением, двойным низким давлением и единственным высоким. Поэтому все последующие рекомендации по времени сварки труб ПНД будут касаться таких методов.

Сварка полиэтиленовых труб

Этот вид соединения с каждым годом всё больше набирает популярность. Почему полиэтилен низкого давления способен выдержать значительные нагрузки? Оборудование для проведения работ может стоить недорого, если знать, когда его можно применять самостоятельно. Какой способ сварки ПЭ труб лучше выбрать в определённой ситуации? Ответы на эти вопросы читайте в статье.

Внимание! Копируя наши оригинальные материалы, сделайте обратную индексируемую ссылку на сайт. Спасибо!