Описание сварки труб

Сварка пластиковых труб встык – современный и надежный способ сварки.
Сегодня для прокладки систем водоснабжения и отопления вместо стальных труб используются полиэтиленовые. Они практичны в эксплуатации и простоты при монтаже.
Принцип сварки пластмассовых труб нагретым инструментом встык базируется на нагреве торцов до их расплавления. Затем они сжимаются для образования стыкового соединения, ему дают остыть. Для этого необходимо иметь специальный инструмент с тефлоновым покрытием, который после нагрева удаляется из зоны сварки.


Внимание!
Прочность, герметичность стыкового соединения зависит от квалификации и опыта специалиста работы с оборудованием. Только выполнение ряда правил позволит качественно выполнить манипуляци. Процесс сварки встык нагретым инструментом состоит из 5 основных переходов с точно нормированными режимами.


Технология стыковой сварки: особенность, преимущества, недостатки.


Сварка встык – разновидность сварочного процесса, при котором детали из пластика, полимеров соединяются с использованием сварочного оборудования и прочность сварного соединения получаемого при сварки не ниже прочности самой трубы. Существует еще 2 способа:

  • сварка с закладными нагревателями;
  • сварка нагретым инструментом в раструб.
Методика стыковой сварки дает возможность соединять трубы из любых термопластов I и II группы. К ним относятся ПЭ, ПП, ПВДФ, ПВХ. Это полимеры, которые при нагреве переходят в вязко-текучее состояние, а при остывании твердеют практически без изменения физико-химических свойств.
Преимущество технологии стыковой сварки пластиковых труб на прямых участках трубопроводов, по сравнению с другими методами – высокий уровень производительности. Так же это экономии:
  • денежных средств;
  • материалов;
  • времени, потому что свариваются непосредственно после отрезки труб.
Существенный недостаток – необходимость строгого соблюдения и выполнения многочисленных технологических требований, независимо от диаметра свариваемой трубы. Любое отклонение от установленных норм, может привести к снижению гидравлических характеристик трубопроводов.


Внимание!
Процесс сварки, формирования стыка занимает достаточно много времени
.

Соотношение положительных и отрицательных моментов стыковой сварки
Любой недостаток можно обратить в преимущество, если провести его глубокий анализ. Особенность стыковой сварки заключается в том, что чем больше диаметр свариваемой трубы, тем ощутимее становится превосходство преимуществ над недостатками. Например, для труб диаметром ниже 63 мм сварка встык нагретым инструментом применяется крайне редко. Чаще используются трубы диаметром более 110 мм, которые изготовлены из полиэтилена.


Внимание!
«Сварка полиэтиленовых труб» и «стыковая сварка труб» подходит для соединения трубопроводов из одного материала – полиэтилена.


Необходимо с особой осторожностью и внимательностью использовать технологию сварки стыковых швов полимерных труб на участках безнапорных трубопроводов. Из-за того, что на его внутренней поверхности образуется валик оплавленного материала – грат, который может спровоцировать скопление твердых, механических частиц, что станет причиной засора безнапорного трубопровода. Если есть возможность срезать внутренний оплавленный материал, то стыковые сварные соединения могут использоваться даже для прокладки канализации. Гидравлические потери от наличия грата компенсируются благодаря гладкой внутренней поверхности трубы.
Знание стандартов, выполнение требований – залог длительной эксплуатации трубопроводов
При выполнении монтажных работ на наружных водопроводах из полиэтиленовых труб, необходимо соблюдать требования к стыковой сварки, утвержденные ГОСТом. Они занесены в нормативный документ – СНиП 3.05.04-85*, включающий полный список допустимых материалов и методик соединения трубопроводов:
  • полиэтилен или ПНД, используется только для стыковой или раструбной сварки (п.3.58. СНиП);
  • ПВХ, подходит для склеивания в раструб (п.3.62. СНиП).
В отраслевом стандарте ОСТ 6-19-505-79 подробно описана технология сварки труб встык, которая упоминается в нормативном документе СНиП3.05.04-85*.
Для монтажа подземных газопроводов (п.4.11 СП), так же имеется специализированная документация – СП 62.13330.2011. Это усовершенствованная версия СНиП 42-01-2002. Допустимый материал труб – полиэтилен, а технология соединения – «встык нагретым инструментом, или при помощи деталей с закладными электронагревателями». Подробнее изучить информацию можно в п.4.13 СП, вышеупомянутого документа. Существует аналогичный, но более понятный источник СТО 2-2.1-411-2010, разработанный специально для Газпрома РФ.


5 основных составляющих для проведения операции сварки встык

Монтаж трубопроводов необходимо выполнять, согласно утвержденному проекту и правилам ТБ. Монтируется трубопровод чаще всего готовыми узлами, а также блоками, собираемыми на месте.

В состав оборудования входят:

1. Центратор – система, состоящая из:
  • двух и более направляющих;
  • двух и более хомутов для крепления свариваемых труб

Точное определение детали изложено в нормативной документации, утвержденной ГОСТ Р ИСО 12176-1. К сварочным аппаратам импортного производства прилагается инструкция на языке производителя, или международном английском. Там часто встречается термин «Basic machine», который переводится, как «базовая машина» или «основная машина».

Функции центратора, заключается в обеспечении соосного крепления труб, исправление неровностей, перемещении одной или обеих труб вдоль линии оси, обеспечении контролируемого усилия прижима торцов труб к нагревателю или друг к другу.
Монтаж трубопровода начинается с установки неподвижной части. Затем к ней приваривается подвижная труба, так называемый хлыст. При сварке стыковых соединений труб на цеховых машинах, обе трубы еще остаются подвижными. Для соблюдения всех правил и норм стыковой сварки полиэтиленовых труб, требуется: гарантия соосности труб, высокая вероятность прижима торцов к нагревательному элементу, а так же максимальное контролируемое усилие на оба торца. Центратор обеспечивает все вышеперечисленные функции.


2. Гидравлический агрегат – важный элемент, необходимый для сварки полиэтиленовых труб с гидроприводным центратором. Гидравлический аппарат подключается к центратору 2 шлангами с быстроразъемными элементами – БРС, и поддерживает необходимый уровень давления масла.
Наиболее распространенный, неавтоматизированный вариант, где органы управления насосом и клапанами расположены на верхней панели агрегата (рис.3), а на производственных машинах – на передней панели аппарата. Чтобы начать процесс разведения/сведения труб необходимо включить насос аппарата, и задать соответствующую функцию передвижения рычага – влево/вправо. Регулировочный клапан необходим для сверхточной регулировки нагнетаемого давления. Для моментального сброса высокого давления в машине имеется байпасный клапан.
Функционал гидравлического агрегата напрямую зависит от его сложности. Например, для компактной полевой машины RMT 90-315-4 hydraulic, гидравлический аппарат выполняет функции бесперебойного обеспечения осевого перемещения подвижной трубы. Усовершенствованная и сложная модель полевой машины PT-1600-HR оснащена гидравликой, которая обеспечивает такие функции: закрытие/открытие агрегата, запирает/отпирает хомуты центратора, поднимает/опускает боковые роликовые упоры труб. На производственной машине гидравлический аппарат, приводит в движение торцеватель, и вводом сварочного зеркала в зону обработки.
С помощью стрелочного манометра происходит контроль единиц давления, заданные агрегатом. Для плавного движения стрелки на гидравлические агрегаты машин ставят маслонаполненный манометр, который необходим для сварки полиэтиленовых труб. Внутренняя полость манометра заполнена маслом, с незначительным количеством воздуха. Небольшой пузырек внутри шкалы механизма – обязателен.


3. Торцеватель, используется напрямую перед началом сварочного процесса стыковых элементов, для обработки торцов труб.
Торцеватель состоит из двух параллельных металлических дисков с радиально расположенными ножами. Они вращаются между прижатыми к нему трубами. В результате чего, происходит выравнивание торцов трубы и обеспечивается совершенное прилегание его элементов.
В роли привода торцевателя на небольших механических сварочных аппаратах (размер максимального диаметра трубы – 110 мм) чаще всего выступает рычаг с храповиком. Для труб меньшего диаметра такого привода хватит с головой, а экономия существенная.
Механические и гидравлические машины средних габаритов (в основном диаметр обрабатываемой поверхности составляет до 216; 355 мм) оснащены электродрелью с коллекторным двигателем, который и выступает приводом торцевателя (рис.9). Такой вариант является энергоэффективным и экономичным.
На гидравлических сварочных машинах, позволяющих сваривать трубы с диаметром от 216мм, 500 мм и выше, мощность электродрели для обработки торцевых соединений труб мала. Поэтому, целесообразно применять асинхронный мотор-редуктор (рис.11), который в разы дороже.
На профессиональных гидравлических сварочных машинах торцеватель, оснащен системой безопасности, которая замыкается в единичном случае. При условии установки торцевателя на центратор. Использовать подставку, переноску для его подключения категорически запрещено.


4.Нагреватель или в попросту «сварочное зеркало» – это элемент, который отвечает за подачу температуры. Его часто называют «нагретый инструмент», и применяются он в технологии сварки встык нагретым инструментом. Этот механизм состоит из плоского алюминиевого основания, имеющего круглую или треугольную форму, в которую встроены один или несколько электрических нагревательных элементов. Алюминиевый блин покрыт специальным раствором тефлона. Это необходимо для того, чтобы нагретый элемент не прилипал к торцам труб. К нему крепятся рукоятки для удобной транспортировки. Термодатчик расположен в держаке или вынесен в отдельный блок, от которого подключается сварочное зеркало.
Термин «сварочное зеркало» употребляют в повседневной жизни опытные сварщики, но в ГОСТ Р ИСО 12176-1 оно фигурирует, как «нагреватель». Во многих инструкциях импортных приборов можно встретить термин «нагревательная пластина», который позаимствован у американцев, и переводится – «heater plate». Сейчас неопытные специалисты стали часто переводить его, как «нагревательный элемент». Хотя такое толкование не верно, и может восприниматься двусмысленно. Нагревательным элементом инструмента для сварки труб ПНД чаще всего являются трубчатые нагревательные элементы или просто ТЭНы. Стоит обратить внимание, что в некоторых моделях сварочных зеркал ТЭНы не подлежат замене.
Способ крепления нагревательного элемента на центраторе может быть подвижно. Его можно быстро и легко откинуть из области сварки одним движением. Такой вариант максимально практичен для проведения сварочных работ труб ПВХ, потому что необходимое время сократиться в разы.
Второй способ, заключается в расположении нагревательного инструмента и торцевателя. Они находятся на специальной подставке (рис.11), что обеспечивает удобство при транспортировке всего сварочного комплекта. Громоздкие сварочные зеркала укомплектованы такелажными кольцами, чтобы можно было поднимать их специальным подъемником (рис.5). Большие сварочные зеркала отличаются формой. Стандартный диск заменен на кольцо, что уменьшило вес нагретого инструмента и понизило затраты на алюминий.
Внимание!
Система крепления нагретого инструмента на центраторе не гарантирует жесткой и надежной фиксации, в сравнении с торцевателем. Она может только обеспечить единственное более-менее устойчивое положение инструмента между прижатыми торцами труб.
5. Редукционные вкладыши;
Хомуты центратора обеспечивают фиксацию труб, имеют внутренний диаметр, который равен размеру самой большой трубы. Именно ее этот аппарат может варить. Любая модель сварочного аппарата рассчитана на конкретный рабочий диапазон номинальных диаметров DN, начиная от 90 мм и до 315 мм. В случае, если хомуты имеют внутренний диаметр 315 мм, то для фиксации труб меньшего размера стоит установить в хомуты редукционные вкладыши соответствующего размера.
В большинстве случаев редукционные вкладыши крепятся к хомутам болтами. Существуют определенные модели сварочных аппаратов, на которых встроена система моментального крепления вкладышей на защелках. Такая система идеально подойдет для сварки труб небольшого диаметра. Следует учитывать, что сварочный процесс должен быть коротким, не занимать много времени. Но существуют исключения из правил, когда для стыковой сварки толстостенной ПНД трубы с диаметром 630 мм необходимо максимум 2 часа, то не существуют никакой разницы, каким методом будет происходить крепление. Главное условие – целесообразность и выгода.
Еще один точный пример, когда необходимо обдуманно делать выбор. Вкладыши гидравлического аппарата внушительной ширины, производятся с помощью высокоточной механической обработки. Поэтому в стандартный набор сварочного аппарата они не входят. Если необходимо варить только диаметры 315 мм и 250 мм, то нет смысла тратить круглую сумму денег за десяток других комплектов вкладышей.
На не автоматизированных аппаратах, вкладыши простые. Они изготовлены из стандартных штампованных листов стали, и соответственно меньше. Поэтому комплект механического сварочного аппарата состоит из вкладышей всего рабочего диапазона номинальных диаметров. Соответственно на стоимость сварочного аппарата это не влияет.
6. электрокран – подъемное устройство, необходимое для подъема торцевателя, сварочного зеркала, верхних половинок трубных хомут. Без этого устройства не получиться начать процесс сварки труб большого диаметра. В число функций большого сварочного аппарата входит электрокран, который монтируется к центратору. Управление производится с помощью пульта дистанционного управления.
При монтаже трубопроводов больших диаметров все равно необходим определенный автокран. Дополнительно его можно использовать для манипуляций с торцевателем и сварочным зеркалом.
7. варианты привода центратора;
Обеспечить перемещение и усилие прижима, можно с помощью таких приводов: механического, гидравлического, пневматического, электрического, электромагнитного. Выбор кроется в удобстве работы, надежности оборудования, технологичности и стоимости. В процессе развития прогресса и частой эксплуатации полевых машинах, преимущество осталось за двумя вариантами привода – механическим и гидравлическим. В качестве исключения можно встретить пневматические приводы, но только на производственных агрегатах. Механический привод отличается двумя особенностями: приводным рычагом и приводным винтом. Поэтому можно смело говорить о 3 типах приводов центратора, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Механический привод имеет 2 основные разновидности – приводной рычаг и приводной винт. Соответственно центратор имеет 3 типа привода, каждый из них имеет свои плюсы и минусы.
Достоинства центратора с приводным рычагом:
  • скоростное перемещение подвижной трубы, позволяет сократить время технологической паузы до 1-2 секунд. Благодаря этому возможно производить сварку труб из ПВХ;
  • приводной рычаг – экономичное техническое решение.


Недостатки:
• в стесненных условиях, таких как траншея, колодец неудобно подбираться к месту стыка;
• максимальное сварочное усилие составляет 70-80 кгс. Следует учитывать, что необходимое сварочное усилие прямо пропорционально площади сечения свариваемой трубы. Полиэтиленовы трубы с диаметром больше 160 мм нуждаются в тщательной регулировке по ограничению толщины стенки;
• последние модели хомутов выпускаются поштучно, дополнены боковым упором для трубы. Это необходимо было для снижения себестоимости исходного продукта;
• усовершенствовали систему, предназначенную для гармоничной работы на открытой местности. Торцеватель, сварочное зеркало находится в подвижном состоянии, и закреплено на центраторе;
• ограничили номинальный размер диаметра и толщину стенки свариваемых труб.
Достоинства центратора с приводным винтом:
• компактная конструкция, разработана специально для проведения работ в стесненных условиях и навесу;
• приводной винт – реальная экономия в сравнении с гидравликой.
Недостатки:
• медленное движение подвижной трубы;
• слабое сварочное усилие.
Для толстостенных полиэтиленовых низкого давления труб диаметром более 160 мм найти средний коэффициент просто не реально. Потому, что или сварочного усилия не хватит, или подвижная труба будет двигаться невероятно медленно. Из-за этого технологическая пауза затянется на определенное время.
Чтобы хоть как выделить положительные стороны сварочных аппаратов с приводным винтом, их зачастую производят с четким расчетом работы в нестандартных условиях (колодец или навесу). С этой целью производитель заведомо уменьшает размеры и вес.
Достоинства центратора с гидравлическим приводом:
• возможность создания максимального сварочного усилия. Это позволяет производить сварку трубы любого диаметра, с любой толщиной стенки;
• простота измерения текущего усилия прижима, создаваемого центратором. Для этого необходимо установить в гидравлическую систему датчик давления. Это позволит применять на гидравлических аппаратах средства автоматизации сварочного процесса;
• с помощью шланги, стало возможно разделять гидравлический агрегат и центратор. Небольшие образцы гидрааппаратов удобны для сварки навесу.
Недостатки:
• гидравлический агрегат – самый дорогостоящий вариант среди других видов сварочных аппаратов. Учитывая количество всех достоинств, такие аппараты нашли свое место в линейке профессионального сварочного оборудования. Они широко используются в технологии стыковой сварки соединений, без ограничений по толщине стенки и диаметру свариваемых труб. Оснащены функцией автоматизации для сварки особо ответственных трубопроводов.
Внимание!
В данном случае стоимость все-таки не является весомым недостатком, так как это профессиональное сварочное оборудование.