Рекомендации по сварке труб из ПВДФ, ECTFE и ПП

Общие требования

Качество сварных соединений зависит от квалификации сварщиков, пригодности используемого оборудования, а также соблюдения инструкций по сварке. Сварной шов может проверяться методами разрушающего и/или неразрушающего контроля. Сварочные работы необходимо контролировать. Способ и объем контроля согласовываются партнерами по договору. Рекомендуется документировать сведения о процессе в протоколах сварки или на носителях данных. Каждый сварщик должен иметь соответствующую квалификацию и аттестационное свидетельство. Для труб наружным диаметром >225 мм требуется дополнительное квалификационное удостоверение.

Мероприятия перед сваркой

Область сварки необходимо защищать от воздействия неблагоприятных погодных условий (например, влияние влажности и температуры ниже + 5°C). Если соответствующими мероприятиями (например: подогрев, защита палаткой и пр.) обеспечены условия поддержания достаточной для сварки температуры заготовки, сварку – если сварщик имеет достаточный опыт – можно проводить при любой наружной температуре. В противном случае необходимо выполнение пробных швов при упомянутых условиях.
Если заготовка вследствие солнечного облучения неравномерно нагревается, необходимо выравнивание температуры своевременным укрытием в области сварки. Избегать охлаждения сквозняком во время сварки. При сварке труб требуется дополнительно закрывать концы труб. ПЭ- и ПП-трубы из мотка сразу после разматывания имеют овальную форму. Свариваемый конец трубы нужно выправлять перед сваркой, например, осторожным прогреванием теплым воздухом с использованием специального приспособления.
Контактные поверхности свариваемых деталей не должны иметь повреждений и загрязнений (например, грязь, смазка, опилки).
При всех способах сварки область сварки должна быть свободной от изгибающих напряжений. Инструкции распространяются на сварку заготовок, труб и фасонных изделий из термопластов, перечисленных в таблице.
Для заготовок, ПТР которых находится за пределами указанных диапазонов, пригодность к свариванию подтверждается экспериментально.

Свойства свариваемых полимеров и комбинации сварки.

Способы соединений труб из полимерных материалов

Все соединения необходимо выполнять по возможности без напряжений. Напряжения от перепада температур соответствующими мерами следует сокращать до минимума. Приведенные в таблице соединения допускаются с продольным силовым замыканием.

Варианты сварок

Стыковая сварка с контактным нагревом

Описание способа.

При стыковой сварке с контактным нагревом соединяемые поверхности свариваемых деталей выравниваются на нагревательном элементе под давлением, затем при пониженном давлении нагреваются до температуры сварки и после удаления нагревательного элемента соединяются под давлением (стыковка).

Все три этапа стыковой сварки приведены на рисунке ниже:

Подготовка (нагревательный элемент в середине)	Разогрев	Готовое соединение

Подготовка к сварке.

До начала сварочных работ проконтролировать необходимую для сварки температуру нагревательного элемента, например, прибором для измерения температуры поверхности с быстрой индикацией. Замер производится в пределах площади нагревательного элемента, соответствующей заготовке. Для установления тепловое равновесие нагревательный элемент не использовать ранее 10 минут после достижения заданной температуры. Для используемого оборудования должны быть заданы действующие усилия и давления соединения. Их можно, например, рассчитать по данным производителя или измерить. При сварке труб необходимо считывать и суммировать с ранее определенными усилием и давлением соединения дополнительно возникающую при медленном движении детали движущую силу.
Номинальные толщины стенок свариваемых деталей в области стыка должны совпадать.
Трубы и фасонные заготовки перед зажимом в сварочной машине устанавливать по одной оси. Легкая подвижность свариваемой детали в продольном достигается, например, с использованием тележки или качающейся подвески.
Соединяемые поверхности непосредственно перед сваркой обрабатываются чистым и обезжиренным инструментом со снятием стружки так, чтобы в зажатом состоянии они были плоскопараллельными. Допустимые зазоры под давлением прижима указываются в следующей таблице.

Ширина зазора при контактной сварке.

Одновременно с проверкой ширины зазора необходимо проверять смещение. Смещение состыкованных поверхностей на внешней стороне трубы или листа не должно превышать размера = 0,1 x толщина (стенки). Обработанные контактные поверхности не загрязнять и не трогать руками, иначе требуется повторная обработка. Попавшую в трубу стружку следует удалить.

Выполнение сварки.

При стыковой сварке с контактным нагревом соединяемые поверхности нагревательным элементом доводятся до температуры сварки и после удаления нагревательного элемента под давлением соединяются. Температуры нагревательного элемента представлены в следующей таблице. Принципиально важно при небольших толщинах стенок выбирать верхнюю, а при больших – нижнюю из диапазона температур.

Диапазоны температур при контактной сварке.

Изменении давления и температуры в процессе стыковой сварки приводятся на рисунке ниже:

Параметры сварки

Ориентировочные значения для стыковой сварки с контактным нагревом труб и фасонных деталей из ПП, ПЭ, ПВДФ и ECTFE при наружной температуре от ок. 20°C и умеренном движении воздуха.

Временные интервалы при контактной сварке.

Давление сжатия

В большинстве случаев необходимые давления [бар] или усилия [Н] сжатия указываются в таблицах паспортной документации к оборудованию. Для проверки или при отсутствии таблиц необходимое давление (или усилие) сжатия рассчитываются по следующим формулам:

Поверхность: или Расчет усилия сваривания :

Для оборудования с гидравлическим приводом вычисленное усилие сваривания [Н] используется для настройки гидросистемы.

Выравнивание

При этом свариваемые контактные поверхности прижимаются к нагревательному элементу до их полного плоскопараллельного прилегания к нему. Это можно определить по образованию наплывов. Выравнивание прекращается, когда высота наплыва по всей окружности трубы или на верхней стороне листа достигает необходимой величины. Определенная высота наплыва является признаком того, что контактные поверхности полностью плоско прилегают к нагревательному элементу. При больших диаметрах труб (>630 мм) достаточное образование наплыва контролируется в начале сварочных работ с помощью пробного шва и на внутренней стороне трубы. Давление выравнивания прилагается на протяжении всего процесса выравнивания.

Рекомендуемое давление при контактной сварке.

Прогрев

Для прогрева поверхности должны прижиматься к нагревательному элементу с незначительным давлением. Для этого давление отпускается почти до нуля (<0,01 Н/мм²). При прогреве тепло проникает в свариваемые поверхности и доводит их до температуры сварки.

Перестановка

После прогрева соединяемые поверхности отделяют от нагревательного элемента, который извлекается без повреждения и загрязнения нагретых поверхностей. Поверхности при этом нужно как можно быстрее совместить. Время перестановки должно быть минимальным, иначе размягченные поверхности охладятся. Это невыгодно влияет на качество сварного шва.

Испытание давлением

До проведения испытания давлением все сварные соединения должны полностью быть охлаждены (как правило, 1 ч после последней сварки). Испытание давлением проводится по специальным инструкциям (например, DVS® 2210, Часть 1 - Таблица). Во время испытания давлением трубопровод должен быть защищен от влияния изменений температуры окружающей среды (солнечное облучение).

Испытание давлением по DVS®2210, Часть 1.

Соединение

Свариваемые поверхности при соприкосновении должны совмещаться со скоростью близкой к нулю. Необходимое давление соединения поднимается по возможности с линейным нарастанием. Давление соединения должно присутствовать на протяжении всего времени охлаждения. Повышенные механические нагрузки допускаются только после замедленного охлаждения. В производственных условиях цеха и незначительных механических нагрузках при раскреплении и хранении время охлаждения можно сокращать только для толстостенных деталей. Сборка или дальнейшая обработка допускаются только после полного остывания.

После соединения по всей окружности должен быть двойной наплыв. Форма наплыва дает информацию о равномерности сварки. Несимметричная форма наплыва может объясняться неодинаковым реологическим поведением соединяемых материалов. По опыту сварки серийных заготовок с указанным диапазоном ПТР пригодными для сваривания можно считать и материалы, дающие несимметричные наплывы в месте сварки. Размер K должен всегда быть >0.

Требования к сварочному аппарату для стыковой сварки с контактным нагревом.

Зажимное устройство

В целях предотвращения высоких местных напряжений в трубе и деформации зажимные устройства должны охватывать трубу параллельно к плоскости сварки. Они должны быть достаточно стабильными чтобы удерживать геометрически круглую форму труб и не изменять свое положение даже под большими рабочими усилиями. Для фасонных заготовок, таких как фланцы с патрубками и шейками предусматривать специальные зажимные устройства, не допускающие деформацию деталей. Зажатая на подвижной стороне труба должна при необходимости поддерживаться легкоходной тележкой и быть точно выставлена по оси так, чтобы можно было выдерживать необходимые для сварки рабочие давления и другие условия. Для лучшей центровки деталей рекомендуется использовать регулируемые по высоте зажимные приспособления.

Направляющие элементы

Направляющие элементы и зажимные приспособления вместе должны гарантировать на участке работы агрегата при максимальном рабочем давлении и самом большом диаметре трубы на самом неблагоприятном месте отсутствие больших зазоров из-за изгибов и отжимов. Измерение проводится при зажатых обрабатываемых трубах вкладыванием распорки на стороне, противоположной направляющим. Направляющие элементы в местах скольжения должны быть защищены от коррозии, например, твердым хромированием.

Нагревательные элементы

Использующийся нагревательный элемент в пределах рабочей поверхности должен быть плоскопараллельным. Допустимые отклонения от плоскопараллельности (измерялись при комнатной температуре после не менее одного нагревания элемента до макс. рабочей температуры):

Допуски отклонений плоскопараллельности нагревательного элемента и края трубы.

В условиях производства нагревательный элемент жестко монтирован на агрегате. Для не жестко присоединенных нагревательных элементов должны быть предусмотрены соответствующие приспособления (например, ручки, крюки, петли).
Если размеры и свойства нагревательного элемента требуют его механического извлечения из контакта с соединяемыми плоскостями, для этого также должны быть предусмотрены соответствующие устройства. Электропроводка к нагревательному элементу должна быть защищена от термических повреждений, так же, как и рабочая поверхность от механических. В перерывах между сварками нагревательный элемент должен храниться в специальном защитном приспособлении.

Устройства для подготовки сварного шва

Для плоскопараллельной обработки соединяемых поверхностей труб в зажатом состоянии необходим соответствующий режущий инструмент. Максимально допустимые отклонения от плоскопараллельности соединяемых встык поверхностей:

Максимальные отклонения от параллельности при стыковой сварке.

Обработка может производиться встроенными или легко подводимыми устройствами (как пилы, рубанки, фрезы).

Контрольно-измерительные приборы для давления, времени и температуры

Диапазон давления агрегата настраивается с резервом 20%, необходимым для максимального поперечного сечения сварки и для преодоления сил трения. Регулирование давления и температуры должно обеспечивать воспроизводимость. Время, как правило, регулируется вручную. Для гарантии воспроизводимости предпочтительно использовать нагревательный элемент с электронным регулированием температуры. Необходимые показатели производительности и допуски должны гарантироваться.

Конструкция и безопасность в использовании

Агрегаты на месте монтажа должны при условии  выполнения перечисленных требований иметь по возможности легкую конструкцию. Для транспортировки и помещения в траншею агрегат должен иметь соответствующие приспособления (например, ручки, ушки). При эксплуатации агрегатов необходимо соблюдать соответствующие правила техники безопасности по директивам VD и UUV, в частности, при работе с напряжением выше 42 В.

Заводские агрегаты должны удовлетворять следующим требованиям:

• Стабильное исполнение;
• Универсальная общая компоновка (вспом. инструменты и контактные колодки должны отводиться или выдвигаться);
• Наличие быстрозажимного приспособления;
• Высокий уровень механизации;
• Указание преобразования давления (давление гидросистемы / давление сварки) на паспортной табличке;
• Возможность размещения рабочих диаграмм в поле обслуживания;
• Для больших агрегатов рекомендуется предусматривать ходовой механизм со стопорным приспособлением;

Сварка с нахлесточным швом с контактным нагревом (муфтовая сварка)

Способ сварки

При сварке с нахлесточным швом с контактным нагревом (муфтовая сварка) труба и фасонная деталь свариваются внахлест. Конец трубы и муфта фасонной детали разогреваются нагревательным элементом в форме муфты или штуцера до температуры сварки и затем соединяются. Конец трубы, нагревательный элемент и муфта фасонной детали по размерам подгоняются так, что при соединении создается давление соединения (см. схематическое изображение).

Подготовка к сварке	Выравнивание и прогрев	Соединение и охлаждение

Сварка с нахлесточным швом с контактным нагревом труб с наружным диаметром до 40 мм может производиться вручную. Для больших диаметров из-за увеличивающихся усилий совмещения необходимо использовать сварочные приспособления. Во всех случаях необходимо руководствоваться инструкциями DVS®!

Температуры муфтовой сварки.

Ориентировочные значения для сварки с нахлесточным швом с контактным нагревом труб и фасонных деталей из ПП, ПЭВП при наружной температуре от ок. 20°C и умеренном движении воздуха приводятся в следующей таблице.

Режимы муфтовой сварки

Инструкции по выполнению сварки с нахлесточным швом с контактным нагревом

Подготовка места сварки

Установка сварочного агрегата, (подготовка принадлежностей), проверка сварочного агрегата. Установка палатки или аналогичного устройства.

1. Подготовка сварного шва (выполняется непосредственно перед сваркой)
2. Концы трубы отрезать под прямым углом и с внутренней кромки ножом удалить заусенцы.
3. На конце трубы по таблице выполнить фаски и обработать инструментом с малым углом заострения так, чтобы лезвие инструмента было заподлицо с торцом трубы.

Свариваемые поверхности трубы и фасонной детали основательно прочистить бумагой не оставляющей волокон бумагой и растворителем (напр., ацетон). Поверхность трубы можно обработать циклей и отметить на трубе глубину ввода (t).

Размеры фасок и глубины ввода при муфтовой сварке

Подготовка к сварке

Проверить температуру нагревательного элемента (на дорне или муфте). Муфту и дорн перед каждой сваркой основательно зачищать (бумагой, не оставляющей волокон). Обязательно удалять налипшие остатки расплава.

Выполнение сварки

1. Фасонную деталь и труба плавно и концентрично насадить на дорн или вставить в муфту до упора (или маркировки). Выдержать время разогрева по таблице.
2. По истечении времени разогрева фасонную деталь и трубу резко снять с нагревательных элементов и сразу же без перекручивания до стыковки обоих наплывов вставить одну в другую.
3. Соединение охладить и затем отпустить зажим.

Дальнейшие работы с нагрузкой (например, перекладывание) допускаются только полного охлаждения соединения.

Визуальный контроль сварного шва

Проверяется внешний наплыв сварного шва. При этом он должен просматриваться по всей окружности трубы.

Выполнение испытания давлением

До выполнения испытания давлением все сварные соединения должны быть полностью охлаждены (как правило, 1 час после последней сварки). Испытания давлением проводится в соответствии с таблицей ниже.

Параметры испытаний давлением.

Во время испытания давлением весь трубопровод должен быть защищен от влияния изменений температуры окружающей среды (солнечное облучение).

Требования к сварочному агрегату для сварки с нахлесточным швом с контактным нагревом

Сварки с нахлесточным швом с контактным нагревом выполняются в стационарных условиях, а также на месте монтажа. Конструкция агрегатов, как одноцелевого оборудования, должна быть рассчитана на значительную степень механизации процесса сварки.

Зажимные приспособления

Следы на поверхностях от зажимного приспособления не должны влиять на механические свойства готового соединения.

Направляющие элементы

Направляющий элемент, зажимные приспособления и нагревательный элемент вместе должны гарантировать на участке работы агрегата концентричность нагревательного элемента и соединяемых деталей. При необходимости необходимо предусматривать возможность регулирования соосности.

Конструкция и безопасность в использовании

Наряду с требованиями к конструкции агрегат должен отвечать также следующим требованиям:

1. стабильное исполнение;
2. универсальная общая компоновка (вспом. инструменты и контактные колодки должны отводиться или выдвигаться);
3. наличие быстрозажимного приспособления;
4. высокий уровень механизации (воспроизводимость параметров сварки);

Нагревательные элементы

Размеры нагревательных элементов должны соответствовать указанным в таблице величинам:

Нагревательная муфта	Нагревательный дорн

Примечание: при температурах 260 - 270^оC; Допуски размеров: ÷40 мм ± 0,04 мм, а для > 50 мм - ± 0,06 мм;

При сварке с нахлесточным швом с контактным нагревом с механической обработкой (метод B) для калибровки и выполнения фасок на соединяемых поверхностях труб необходим инструмент с малым углом заострения. Он должен подходить к использующемуся нагревательному элемент и муфте фасонной детали. Инструмент настраивается по шаблонному дорну.