Какие требования предъявляются к остыванию сварного соединения после сварки пластмасс любым способом

Обновлено: 10.01.2025

ГОСТ Р 54793-2011

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВАРКА ТРУБ, УЗЛОВ ТРУБОПРОВОДОВ И ЛИСТОВ ИЗ PVDF (ПВДФ) НАГРЕТЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Welding of thermoplastics - Heated tool welding of pipes, pipeline components and sheets out of PVDF

Дата введения 2013-01-01

Предисловие

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

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

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту Немецкого союза по сварке и смежным технологиям ДВС 2207-15:1996* "Сварка термопластов. Сварка труб, узлов трубопроводов и листов из PVDF нагретым инструментом" (DVS 2207-15 "Welding of thermoplastics. Heated tool welding of pipes, pipeline components and sheets out of PVDF", MOD) путем внесения изменений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту

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

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2020 г.

Введение

Разработка национального стандарта осуществлена для создания современной отечественной нормативной базы в области сварки. Его введение позволит повысить конкурентоспособность отечественного оборудования, совместимость и взаимозаменяемость продукции, процессов и услуг, а также уровень гармонизации отечественной нормативной базы с международными и региональными стандартами.

Проект национального стандарта разработан на основе аутентичного перевода на русский язык стандарта Немецкого союза по сварке и смежным технологиям DVS 2207-15.

Из текста стандарта исключены ссылки на стандарт Немецкого союза по сварке и смежным технологиям и раздел "Пояснения", содержащий рекомендации по возможности изменения настоящего стандарта с учетом тенденций совершенствования процессов сварки нагретым инструментом.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на сварку нагретым инструментом встык листов, а также труб и фитингов из PVDF (ПВДФ), предназначенных для транспортирования газов, жидкостей и твердых материалов, и применяется для термопластов группы ПТР 230/5 с показателем текучести расплава от 1,0 до 25 г/10 мин (при плотности от 1,70 до 1,80 г/см).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 54792-2011 Дефекты в сварных соединениях термопластов. Описание и оценка

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Основные требования

Качество сварных соединений зависит от квалификации сварщиков, пригодности применяемого оборудования и приборов, а также от выполнения требований стандартов по сварке. Сварное соединение может быть испытано с помощью неразрушающих и/или разрушающих методов контроля.

Сварочные работы должны контролироваться, а методы и объем контроля согласовываться между сторонами договора. Рекомендуется записывать условия и параметры сварки в протоколы (см. приложение В).

Для обеспечения качества рекомендуется испытывать образцы соединений до начала и в процессе сварочных работ.

Каждый сварщик должен быть обучен и иметь действующее аттестационное удостоверение с соответствующей областью аттестации. Оборудование и приборы, применяемые для сварки, должны соответствовать требованиям норм, утвержденных в установленном порядке.

4 Меры, принимаемые до сварки

Зона сварочных работ должна быть защищена от влияния погодных условий (например, от влаги и температур ниже 5°С). Если с помощью принятых мер (например, предварительный нагрев, укрытие, отопление) будет поддерживаться необходимая и достаточная для сварочного процесса температура заготовок, то работы допускается проводить при любой наружной температуре. При необходимости выполняется дополнительная проверка образцов методами, изложенными в разделе 7.

Для защиты от воздействия солнечного излучения, приводящего к неравномерному нагреву заготовок, следует использовать укрытия. Охлаждение потоками воздуха во время сварочного процесса не допускается; концы труб должны быть заглушены.

Соединяемые поверхности деталей, подлежащих сварке, не должны иметь повреждений и должны быть очищены от загрязнений (например, грязи, масла и стружки).

5 Сварка нагретым инструментом встык труб, трубопроводных узлов, фитингов и листов

5.1 Описание

При сварке встык поверхности свариваемых деталей выравниваются на нагревателе под давлением, нагреваются до температуры сварки при уменьшенном давлении и после удаления нагревателя соединяются под давлением. На рисунке 1 показан принцип этой процедуры.

Рисунок 1 - Принцип сварки встык трубы нагретым инструментом

Сварка должна выполняться с помощью оборудования, отвечающего требованиям норм, утвержденных в установленном порядке.

Давление сжатия должно быть точно настроено и воспроизводимо (см. 5.3.4).

5.2 Подготовка к сварке

Перед началом сварки с помощью прибора для измерения температуры поверхности необходимо проконтролировать температуру нагревателя в области соприкосновения с заготовкой. Сварку не следует начинать ранее чем через 10 мин после достижения требуемой температуры нагревателя.

Для обеспечения качественного сварного соединения нагреватель необходимо очистить с помощью салфетки без ворса перед каждой сварочной операцией. Антиадгезионное покрытие инструмента в рабочей зоне не должно иметь повреждений.

Усилия (или давления) сжатия заготовок должны быть определены для используемой машины на основании представленных производителем рассчитанных или измеренных данных. Во время сварки труб дополнительно экспериментальным методом определяется величина усилия перемещения подвижного зажима сварочной машины с закрепленной заготовкой. Это усилие устанавливают по показаниям индикатора сварочного оборудования при медленном перемещении заготовки, подлежащей сварке, и добавляют к ранее определенным усилиям смыкания.

Номинальные толщины стенок свариваемых частей в области их соединения должны соответствовать друг другу.

Трубы и фитинги выравнивают в осевом направлении (отцентровывают) в сварочном оборудовании до их зажима. Легкое осевое перемещение частей, подлежащих сварке, должно быть обеспечено, например, с помощью роликоопор.

Соединяемые поверхности должны подвергаться механической обработке чистым, незамасленным инструментом непосредственно перед сваркой и быть параллельными в зажатом положении.

Максимальный зазор между поверхностями после торцевания представлен в таблице 1.

Общие положения и требования при сварке изделий из термопластов

Термин "сварка пластмасс" обозначает неразъемное соединение изделий из термопластов без их растворения или изменения химического состава, исключительно за счет нагрева, с использованием или без использования дополнительного материала. В это определение не включаются процессы, двусмысленно описываемые как "холодная сварка", так как в этих процессах поверхность частично растворяется и склеивается. Сварка имеет место, когда свариваемые поверхности (и, возможно, дополнительный материал в зазоре между ними) приводятся в пластическое состояние за счет нагрева, а затем прижимаются друг к другу. Цепочки молекул сжатых вместе пластмассовых поверхностей объединяются и переплетаются, образуя однородную массу.

2. Общие правила

Независимо от вида сварки, для достижения удовлетворительного качества сварного шва следует придерживаться следующих общих правил:

2.1 Свариваемые полимеры

Из всего разнообразия полимеров, свариваться с хорошим качеством могут только термопласты.

Определение: К термопластам относятся полимеры, у которых после нагрева до пластического состояния и последующего охлаждения не наблюдается существенного изменения физико-химических свойств.

Замечание: В принципе, любой полимер при нагреве до пластического состояния в большей или меньшей степени подвергается термическому шоку, т.е. температурным разрушениям молекулярных цепочек полимеров. Уменьшение длины молекулярных цепочек (средней молекулярной массы материала) ведет к снижению прочностных характеристик полимера. Поэтому в общем случае следует избегать нагрева материала до температур выше, чем необходимо для его расплавления.

Замечание: Быстрый нагрев свариваемых деталей (чаще всего – нагрев поверхности изделия другим твердым телом или веществом, нагретым до высокой температуры), кроме опасности температурного шока, также ведет к созданию высоких напряжений в материале, которые снижают прочность шва. Поэтому медленный нагрев (нагрев поверхности умеренно нагретым твердым телом или веществом) предпочтительнее, если только технология конкретного вида сварки не требует быстрого нагрева.

2.2 Подбор деталей и дополнительного материала

В принципе, хорошо свариваться вместе могут только термопласты одинакового химического состава (например, ПП Тип3 с ПП Тип3) и только с близким индексом текучести расплава. На практике это обозначает, что при нагреве свариваемых поверхностей одинакового химического состава до температуры пластификации расплавленный материал обеих деталей должен иметь примерно одинаковую текучесть. Цвет термопластов, как правило, определяется введением ничтожного количества (в процентном отношении) химически нейтрального пигмента. Поэтому различие цвета деталей на их свариваемость не влияет.

2.3 Требования к чистоте свариваемых поверхностей и дополнительного материала

Свариваемые поверхности должны быть очищены от загрязнений, особенно от масла или другого жира. К загрязнениям относится также внешний слой полимера, который мог подвергнуться ультрафиолетовому разрушению. Очистку необходимо производить непосредственно перед сваркой. Механическая очистка предпочтительна. В случае сварки нагретым инструментом требование к чистоте поверхностей распространяется также на нагретый инструмент, который должен быть очищен метиловым спиртом с применением неволокнистой ветоши. В случае экструзионной сварки предъявляются требования к чистоте дополнительного материала. Иногда полимеры собирают влагу, обычно только по поверхности. Если влага накоплена дополнительным материалом, она испаряется в экструдере и смешивается с пластифицированным дополнительным материалом. При остывании дополнительного материала в нем образуются пузырьки, снижающие прочность шва. Горячий воздух с повышенным содержание влаги усиливает эффект.

Рекомендации для уменьшения этого эффекта:

Предварительно просушивать дополнительный материал;
Использовать систему осушения воздуха, подаваемого в зону сварки;
Избегать разницы температур свариваемых компонентов, для этого хранить их в помещении.

2.4 Охлаждение шва после сварки

Не следует стараться ускорить охлаждение сварного шва с помощью холодного воздуха, воды или пр. Быстрое охлаждение приводит к созданию в зоне шва значительных перепадов температуры, которые ведут к созданию больших напряжений в материале шва. Внутренние напряжения в материале снижают прочность шва. Поэтому при сварке деталей большой толщины (например, труб с большой толщиной стенки), особенно при низкой температуре окружающей среды, для уменьшения внутренних напряжений в зоне шва прибегают к искусственному замедлению охлаждения, укутывая шов тканью или другим теплоизолятором.

Инструкция по сварке ПЭ труб фитингами с закладными нагревателями

Как и при любом другом способе сварки пластмасс , все материалы, участвующие в сварке с закладными нагревателями, должны иметь близкий химический состав и показатель текучести расплава.
Не следует пробовать сварить полипропиленовые трубы полиэтиленовыми электромуфтами, ничего хорошего из этого не выйдет.
С другой стороны, сварка труб из ПЭ-80 фитингами из ПЭ-100 вполне допускается. Несколько сниженная прочность сварного соединения вполне компенсируется большой площадью зоны сварки.
Нормы DVS 2207-1 (Германия) допускают сварку труб из PE-Xa и PE-Xc электросварными фитингами из ПЭ-100.

7.1.2 Чистые свариваемые поверхности

Как и при любом другом способе сварки пластмасс , все свариваемые поверхности должны быть чистыми. Особенно, чистыми от любого жира.
Нормы DVS 2207-1 (Германия) предписывают очищать внутреннюю (свариваемую) поверхность фитинга с ЗН 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). Такой способ очистки помогает устранить не только химические (в частности, жировые) загрязнения, но и верхний окисленный слой полиэтилена. Последующая химическая очистка обезжиривающей жидкостью рекомендуется только для случаев, если после снятия стружки оператор нечаянно схватился за чистую свариваемую поверхность рукой или испачкал ее другим способом, а дальнейшая механическая очистка нецелесообразна.

7.1.3 Естественное остывание

Как и при любом другом способе сварки пластмасс , остывание сварного соединения должно быть естественным.
Попытки ускорить остывание путем полива водой или обдува воздухом обязательно приведут к внутренним напряжениям в зоне сварного соединения и потому недопустимы.
Во избежание повреждения сварного соединения, рекомендуется оставить трубы зафиксированными на всё время остывания и защитить фасонную деталь от любого механического воздействия. В случае сварки седелки оставьте притягивающие ремни натянутыми на всё время остывания.

7.2 Подготовка для соединительных муфт, отводов, тройников, заглушек

7.2.1 Набор необходимых принадлежностей

Кроме сварочного аппарата для сварки с ЗН, вам потребуются (см.рис.32):

Электросварной фитинг – соединительная муфта, отвод, тройник или заглушка;
Позиционер для фиксации и исправления овальности труб (иногда фиксацию можно обеспечить подручными средствами);
Ручной или механический скребок;
Труборез (можно заменить ножовкой по дереву);
Жидкость для обезжиривания поверхностей;
Чистая салфетка или ветошь;
Маркер для пластиковых труб.

7.2.2 Обрезка и очистка

ПЭ трубы, подготовленные для сварки, должны быть отрезаны перпендикулярно оси, без запилов, стружек и т.п.

Инструкция по технологии стыковой сварки полиэтиленовых труб

Русскому человеку, у которого стоит задача проложить ПЭ трубопровод, а знаний и опыта нет, заманчиво найти подробную и корректную инструкцию по сварке ПНД труб своими руками , так сказать в домашних условиях. Это похвальное свойство нашего пытливого ума иногда приводит к массе проблем.

Давайте разберемся, стоит ли делать это своими руками. Если стоит, то как?

Любая инструкция по эксплуатации сварочного оборудования (особенно импортного) содержит фразу типа «Дальнейшее описание правил эксплуатации аппарата не может заменить обязательного обучения сварке полиэтиленовых труб в специализированном учебном центре». Действительно, автору приходилось встречать людей, которым когда-то «дядя Вася показал», как варить. После этого человек проработал несколько лет и считает себя авторитетным профи. А при ближайшем рассмотрении оказывается, что он все эти годы методично вредил народному хозяйству России.

К сожалению, большинство Российских учебных центров образованы при коммерческих фирмах, торгующих сварочным оборудованием какой-либо определенной марки. Учебный центр сам по себе дело не прибыльное, коммерческая фирма содержит его в основном для «проталкивания» своего товара. Вряд ли можно надеяться, что в таком центре вам дадут подробные и объективные знания по технологии сварки полиэтиленовых труб. И уж тем более, вряд ли научат выбирать оборудование среди конкурирующих марок.

Вторая проблема – в учебный центр будущего сварщика калачом не заманишь. Технология сварки полиэтилена ошибочно представляется простой, а времени всем не хватает.

Автор поставил себе несколько задач:

В меру своих сил способствовать тому, чтобы в нашей стране полиэтиленовые трубопроводы были надежными. А для этого:
Не просто дать формальное описание различных режимов стыковой сварки, а подробно объяснить, почему так. Иначе русского человека не переубедить.
На основе объяснения физических принципов стыковой сварки развенчать некоторые популярные мифы. Иначе любой менеджер торгующей организации уверенным голосом делает из нашего человека идиота.
На основании действующих нормативов объяснить требования к сварочному оборудованию и научить это оборудование выбирать. Иначе, опять же, продавцы обманут.

Автор берет на себя смелость утверждать, что внимательное изучение всего, что написано далее, может служить инструкцией по сварке полиэтиленовых труб своими руками. Только практика потребуется.

2 Общая идея

Сварка пластмассовых труб нагретым инструментом встык заключается, в принципе, в нагреве торцов до расплавления материала и в последующем сжатии торцов для образования стыкового соединения и остывания шва (рис.1).

Нагрев свариваемых поверхностей производится плоским металлическим нагретым инструментом с тефлоновым покрытием, который после нагрева удаляется из зоны сварки.

Рис. 1 Сварка труб встык

Однако сварка качественного стыкового соединения требует от оператора аккуратного выполнения целого ряда условий. В итоге процесс сварки встык нагретым инструментом состоит из 5 основных фаз с точно нормированными режимами.

3 Назначение технологии стыковой сварки

Сварка встык – один из трех способов сварки полиэтиленовых (и вообще пластиковых) труб, обеспечивающих прочность сварного соединения не ниже прочности самой трубы. Два других способа – сварка с закладными нагревателями и сварка нагретым инструментом в раструб.

Технология стыковой сварки позволяет соединять трубы из любых термопластов I и II группы – ПЭ, ПП, ПВДФ, ПВХ и пр. Другими словами, из полимеров, которые при нагреве способны перейти в вязко-текучее состояние, а после остывания – снова затвердеть без существенного изменения физико-химических свойств.

Основное достоинство технологии стыковой сварки перед другими видами сварки пластиковых труб – в том, что для прокладки прямых участков трубопроводов не требуются расходы на соединительные детали; свариваются непосредственно отрезки труб.

Недостаток – в том, что, независимо от диаметра свариваемых труб, требуется строгое выполнение многочисленных требований технологии стыковой сварки, а сварка одного стыкового шва занимает сравнительно много времени.

Чем выше диаметр свариваемых труб, тем ощутимее превосходство достоинств технологии стыковой сварки над ее недостатками. Поэтому для диаметров ниже 63 мм сварка встык нагретым инструментом применяется очень редко. Что касается пластиковых труб диаметром выше 110 мм, то это, как правило, трубы из полиэтилена. Поэтому в подавляющем большинстве случаев технология стыковой сварки используется для соединения полиэтиленовых труб.

И наоборот, полиэтиленовые трубы в большинстве случаев соединяются по технологии стыковой сварки. Можно сказать, что «сварка полиэтиленовых труб» и «стыковая сварка труб» – почти синонимы.

Единственное ограничение – сварка стыковых швов не рекомендуется на безнапорных трубопроводах канализации из полимерных труб, т.к. на внутренней поверхности трубопровода в результате сварки стыкового соединения образуется валик оплавленного материала (т.н. грат), который может стать местом скопления твердых частиц и причиной засорения безнапорного трубопровода. Если внутренний грат срезается, то стыковые сварные соединения могут использоваться даже для прокладки канализации. Проблема в том, что на готовом трубопроводе факт удаления внутреннего грата практически невозможно проверить. Вероятно, поэтому основное «узаконенное» применение технологии стыковой сварки – монтаж напорных трубопроводов:

Наружные водопроводы из полиэтиленовых труб

Нормативный документ – СНиП 3.05.04-85*. Материал труб:
- Полиэтилен (ПНД), способы сварки – стыковая или раструбная (п.3.58. СНиП);
- ПВХ, соединение методом склеивания в раструб (п.3.62. СНиП).

В части технологии стыковой сварки полиэтиленовых труб СНиП 3.05.04-85* ссылается на один из первых Российских нормативных документов, в которых эта технология описана – ОСТ 6-19-505-79.

Наружные газопроводы из полиэтиленовых труб

Нормативный документ – СП 62.13330.2011, который является обновленной версией СНиП 42-01-2002. Речь идет только о подземных газопроводах (п.4.11 СП). Материал труб – только ПЭ, способы сварки полиэтиленовых труб – «…встык нагретым инструментом или при помощи деталей с закладными электронагревателями» (п.4.13 СП).

Здесь нет ни собственного описания технологии стыковой сварки, ни ссылки на другой нормативный документ. Зато собственная технология стыковой сварки полиэтиленовых труб описана в Газпромовском СТО 2-2.1-411-2010.

Нефтепроводы из полиэтиленовых и полипропиленовых труб

Монтаж нефтепроводов из пластиковых труб подчиняется ВСН 003-88 Миннефтегазстроя. Материал труб – ПЭ или ПП, способы сварки – нагретым инструментом встык или в раструб (п.7.5.3.1. ВСН).

ВСН 003-88 содержит описание технологии стыковой сварки полиэтиленовых (ПНД) и полипропиленовых труб, сходное с самыми привычными в России технологиями DVS 2207-1 и DVS 2207-11 соответственно.

Технологические трубопроводы

Монтаж технологических трубопроводов из пластиковых труб подчиняется СНиП 3.05.05-84. Трубы из полимерных материалов здесь собирательно называются «пластиковыми». Методы сварки не определены. Однако методы контроля качества сварки пластиковых труб здесь определены, в том числе, для стыковых соединений (п.4.23. СНиП).

4 Нормативная база сварки встык

Как видно из п.3, до недавнего времени в России была значительная неразбериха с технологией стыковой сварки, поскольку несколько действующих нормативных документов давали собственную ее трактовку, и потому большинство сварщиков предпочитали доверять стройной немецкой технологии DVS. А требования к оборудованию стыковой сварки в России вообще не были определены никаким нормативом.

С начала 2013 г. в РФ начали действовать сразу два нормативных документа:

– на технологию стыковой сварки ПЭ труб при монтаже водопроводов и газопроводов, на основе перевода международного стандарта ISO 21307; – на оборудование для стыковой сварки, на основе перевода международного стандарта ISO 12176-1.

Принятие ГОСТа на оборудование было безусловно полезным. К сожалению, это не значит, что самое низкосортное импортное оборудование сразу отсеялось. Но, во всяком случае, немногочисленные Российские производители оборудования теперь вынуждены работать над качеством, а потребитель получил подсказку по оценке качества приобретаемого оборудования.

ГОСТ на технологию стыковой сварки навел относительный порядок. Во всяком случае, привел к единообразию технологии стыковой сварки ПЭ труб на территории РФ. Но проблемы остались.

ВАЖНО! ГОСТ Р 55276 наряду с традиционным режимом сварки при низком давлении (схожа с DVS 2207-1 и старыми Российскими нормативами) узаконил режим сварки полиэтиленовых труб при высоком давлении, которая раньше применялась только в США. Этот режим предъявляет повышенные требования к оборудованию, зато позволяет заметно сократить время сварочного цикла.

ВАЖНО! ГОСТ Р 55276 вряд ли годится для непосредственного использования на стройплощадке, поскольку ориентирован не на сварщика, а на разработчика технологической карты сварки полиэтиленовых труб.

ВАЖНО! ГОСТ Р 55276 не решил проблему ограничений, которыми страдали старые Российские нормативы и по сей день страдают все иностранные нормативы. Во-первых, допустимый диапазон температур воздуха от +5 до +45°С, в то время как огромная часть территории РФ вынуждена начинать сварку когда болота замерзнут. Во-вторых, максимальная толщина стенки труб 70 мм, в то время как толщина стенки фактически производимых труб давно перевалила за 90 мм. И в-третьих, материал труб – только традиционный полиэтилен низкого давления (ПНД) с показателем текучести расплава не ниже 0,2 г/10 мин (при 190/5), в то время как для производства труб большого диаметра давно используются нестекающие марки полиэтилена среднего давления с ПТР ниже 0,1 г/10 мин (при 190/5). Для условий, выходящих за проверенные рамки температуры воздуха и толщин стенок, некоторые производители рассчитали технологию сварки полиэтиленовых труб путем экстраполяции действующих нормативов, но эта теоретическая технология пока не проверена долгосрочными испытаниями. Для нестекающих марок полиэтилена технологии сварки труб нет даже в теории. В итоге в условиях, выходящих за ограничения проверенной технологии, в России выполняется около 80% всех сварок!

Методы и технология сварки пластика

Сварка пластика — один из самых надежных способов соединения материалов на полимерной основе. Применяя различные способы в домашних условиях, можно добиться надежного скрепления многослойных конструкций, сделать шов на трубчатых деталях. Правда, переходить к практической работе лучше после того, как будут освоены сварочный пистолет и другие инструменты, найден подходящий пруток для пластмасс.

Особенности

Сварка пластика — процесс, при котором края деталей из пластмассы соединяются путем нагрева или в результате химического воздействия. Для этих процессов тоже существуют свои регламенты, в частности ГОСТ Р ИСО 17659-2009. Сварка пластика предусматривает формирование соединений неразъемного типа за счет активации диффузионных процессов. Молекулы соединяемых материалов смешиваются, проникают друг в друга под воздействием химической реакции или нагрева. Граница между материалами становится нераздельной.

Наиболее эффективно сварочные процессы в пластмассах протекают в условиях, когда сам полимер находится в текучем или размягченном состоянии.

Именно на достижение такого результата и направлены все методы воздействия. Если диффузионная сварка невозможна, пластик растворяется и приводится в нужное состояние химическим путем либо для его связывания применяются присадочные материалы с нужными характеристиками.

У пластмасс способность к свариванию не является однородным понятием. Все их виды делятся на основные подгруппы согласно своим характеристикам.

Хорошо поддающиеся сварке. Сюда входят термопласты и полимеры, соединять которые можно плавлением или другими методами, позволяющими нагревать изделия до жидкого агрегатного состояния или сильно размягчать их.
Плохо свариваемые. Это термопласты, имеющие узкий температурный коридор плавления (менее 50 градусов) и небольшую вязкость расплава. Чаще всего такими свойствами обладают фторопласты и полуфабрикаты различных материалов с термопластичными свойствами. Для соединения таких пластиков приходится тщательно подбирать оптимальный способ сварки.
Не плавящиеся. Эта группа термопластов обладает характеристиками, не позволяющими приводить их в состояние вязкости и текучести. Соединение возможно только при помощи химических реагентов на границе раздела материалов. Процесс сваривания таких пластиков требует значительных затрат времени.
Не поддающиеся диффузионному воздействию. Сюда входят реактопласты и вулканизирующие полимеры. Для них используют методы сварки, при которых сочетается сразу несколько видов воздействия, в том числе с использованием давления или дополнительных агентов, образующих шов на границе материалов.

Именно исходя из особенностей пластика и его принадлежности к конкретной группе веществ определяется метод воздействия.

Способы сварки

В зависимости от того, к какой группе полимеров относятся скрепляемые материалы, их можно соединять разными способами. Существует множество технологий, позволяющих выполнить сварку пластиков в промышленных условиях или на дому. Стоит рассмотреть самые популярные из них более подробно.

Горячая

Метод сварки нагретым воздухом с направленным воздействием на материал. При помощи потока газообразной среды, генерируемого тепловой пушкой, происходит размягчение соединяемых полимеров. Посредством этого способа осуществляется изготовление пластиковых емкостей для воды и химикатов, водопроводной арматуры, теплообменников. Метод подходит для работы с тканями и пленками, поскольку не требует применения присадочных компонентов. Процесс сварки протекает быстро, может быть непрерывным.

Термосваривание

Комбинированный метод сварки, предусматривающий сочетание термического воздействия и давления на материал.

Способ довольно широко распространен, но предъявляет строгие требования к адгезионным свойствам пластиков.

Они должны совпадать по составу не менее чем на 80%. Для проверки на совместимость сверяется маркировка, проводятся специальные тесты.

Экструзионная

Способ, хорошо работающий при создании длинных сварных швов в материале толщиной более 6 мм, используется при соединении слоев линолеума и других плоских покрытий. Сварочный стержень помещается в корпус ручного экструдера, подается в место соединения с одновременным нагревом поверхности строительным феном или другим источником тепла. Все компоненты сплавляются, образуя неразрывный шов.

Высокочастотная

Метод, подходящий для сваривания некоторых полимеров: ацетатов, полиамидов, поливинилхлорида. При воздействии электромагнитных волн в ВЧ-диапазоне происходит локальный нагрев места соединения. Пластмасса размягчается, происходит смешивание слоев материала. Метод известен и используется более 70 лет. Также может встречаться определение «радиочастотная сварка».

Индукционная

Способ, разработанный специально для сварки пластмасс, обладающих низкими показателями электропроводности. Предусматривает создание соединения с использованием дополнительных компонентов — волокон углерода, металлических прокладок. Индукционная катушка в сварочном аппарате взаимодействует с ними, вызывая нагрев и сплавление деталей. Этот метод распространен в авиакосмической отрасли.

Ультразвуковая

Способ сварки, предусматривающий создание колебаний при помощи УЗ-волн на высоких частотах (15-40 кГц) и с низкой амплитудой.

В результате такого воздействия полимерный материал размягчается, происходит его оплавление и спаивание в месте соединения.

Метод хорош тем, что позволяет скреплять практически все существующие полимеры без ограничений.

Лазерная

Метод, при котором одновременно используются давление на область соединительного шва и спаивание при помощи лазерного луча. В результате воздействия происходит нагрев скрепляемых элементов, пластмассы размягчаются и прилипают друг к другу. Технология предусматривает использование лазерных полупроводниковых диодов с различной длиной волны и мощностью, подходящие параметры определяются свойствами конкретного материала.

Трением

Способ, при котором на пластик производится круговое или амплитудное механическое воздействие. Части свариваемых полимеров колеблются с низкой частотой и высокой амплитудой до тех пор, пока не произойдет их достаточный разогрев. По своему действию этот способ похож на ультразвуковой, с той лишь разницей, что источник термической реакции не требует применения волновых источников тепла. При оплавлении контактные зоны провоцируют деформацию слоев, их проникновение друг в друга. После остывания на границе формируется сварной шов.

Растворением

Способ сварки пластиков с применением химических реагентов. Полимерный материал в месте нанесения состава становится податливым для соединения. Все химические реакции протекают без использования специальных тепловых режимов, при комнатной температуре.

Благодаря растворению полимерные частицы равномерно перемешиваются на границе шва, а после отвердения образуют прочную связь, монолитное соединение.

Таким способом скрепляют полотна ПВХ при изготовлении натяжных потолков, пластиковые трубы при сантехнических работах в быту.

Что понадобится?

Для успешной самостоятельной сварки пластиков в домашних условиях необходимо заранее приобрести набор необходимых инструментов и расходных материалов. Самое простое устройство — сварочный аппарат, выпускаемый в модификациях для труб и объемных деталей, стыковки в раструб или внахлест. Оборудование должно иметь регулятор нагрева в диапазоне до 260 градусов по Цельсию.

Сварочный пистолет или строительный фен со специальной подающей пруток насадкой предусматривают работу с присадочными материалами. К ним необходимо дополнительно приобретать стержни из материала, образующего шов. Вариант со строительным феном удобнее и практичнее, поскольку позволяет занимать при работе только одну руку. При выборе прибора важно обратить внимание на мощность — оптимальный диапазон варьируется от 1,5 до 2 кВт.

На таких инструментах тоже имеется терморегулятор.

Экструдер — аппарат, при помощи которого в зону сварки подается расплавленная пластмасса. Такое оборудование не самое дешевое, зато оно надежно, формирует ровный шов. Инструмент может быть контактного типа или бесконтактный, с дополнительным валиком для разравнивания нагретой массы. Первый вариант более безопасный в работе. В качестве соединительного материала чаще всего выступает все тот же присадочный пруток.

Технология

В домашних условиях сварка пластмассовых изделий может производиться несколькими способами. Для листов полимерных материалов с соединением встык применяется нагрев при помощи специальных инструментов. Чаще всего это термопистолет или фен с насадкой, в который вставляются прутки. Таблица разогрева веществ с разной температурой плавления обычно прилагается в инструкции к устройству. Температуру регулируют исходя из типа соединяемых поверхностей. Также можно применять обычный паяльник, если стыковка выполняется внахлест.

Метод экструзии позволяет вести работу бесконтактно — с использованием прижимного ролика, а также контактно – с касанием материала непосредственно наконечником. Таким способом можно соединять различные пластиковые детали, запаивать пустоты между слоями плоских материалов.

Сварочный аппарат может оказывать прямое или косвенное термическое воздействие. Этот инструмент ориентирован на монтаж неразрывных трубопроводов без винтовых соединений, в том числе с разным торцевым сечением деталей.

После разогрева места стыковки до температуры плавления шов остужается.

Не менее популярна для использования в домашних условиях и горячая сварка пластиков. Она подразумевает подачу разогретой газообразной среды на поверхность материала. Чаще всего это делается с применением строительного фена или газовой горелки. В зависимости от условий работы в качестве теплоносителя выступает обычный воздух или азот, аргон. При подборе среды следует учесть характеристики сплавляемых деталей.

При горячей сварке пластиков отсутствуют ограничения по форме и размеру изделий. Можно создавать соединения любой длины. Кроме того, горячим воздухом можно ремонтировать изделия из полимеров с тонкими стенками, различные емкости. Производить воздействие можно напрямую или при помощи специальных присадок (прутков, планок) по диаметру обрабатываемой детали.

Обязательным условием успешного соединения материалов является предварительное обезжиривание места соединения. При наплавлении прутка он может крепиться в зазор или поверх материалов. Излишки впоследствии срезаются. Важно избегать деформации краев изделия, тщательно следить за соблюдением температуры нагрева.

О том, как паять пластик, смотрите далее.

Читайте также: