07 апреля 2021 года

Группа 103

Тема занятия :"Сварка полимерных материалов закладными нагревателями ручным способом"

30.01.2020

Сварка с закладными нагревателями полимерных материалов. Сварка пластмассовых трубопроводов муфтами с закладными нагревателями

Сегодня строительно-монтажные организации, которые занимаются прокладкой наружных трубопроводов, стали больше применять трубы из полимерных материалов. Неоспоримых преимуществ полимерных труб перед металлическими явно больше, и они хорошо известны. Это простота монтажа, большой срок эксплуатации, экологичность и т.д. Зная все эти положительные качества полимерной трубы и особенно то, что сварка производится намного проще и быстрее, монтажные организации зачастую забывают, что в технологии сварочного процесса предусмотрены определенные правила, которые необходимо обязательно соблюдать.

Так, например, при стыковой сварке труб требуется строго устанавливать и соблюдать сварочные параметры технологического процесса :

температуру нагревательного элемента в зависимости от свариваемого материала;
показатели давления и времени оплавления торцов труб;
продолжительность технологической паузы для удаления нагревателя из зоны сварки;
показатели давления и времени охлаждения сварочного шва.

При соблюдении этих параметров качество сварного шва будет близко к прочности основного материала трубы.

При сварке полиэтиленовых (ПЭ) трубопроводов с помощью фитингов с закладными нагревателями (электрофитингов), сварочный процесс осуществляется в автоматическом режиме без участия человека, при этом большое внимание должно уделяться подготовительным работам.

Только строгое выполнение сварщиком обязательного регламента подготовки перед сваркой обеспечит высокое качество сварки трубопровода.

О каком регламенте подготовительных работ идет речь? Что должен выполнять аттестованный сварщик во время подготовки перед электромуфтовой сваркой? Какой необходимо применять инструмент или дополнительное оборудование для того, чтобы сварное соединение было качественным?

Рассмотрим весь процесс сварки с использованием дополнительного оборудования поэтапно.

Подготовка и проверка работоспособности сварочного оборудования

Сварочный аппарат размещают на заранее спланированной и расчищенной площадке.

На месте, где будет проводиться сварка, устанавливают тент или палатку во избежание попадания в зону сварки пыли и атмосферных осадков. Электрические кабели сварочного аппарата разматывают и присоединяют к источнику питания. Проверяется защитное заземление и изоляция электрического кабеля.

Палатка для монтажа в полевых условиях

Механическая обработка торцов свариваемых поверхностей труб

Концы полиэтиленовых труб должны быть сухими, чистыми и иметь ровный перпендикулярный срез.

Отрезание трубы производится труборезами или ножницами в диапазоне диаметров от 20 до 160 мм.

Для труб диаметром до 225 мм или до 315 мм применяется гильотина .

Для труб диаметром от 160 до 355 мм применяется электрическая дисковая пила .

Для труб диаметром от 400 мм и более применяется цепная электрическая дисковая пила .

К данной подготовительной операции необходимо отнестись очень внимательно, т.к. сварка труб с чрезмерным скосом может привести к смещению и замыканию витков спирали и попаданию расплавленного материала между торцами труб. В таком случае есть вероятность того, что не будет создано сварочное давление, и это отразится на качестве сварочного шва.

Пример с косым срезом трубы

Пример с межвитковым замыканием

Еще одним фактором, влияющим на качество сварки, является точность сопряжения поверхностей полиэтиленовой трубы и электрофитинга. Поэтому после очистки и резки труб проводится их механическая обработка (зачистка). Цель этой зачистки – удаление наружного слоя с загрязнениями и оксидной пленки. Для этой работы применяются механические зачистные устройства, которые обеспечивают быстрое и равномерное снятие оксидного слоя с поверхности труб. Не снятие оксидного слоя оказывает отрицательное воздействие на качество сварного соединения и приводит к непровару.

При воздействии ультрафиолетового излучения (окружающей среды) на поверхности трубы быстро появляется окисленный слой. Поэтому зачистку трубы необходимо проводить непосредственно перед сварочным процессом.

Механическую зачистку труб с помощью зачистного устройства производят на длину, равную не менее 0,5 длины фитинга с закладным нагревателем. Толщина снимаемого слоя с полиэтиленовой трубы составляет 0,1–0,2 мм. Для труб диаметром до 63 мм применяется ручной скребок (цикля). Перед использованием механической зачистки необходимо промерить диаметр зачищаемой трубы, если труба не имеет плюсовых допусков по диаметру, тогда целесообразно применить циклю, которая позволяет снимать стружку толщиной до 0,1 мм. Если с поверхности полиэтиленовой трубы удален слишком толстый слой стружки, то это отрицательно отразится на качестве сварного шва.

Зачистное устройство	Диаметр обрабатываемых труб, мм
	63–225
	110–500
	450–1200

Согласно СП 42-103-2003:

«кольцевой зазор между трубой и соединительной деталью не должен, как правило, превышать 0,3 мм, и после сборки на трубе должны быть видны следы механической обработки поверхности».

Для седловых отводов зачищается место на трубе с припуском от 5 до 10 мм с каждой стороны седла.

Сами электрофитинги механической обработке не подвергаются из-за возможности повредить спираль.

Установка и закрепление свариваемых труб и деталей

Для защиты от случайного проскальзывания во время сварки и охлаждения трубы фиксируют в зажимах позиционера. Позиционер предотвращает провисание трубы, обеспечивает необходимую соосность свариваемых труб и электрофитинга в процессе сварки во избежание непровара. Позиционер также предотвращает воздействие изгибающих сил на концы труб, входящие в зону сварки электрофитинга. Закрепление труб в позиционере является обязательным условием сварочного процесса.

В зависимости от механизма фиксации труб позиционеры делятся на два вида :

ремешковые позиционеры;

позиционеры с функцией удаления овальности трубы.

Ремешковый позиционер предназначен для труб максимальным диаметром до 500 мм. Служит только для фиксации труб с любыми электрофитингами (муфта, отвод, тройник) во время сварочного процесса. Складывающая рама позиционера позволяет сваривать трубы с любым углом поворота отвода.

Дополнительные вкладыши в основные опоры решают задачу по одновременной сварке труб разного диаметра с муфтами-переходами, а также с неравнопроходными тройниками.

Позиционеры можно укомплектовать устройством для точной резки трубы в полевых условиях с помощью ручной ножовки.

Простейший и надежный ремешковый механизм фиксации труб в позиционере только облегчает подготовительную работу сварщика.

Ремешковый позиционер для седловых отводов

Предназначен для монтажа седловых отводов, патрубков-накладок к основной трубе.

Он позволяет во время сварки плотно прижать отвод к привариваемой трубе и не дает седелке сместиться из зоны сварки. Позиционер применяется для всех типов седелок с установкой на привариваемой трубе диаметром 63–500 мм:

Если при монтаже не применять данный позиционер, то есть вероятность, что седловой отвод не привариться.

Позиционер с функцией удаления овальности трубы

Данные позиционеры предназначены для работы с трубами, имеющими большую овальность. После закрепления в позиционере концы труб принимают правильную окружность и тем самым фиксируются от случайного движения во время сварочного процесса.

Позиционеры с функцией удаления овальности концов труб выпускают до 1200 мм.

Внешний вид позиционера	Диаметр фиксируемых труб, мм
	63–180
	110–250
	225–315
	315–500
	400-1200

Позиционеры необходимы, чтобы оси свариваемых труб и деталей были установлены параллельно и без перекосов. Во время сварки на концы свариваемых труб, находящиеся в электросварном фитинге, не должны передаваться внешние нагрузки.

Трубы должны находиться в позиционере до окончания сварочного процесса. Извлекать трубы из зажимов позиционера следует только после полного охлаждения сварного соединения (электрофитинга).

Скругляющие накладки

На правильную установку труб соосно друг к другу оказывает влияние овальность свариваемых труб. Из-за большой овальности труб невозможно правильно установить электрофитинг. Если при монтаже используется овальная труба, то между трубой и фитингом образуется зазор, который может негативно сказаться на качестве сварке (т.к. не будет создано сварочное давление). Овальность появляется вследствие длительного хранения труб или при поставке их в бухтах. Для удаления овальности ПЭ труб применяют скругляющие накладки.

Накладки бывают двух типов:

механические с ручным зажимом, применяются для ПЭ труб диаметром 63–400 мм;

с гидравлическим приводом, применяются для ПЭ труб диаметром 400–1200 мм.

Согласно СП 42-103-2003:

«Если свариваемые концы труб имеют овальность больше 1,5 % наружного диаметра трубы или ≥ 1,5 мм, то перед сборкой стыка для придания им округлой формы используют инвентарные калибрующие зажимы (скругляющие накладки), которые устанавливают на трубы на удалении 15–30 мм от меток».

Роликовые опоры

Предназначены для поддержания труб в горизонтальном положении и для их центровки с фитингом во время сварки.

Целесообразно и удобно применять роликовые опоры с возможностью регулировки высоты подъема трубы.

Обязательной процедурой в регламенте по подготовке труб перед электромуфтовой сваркой является обезжиривание наружных поверхностей свариваемых ПЭ труб. Обезжиривание поверхности трубы производится непосредственно перед установкой фитинга на трубу, при этом обезжиривающая жидкость перед началом сварки должна полностью испариться. Протирается только зачищенная зона полиэтиленовой трубы.

Для протирки необходимо применять не ворсистые салфетки, пропитанные техническим спиртом или специальные спиртосодержащие салфетки.

Недопустимо применять для обезжиривания полиэтиленовой трубы уайт-спирит и ацетон.

При монтаже нельзя допускать, чтобы в зону сварки попала грязь, пыль, вода.

Маркировка сварного соединения

Каждое сварочное соединение на полиэтиленовом трубопроводе должно быть промаркировано.

Первоначально маркировка наносится перед тем, как установить фитинг на трубу, маркером отмечается на какую глубину необходимо посадить фитинг на трубу. Разметку глубины лучше делать после зачистки и обезжиривания. Если сделать разметку заранее, то существует вероятность того, что при обезжиривании маркировка сотрется. Следующую – окончательную – маркировку необходимо уже делать после сварки. В зоне соединения проставляется номер соединения (стыка) и код оператора, выполнившего данную сварку.

Карандаш-маркер

Маркировку производят карандашом-маркером яркого цвета.

Сварка

Заранее подготовленный сварочный аппарат подсоединяют к электрической сети или электрогенератору с необходимым напряжением и мощностью. К контактам фитинга с закладным нагревателем присоединяют сварочный кабель.

Сварочные аппараты имеют функцию внесения дополнительных данных в протокол сварки, а именно:

название организации, которая производит монтаж трубопровода;
адрес, где проводится сварка;
фамилию, имя или код сварщика-оператора и т. д.

С помощью сканера, который входит в комплект аппарата, считывается основной штриховой код. После считывания штрих-кода на дисплее аппарата видны основные данные по фитингу и сварочному процессу.

Сварочные аппараты имеют также функцию аварийного ручного ввода информации.

Так, например, при отсутствии штрих-кода или при его повреждении, возможно, ввести в сварочный аппарат основные параметры сварки (время и напряжение) вручную.

Информация о процессе сварки (протокол) регистрируется и хранится в памяти сварочного аппарата.

После окончания сварки и охлаждения полученное сварочное соединение освобождается из позиционера с последующей маркировкой стыка, о которой говорилось ранее.

Нагрузку рабочим давлением или опрессовку трубопровода можно производить через 10-30 минут после охлаждения.

Соблюдение данного регламента по подготовке и сварке ПЭ труб гарантирует, что сваренный трубопровод будет служить надежно и долго, и не приведет к серьезным авариям, которые дискредитируют полимерные трубы.

–––¤¤¤¤–––

! Посетите бесплатные мастер-классы по монтажу трубопроводов из различных материалов (еженедельно по средам)

Сварку труб соединительными деталями с закладными нагревателями проводят:

при прокладке новых газопроводов преимущественно из длин-номерных труб (плетей) или в стесненных условиях;
при реконструкции изношенных газопроводов методом про-тяжки в них полиэтиленовых труб (в том числе профилированных);
при соединении труб и соединительных деталей с разной тол-щиной стенки, или при толщине стенки менее 5 мм, или изготовлен-ных из разных марок полиэтилена;
для врезки ответвлений в ранее построенные газопроводы;
при строительстве особо ответственных участков газопровода (стесненные условия, пересечение дорог и пр.).

Для сварки труб с помощью соединительных деталей с заклад-ными нагревателями применяют сварочные аппараты, работающие от сети переменного тока напряжением 230 В (190-270 В), от аккуму-ляторных батарей или от передвижных источников питания (мини-электростанций).

Технологический процесс соединения труб с помощью соедини-тельных деталей с закладными нагревателями включает:

подготовку концов труб (очистка от загрязнений, механическая обработка — циклевка свариваемых поверхностей, разметка и обез-жиривание);
сварку стыка (установка и закрепление концов свариваемых труб в зажимах позиционера (центрирующего приспособления) с од-новременной посадкой детали с ЗН, подключение детали с ЗН к сва-рочному аппарату);
сварку (задание программы процесса сварки, нагрев, охлажде-ние соединения).

Для исключения неправильного распределения тепла внутри соединения, приводящего к сильному расплавлению полиэтилена, не рекомендуется превышать величину косого среза торца трубы а, указанную в таблице ниже. Очистку концов труб от загрязне-ний производят так же, как при выполнении сварки встык. Концы труб, защищенных полипропиленовой оболочкой, освобождаются от нее с помощью специального ножа. Длина очищаемых концов труб должна быть, как правило, не менее 1,5 длины раструбной час-ти применяемых для сварки деталей.

Механическую обработку поверхности концов свариваемых труб производят на длину, равную не менее 0,5 длины используемой де-тали. Она заключается в снятии слоя толщиной 0,1—0,2 мм с поверх-ности размеченного конца трубы. Для труб диаметром до 75 мм, а также для удаления заусенцев с торца трубы, как правило, приме-няется ручной скребок (цикля). Для труб диаметром более 75 мм, а также для труб, изготовленных из ПЭ100, независимо от диаметра рекомендуется использовать механический инструмент (торцовоч-ную оправку), которая обеспечивает быстрое и равномерное сняти оксидного слоя с поверхности труб. Кольцевой зазор между трубой и соединительной деталью не должен, как правило, превышать 0,3 мм, и после сборки на трубе должны быть видны следы механи-ческой обработки поверхности.

Схема соединения труб муфтой с закладным нагревателем

а - подготовка соединяемых элементов; б,в,г-этапы сборки стыка; д-собранный под сварку стык; 1-труба; 2-метка посадки муфты и механической обработки поверхности трубы; 3-муфта; 4-закладной нагреватель; 5-клеммы токопровода; 6-позиционер; 7-токопроводящие кабели сварочные аппарата

Величина косого среза торца трубы

а — максимальный допуск косого среза трубы; е — максимальный зазор между двумя концами труб в муфте

Для правильной центровки соединения после механической об-работки на концы свариваемых труб наносят метки глубины посадки муфты (соединительной детали), равные половине ее длины. Не рекомендуется превышать величину зазора между торцами труб в муфте е (см. рис. выше), указанной в таблице ниже.

Свариваемые поверхности труб после циклевки и муфты обез-жиривают путем протирки салфеткой из хлопчатобумажной ткани, смоченной в спирте или других специальных обезжиривающих со-ставах, которые полностью испаряются с поверхности.

Детали с закладными нагревателями, поставляемые изготовителем в индивидуальной герметичной упаковке, вскрываемой непосред-ственно перед сборкой, обезжириванию допускается не подвергать.

Механическую обработку и протирку труб и деталей производят непосредственно перед сборкой и сваркой. Детали с закладными на-гревателями механической обработке не подвергаются.

Сборка стыка заключается в посадке муфты на концы сварива-емых труб с установкой по ранее нанесенным меткам, по ограничите-лю или по упору в позиционере. Рекомендуется для сборки стыков труб, поставляемых в отрезках, использовать центрирующие хомуты и позиционеры, а для сборки стыков труб, поставляемых в бухтах или катушках, использовать выпрямляющие позиционеры.

Процесс сборки включает:

надевание муфты на конец первой трубы до совмещения тор-цов муфты и трубы, закрепление конца трубы в зажиме позиционера;
установку в упор в торец первой трубы и закрепление конца второй трубы в зажиме позиционера;
надвижение муфты на конец второй трубы на 0,5 длины муфты до упора в зажим позиционера или до метки, нанесен-ной на трубу;

Подключение к клеммам муфты токоподводящих кабелей от сварочного аппарата.

В случае если муфты имеют внутренний ограничитель (кольце-вой уступ), то сборка труб производится до упора торцов труб в коль-цевой уступ и собранное соединение закрепляется в позиционере.

Если свариваемые трубы имеют овальность более 1,5% наружно-го диаметра трубы или >1,5 мм, то перед сборкой стыка для прида-ния им округлой формы используют инвентарные калибрующие зажимы, которые устанавливают на трубы на удалении 15—30 мм от меток, или устраняют овальность при помощи специальных приспо-соблений.

Во избежание повреждения закладных нагревателей (проволоч-ных электроспиралей) надевание детали с ЗН на конец трубы или введение конца трубы в муфту производят без перекосов. Концы труб, входящие в соединительные детали, не должны находиться под действием изгибающих напряжений и усилий от собственного веса. Муфты после монтажа должны свободно вращаться на концах труб от нормального усилия руки.

Трубы сваривают при обеспечении неподвижности соединения в процессе нагрева и последующего естественного охлаждения. Параметры режимов сварки устанавливают в зависимости от вида и сортамента используемых соединительных деталей с ЗН и свароч-ных аппаратов в соответствии с указаниями заводов-изготовителей в паспортах изделий. При включении аппарата процесс сварки про-исходит в автоматическом режиме.

Соединение полиэтиленовой трубы и отводов с закладными нагревателями

а — седловой отвод с закладным нагревателем; б — отвод с разрезной муфтой с закладным нагревателем;1 — труба; 2 — метка посадки отводов и механической обработки поверхности трубы; 3 — отвод; 4 — закладной нагреватель; 5 — полухомут; 6 — винт крепления; F — усилие прижатия отвода при сборке и сварке

Приварку к трубам седловых отводов производят в следующей последовательности:

размечают место приварки отвода на трубе;
поверхность трубы в месте приварки отвода зачищают с помо-щью цикли;
привариваемую поверхность отвода обезжиривают, а если он поставляется изготовителем в герметичной индивидуальной упаков-ке, вскрываемой непосредственно перед сборкой, то допускается не подвергать его обезжириванию;
отвод устанавливают на трубу и механически прикрепляют с помощью специальных зажимов, хомутов и т.п.;
если труба в зоне приварки отвода имеет повышенную оваль-ность (более 1,5% наружного диаметра трубы), то перед установкой отвода трубе придают правильную геометрическую форму с помо-щью калибрующих зажимов, укрепляемых на трубе на расстоянии 15-30 мм от меток (зажимы снимают только после сварки и охлаж-дения соединения);
подключают к контактным клеммам токоподвода сварочные кабели;
производят сварку;
после окончания сварки и охлаждения перед фрезерованием трубы производят визуальный контроль качества сварного соедине-ния. Рекомендуется для проверки качества сварки через патрубок приваренного отвода подать избыточное давление воздуха внутрь седлового отвода с одновременным обмыливанием места примыка-ния основания отвода к газопроводу;
производят фрезерование стенки трубы для соединения внут-ренних полостей отвода и трубы после полного охлаждения соеди-нения

Сварка трубопроводов муфтами с закладным нагревателями (ЗН) является одной из широко применяемых технологий соединения полимерных труб, которая заключается в расплавлении полимера на соединяемых поверхностях детали (муфты, отвода, перехода и т.д.) и труб за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока по заложенному в деталь электрическому нагревателю (спирали) из металлической проволоки, и последующем естественном охлаждении сварного соединения. Особенно успешно свариваются этим методом полиэтиленовые трубопроводы.

Сварка деталями с ЗН используется во всей области применения полиэтиленовых трубопроводов для:

соединения полиэтиленовых труб, плетей, сваренных стыковой сваркой, при строительстве новых трубопроводов (газопроводов, водопроводов и др.);
соединения полиэтиленовых труб с отводами, тройниками, заглушками и т.п.; - ремонта трубопроводов.

Сваркой деталями с ЗН можно соединять трубы диаметром от 20 до 800 мм независимо от толщины стенки, трубы из полиэтилена разных, но близких по характеристикам марок (например, из ПЭ80 и ПЭ63, ПЭ80 и ПЭ100). Для прочного соединения необходимо, чтобы показатели текучести расплава у этих марок полиэтилена были одинаковы или близки по значению.

Основные достоинства сварки с ЗН:

это единственный способ, используемый для ремонта полиэтиленовых трубопроводов и врезки новых отводов (в т.ч. под давлением);
автоматизация процесса сводит к минимуму влияние на качество соединения уровня подготовки и квалификации рабочего персонала;
площадь контакта свариваемых элементов больше, чем при стыковой, что значительно повышает надежность соединения;
отсутствует ограничение на толщину стенки;
требует источник энергии значительно меньшей мощности, чем сварка встык;
меньший вес и габариты сварочного аппарата по сравнению с аппаратом для стыковой сварки упрощают и ускоряют сварку в траншее или котловане;
цена сварочного аппарата гораздо ниже цены аппарата для стыковой сварки.

На рис.4.17 показана конструкция муфты с ЗН марки FRIALEN. Провода от источника энергии присоединяются к контактам на детали, а специальный индикатор в теле муфты информирует о достаточности нагрева.

Рис.4.17. Муфта с закладным нагревателем

Чтобы расплав не вытекал во время сварки в зазоры между трубой и деталью (муфтой) из-за увеличения объема полимера при нагревании, витки ЗН располагают не по всей поверхности фитинга (горячие зоны), оставляя свободными от нагревателя центральную и концевые части фитинга (холодные зоны). Во время сварки при движении расплава полимера из «горячих зон» к «холодным зонам» он остывает и твердеет, запирая таким образом остальную часть расплава, заполняющего все пространство между свариваемыми поверхностями. Детали с ЗН в зависимости от способа производства могут быть как с открытой внутри спиралью, так и со спиралью, покрытой тонким слоем полимера.

Преимуществом открытой спирали является быстрый разогрев и, соответственно, быстрое перекрытие внутреннего зазора расплавом. Для сварки длинномерных труб рекомендуют применять удлиненные детали с ЗН. В их более длинных «холодных зонах» происходит выравнивание осевой кривизны труб.

Основными технологическими параметрами сварки с ЗН являются:

напряжение, подаваемое на ЗН (как правило, от 6 до 42 В);
время сварки, в течение которого происходит разогрев ЗН и расплавление полиэтилена;
время охлаждения соединения, в течение которого происходит застывание расплава и образование сварного соединения.

В паспорте детали или на штрихкоде время охлаждения должно подразделяться на время до перемещения (до 70°С) и до нагружения газопровода давлением.