АДРТехнология
      оборудование для сварки пластмасс          
и монтажа коммуникаций
Телефон +7-495-925-6150 Звоните: +7 495 150-0822
Телефон +7-495-925-6150 Звоните: +7 901 782-06-53
Адрес АДР-Технология Москва, ЮАО, м.Каширская,
ул. Котляковская, 7/8
Оборудование лучших производителей
для каждой технологии
Поддержка



Инструкция по технологии стыковой сварки полиэтиленовых труб

Авторство и авторские права на статью принадлежат компании «АДР-Технология»
При использовании материалов – обязательна активная ссылка на www.adr-t.ru

8 Параметры сварочного процесса

Казалось бы, с вводом в действие ГОСТ Р 55276 анархия кончилась. Или скоро кончится. Законными на территории РФ останутся только режимы стыковой сварки полиэтиленовых труб, описанные в ГОСТ.

Однако в Европе в извечной конкуренции между нормами DVS (Германской ассоциации сварщиков) и стандартами ISO чаще побеждают нормы DVS. Возможно, потому, что нормы DVS более пригодны для непосредственного использования. В частности, подготовка труб к сварочному процессу здесь нормирована в цифрах - и допустимое несовпадение стенок труб, и допустимый зазор между торцами. Температура нагретого инструмента (сварочного зеркала) здесь также описана подробно - в зависимости от материала трубы и толщины стенки. А не в виде широкого допустимого диапазона без пояснений.

В нашей стране нормам DVS тоже пока больше доверяют. Режимы стыковой сварки труб из ПЭ и ПП, регламентированные нормами DVS, соответствуют нашим нормативам, успешно применявшимся в течение десятилетий - ОСТ 6-19-505-79 и ВСН 003-88 и др.

В итоге европейские производители стыковых сварочных машин по умолчанию поставляют их со сварочными таблицами согласно нормам DVS, а российского потребителя это полностью устраивает.

Тем не менее, следует учитывать, что режимы стыковой сварки согласно ISO 21307 в Европе или согласно ГОСТ Р 55276 в России обладают не меньшей легитимностью, чем нормы DVS. И приводят в итоге к более-менее тому же результату, во всяком случае с точки зрения прочности и надежности сварного соединения. Осталось только понять, есть ли смысл отдавать им предпочтение и в каких случаях.

ГОСТ (и его прототип ISO) описывает 3 режима стыковой сварки – при единственном низком давлении, при двойном низком давлении, при единственном высоком давлении. Речь идет о давлении, создаваемом в материале свариваемых изделий на стадии формирования сварного шва и остывания. ГОСТ не дает разъяснения, в каких условиях какой из режимов предпочтителен. Некую ясность дает только пристальное изучение их особенностей.

8.1 Краткое сравнение режимов стыковой сварки

8.1.1 Первый режим – Сварка при единственном низком давлении

Этот режим стыковой сварки ПЭ труб можно назвать классическим, поскольку он очень близок к DVS 2207-1, ко всем другим национальным технологиям европейских стран, а также к режимам, когда-либо описанным в Российских нормативах. Возможно, поэтому его описание более, чем у других режимов сварки полиэтиленовых труб, пригодно для непосредственного использования сварщиком.

Существенные отличия от двух других режимов сварки, описанных в ГОСТ:

  • По сравнению с третьим режимом стыковой сварки, первый режим может выполняться на более дешевом оборудовании. Поскольку регламентированное сварочное давление – всего 1,7 кгс/см2 (в DVS 2207-1 похоже: 1,5 кгс/см2) . Существенно ниже просто нельзя, иначе обеспечить прочность сварки уже будет нельзя ни удлинением времени, ни увеличением температуры нагревателя. Самое низкое сварочное давление обозначает, что нет необходимости в безумно прочном центраторе и чрезмерно мощном гидравлическом агрегате. Расплата за это – несколько большей продолжительностью цикла сварки стыкового соединения.
  • По сравнению со вторым режимом стыковой сварки, первый режим требует длительного поддержания давления на фазе остывания. Это позволяет снизить температуру нагретого инструмента, уменьшить время нагрева, а главное – сократить общую продолжительность цикла сварки стыкового шва.

8.1.2 Второй режим – Сварка при двойном низком давлении

Этот режим стыковой сварки полиэтиленовых труб разработан для сварочных аппаратов, которые не только не могут обеспечить сварочное давление выше 1,5 кгс/см2, но даже такое давление могут поддерживать только в течение короткого времени.

Существенные отличия от двух других сварочных режимов, описанных в ГОСТ:

  • По сравнению с третьим режимом стыковой сварки, второй режим не требует дорогостоящего оборудования, способного создавать высокое сварочное давление.
  • По сравнению с первым режимом стыковой сварки, второй режим не требует длительного поддержания сварочного давления – всего лишь 10 сек в начале остывания. Для того чтобы такое непродолжительное сжатие обеспечивало удовлетворительную прочность шва, пришлось увеличить температуру нагретого инструмента и время нагрева.

По нашему мнению, второй режим стыковой сварки практической ценности не имеет по двум причинам: (1) за долгую практику продаж сварочного оборудования и изучения оборудования конкурентов нам не приходилось встречать аппаратов, не способных поддерживать давление в течение длительного времени, а главное (2) второй режим стыковой сварки и в ГОСТе, и в первоисточнике ISO 21307 описан противоречиво и вряд ли пригоден для практического применения. Поэтому далее рассматривать его не будем.

8.1.3 Третий режим – Сварка при единственном высоком давлении

Этот режим стыковой сварки полиэтиленовых труб сводит продолжительность сварки стыковых соединений к минимуму, не обращая внимания на повышенные требования к оборудованию. А производители оборудования – извольте соответствовать.

Существенные отличия от обоих других режимов стыковой сварки, описанных в ГОСТ:

  • Третий режим сокращает чистое время сварочного процесса в 2.0-2.5 раза (см.п.8.3). И это безусловный плюс.
  • Третий режим требует сварочное давление 4,2÷6,2 кгс/см2. Это в 3 раза выше, чем у первого режима. И в 3.5 раза выше, чем у DVS 2207-1. Это обстоятельство имеет две стороны медали. С одной стороны, для сварки большой трубы (близко к верхнему пределу рабочего диапазона сварочной машины) потребуется в разы более крепкий центратор и более мощный гидравлический агрегат. Другими словами, более дорогая машина. Но с другой стороны, при сварке маленькой трубы (близко к нижнему пределу рабочего диапазона сварочной машины или немножко ниже диапазона) третий режим оказывается настоящим спасением!

8.2 Сравнение параметров сварки ПЭ труб при низком и высоком давлении

8.2.1 Температура нагревателя

Температура T нагретого инструмента имеет значение для двух фаз сварочного процесса – фаза 1 (оплавление) и фаза 2 (нагрев). Далее нагретый инструмент убирается из зоны сварки и больше в процессе не участвует.
Главное и единственное назначение нагретого инструмента – нагреть торцы труб.
График распределения температуры по оси трубы непрерывно изменяется в течение всего сварочного процесса. Нас сейчас интересует, какой будет температура свариваемых торцов в момент их касания после удаления нагретого инструмента (технологическая пауза).

Как известно, термопласты при нагреве переходят вначале в пластическое состояние, а затем в вязко-текучее. Граница между этими агрегатными состояниями размыта. Мы условно обозначим пластичный термопласт красным, а вязко-текучий – синим (рис.25).

Температура перехода в вязко-текучее состояние TВТ у каждого термопласта своя. Кроме того, скорость течения материала в дальнейшем зависит от сварочного давления. Другими словами, от сварочного давления зависит температура сварки термопласта. Для полиэтилена трубных марок с расчетом на сварочное давление 1,5-1,7 кгс/см2 температуру вязкой текучести TВТ можно считать примерно равной 190-195ºC. А если ориентироваться на сварочное давление 4,2-6,2 кгс/см2, то для того же полиэтилена TВТ должна быть около 180-185ºC.

Следует также учитывать, что характеристики одной и той же трубной марки полиэтилена могут несколько отличаться в различных производственных партиях – это из-за погрешностей в производстве сырья.

Во время технологической паузы поверхность торцов успевает немного остыть (рис.25). Для того чтобы торцы труб слиплись под действием сварочного давления, температура поверхности торцов должна гарантированно оставаться выше TВТ, даже с учетом этого остывания.

Изменение температуры торцов при перестановке
Рис. 25  Изменение температуры торцов при перестановке

Таким образом, ограничивающие условия выбора температуры T нагретого инструмента для каждого определенного термопласта и с учетом определенного сварочного давления становятся понятны:

  • С одной стороны, температура нагревателя должна быть как можно ниже, чтобы не вызывать излишней термодеструкции материала труб.
  • С другой стороны, нагретый инструмент должен быть достаточно горячим, чтобы даже после технологической паузы материал торцов был достаточно текучим под воздействием сварочного давления. Т.е. температура T нагретого инструмента должна быть не ниже, чем TВТ плюс запас ΔT1 на остывание во время перестановки и плюс запас ΔT2 на возможные погрешности – в производстве сырья и в работе самого нагревателя.

Если учитывать только эти три параметра, то температура нагретого инструмента для сварки труб с любой толщиной стенки должна быть одинаковой и зависит только от дальнейшего сварочного давления. Но тут примешивается еще одно досадное обстоятельство – одновременно с получением тепла от нагревателя и в дальнейшем одновременно с остыванием торцов во время технологической паузы часть тепла рассеивается в воздух через стенки труб. Если рассмотреть стенку трубы в разрезе (рис.26), то становится понятным, что доля потерянного тепла тем больше, чем тоньше стенка трубы.

Сравнительная эффективность процесса нагрева труб с различной толщиной стенки
Рис. 26 Сравнение рассеивания тепла через стенку у труб с различной толщиной стенки

Получается, что к температуре нагретого инструмента нужно добавить еще один «кусочек» ΔT3 – для компенсации рассеивания тепла через стенки труб. И этот «кусочек» ΔT3 тем больше, чем меньше толщина стенки трубы. Тогда получается, что оптимальная температура T нагретого инструмента зависит от толщины стенки трубы. Согласно DVS 2207-1, для полиэтилена высокой плотности ПВП эта оптимальная температура соответствует графику на рис.27.

Зависимость температуры сварочного зеркала от толщины стенки труб из ПВП (ПНД)
Рис. 27  Зависимость температуры сварочного зеркала от толщины стенки труб из ПВП (ПНД)

В ГОСТ Р 55276 такая подробная зависимость температуры нагревателя от толщины стенки не приводится. Для первого режима сварки полиэтиленовых труб (низкое давление сварки) предписана температура нагревателя 200÷245°C, для третьего режима (высокое давление сварки) – 200÷230°C. Однако мы теперь понимаем, что нижнее значение допустимого диапазона предназначено для больших толщин и высоких температур воздуха, в то время как верхнее значение диапазона – для малых толщин и низких температур воздуха.

8.2.2 Время нагрева торцов

Время t2 нагрева торцов (т.е. продолжительность фазы 2) определяется глубиной прогрева, которую мы хотим достичь. Здесь 2 ограничения:

  • Если глубина прогрева будет слишком малой, то накопленного в трубе тепла не хватит даже на технологическую паузу. Без подпитки теплом от внутренних слоев остывание поверхности торца ΔT1 будет слишком большим (рис.28 а), а итоговая температура к моменту создания сварочного давления – слишком низкой.
  • Если глубина прогрева будет слишком большой, то длинный кусок трубы потеряет структурную жесткость и в дальнейшем просто сомнется, когда мы с усилием сожмем трубы для осадки и остывания (рис.28 б).
Глубина нагрева торцов труб
Рис. 28  Глубина нагрева торцов труб

В итоге оптимальная глубина прогрева для каждой трубы примерно равна толщине стенки (рис.28 в) – тогда и распределение температуры достаточно плавное, и труба не сомнется при осадке.

Теперь, зная оптимальную глубину прогрева, температуру нагретого инструмента и теплотехнические характеристики полиэтилена, легко посчитать оптимальное время прогрева для труб с любой толщиной стенки EN. ГОСТ определяет это время в секундах формулой (11±1)EN для обеих процедур – и для низкого сварочного давления, и для высокого.

DVS 2207-1 приводит время нагрева в виде таблицы, которая интерполируется близкой функцией: 10EN.

8.2.3 Максимально допустимое время технологической паузы

Допустимая продолжительность t3 технологической паузы ограничивается двумя основными процессами, происходящими с нагретым полимером на воздухе – остывание и окисление. Если не уложиться в регламентированное время, то торцы труб либо не слипнутся при сварочном давлении, либо тонкий слой материала в зоне шва будет окисленным, непрочным.

У горячего полиэтилена окисление сравнительно небольшое, ограничение времени технологической паузы определяется в основном процессом остывания – в отличие, например, от ПВХ, у которого основные разрушения приносит окисление. Таким образом, для полиэтилена максимально допустимое время технологической паузы определяется скоростью остывания (зависит от толщины стенки) и минимально допустимой итоговой температурой (зависит от дальнейшего сварочного давления).

Для первого режима стыковой сварки полиэтилена (низкое давление сварки) ГОСТ определяет максимальную продолжительность технологической паузы в секундах формулой 0,1EN+4, для третьего режима (высокое давление сварки) – 0,1EN+8.

DVS 2207-1 приводит максимальную продолжительность технологической паузы в виде таблицы, которую можно интерполировать похожей функцией с сохранением того же принципа: чем больше толщина стенки, тем больше допустимое время перестановки.

8.2.4 Величина сварочного давления

После нагрева и технологической паузы распределение температуры по оси трубы соответствует графику на рис.25. Где горячее, там материал больше подвергся термодеструкции. И после остывания будет менее прочным.

Как же не потерять прочность трубы при менее прочном материале? Выход один – увеличить толщину стенки трубы в этом месте.

heat_distribution1.jpg

Если мысленно разбить трубу на участки очень малой длины (рис.29), то станет понятным, что каждый участок был нагрет до вполне определенной температуры, соответственно, претерпел вполне определенное ухудшение прочностных свойств в результате этого нагрева, и требует вполне определенного относительного увеличения толщины стенки для компенсации этого ухудшения.

Чтобы достичь такого неравномерного увеличения толщины стенки, свариваемые трубы необходимо с усилием прижать друг к другу, пока нагретые слои не остыли. Тогда каждый участок трубы «расплющится» и увеличит толщину стенки тем больше, чем больше он был нагрет и чем большую термодеструкцию претерпел. Всё понятно, логично и целесообразно.

С каким же усилием необходимо прижать трубы друг к другу, чтобы увеличение толщины стенки в каждом сечении компенсировало ухудшение прочностных свойств материала в этом сечении?

Понятно, что величина относительного расширения зависит от сварочного давления. Т.е. при одинаковом нагреве режим стыковой сварки при высоком давлении даст большее увеличение толщины стенки, чем режим сварки при низком давлении. Однако следует помнить, что во время дальнейшего остывания полиэтилен сохраняет эластичность, которая снижается со снижением температуры. И после снятия сварочного давления достигнутое нами утолщение стенки несколько отыграет назад. Чем раньше снимем давление, тем сильнее отыграет. Подробнее об этом – в п.8.2.6.

Рис. 29  Распределение  нагрева

Малое сварочное давление (1,5-1,7 кгс/см2) рассчитано на то, что такое давление будет действовать, пока температура полиэтилена не снизится до 40-45°C.

А увеличение толщины стенки при сварочным давлении 4,2-6,2 кгс/см2 будет гораздо больше. Тогда остывание под давлением можно закончить гораздо раньше, остаточного увеличения толщины стенки все равно будет достаточно.

8.2.5 Время осадки

По истечении технологической паузы сварочное давление достигается не мгновенно, а занимает некоторое время, называемое фазой осадки, или фазой подъема давления. Хотя бы потому, что ни один привод не способен выполнить такую работу мгновенно. Но есть и другая причина.

Снова рассмотрим график распределение температуры в момент касания труб после технологической паузы (рис.25). Как видим, тонкий слой материала находится в вязко-текучем состоянии, т.е. имеет температуру выше TВТ. Это необходимое условие, мы к этому специально стремились, иначе торцы труб не слипнутся при контакте.

Если мы теперь резко создадим сварочное давление, в этом тонком слое будет особенно сильное течение выдавливаемого материала. Это течение материала бессмысленно увеличит наружный и внутренний грат, что, в частности, снизит проходимость трубопровода в месте стыкового сварного шва (рис.30).

Увеличение грата
Рис. 30  Увеличение грата

Но главная проблема – в другом. Направленное течение термопласта в тонком зазоре приведет к последующей направленной кристализации полиэтилена, что снизит прочность трубопровода на разрыв вдоль оси трубы.

Короче говоря, нельзя допустить выраженного течения материала в тонком зазоре. А это значит, что полное сварочное давление можно применять только когда немного остынет наш самый горячий тонкий слой материала. А именно, когда он успеет отдать часть тепла соседним слоям материала (рис.31).

Изменение распределения температуры
Рис. 31  Изменение распределения температуры

На это перераспределение тепла уходят считанные секунды. Очевидно, что чем больше толщина стенки трубы и, соответственно, чем больше глубина прогрева торцов и чем толще слой вязко-текучего материала, тем это перераспределение тепла занимает больше времени. Для первого режима сварки полиэтиленовых труб (низкое давление сварки) ГОСТ Р 55276 определяет его в секундах формулой 0,4EN+2.

Однако есть противоположная опасность. Если сварочное напряжение создать с большой задержкой, его величина может оказаться недостаточной для утолщения остывшей стенки. И эта опасность страшнее возможного увеличения грата и направленной кристаллизации. Поэтому ГОСТ называет указанное время осадки «максимальным».

8.2.6 Время остывания

Когда мы сжимаем трубы на фазе 4 (осадка) силой F5 и поддерживаем созданное сварочное давление в течение фазы 5 (остывание), характер деформации материала в зоне нагрева – одновременно пластический (необратимый) и эластический (обратимый). Под воздействием сварочного давления стенка трубы утолщается, продолжая упруго сопротивляться силе F5.

Если в какой-то момент мы уберем сжимающую силу F5, наша деформация заметно вернется назад (рис.32).

Прерывание усилия осадки
Рис. 32 Прерывание усилия осадки

Чем позже мы уберем усилие прижима, тем меньше вернется назад наша деформация. Объясняется это просто. По мере остывания термопласта силы Ван-дер-Ваальса, действующие между звеньями соседних макромолекул, начинают преобладать на силами теплового колебания звеньев. Можно упрощенно сказать, что материал твердеет в том положении, в котором его насильно удерживают.

До какой же температуры необходимо остудить материал, чтобы можно было убрать сжимающую силу F5 и не бояться, что деформация вернется назад слишком сильно? Все зависит от того, насколько большая деформация была создана вначале, т.е. какое сварочное давление ее вызвало. Если увеличение толщины стенок изначально было создано низким сварочным давлением (1,5-1,7 кгс/см2), то запаса практически нет, остужать придется до температуры 40-45°C. Для первого режима сварки полиэтиленовых труб (низкое давление сварки) ГОСТ определяет минимально допустимое время остывания в минутах формулой EN+3.

А если изначально увеличение толщины стенок было вызвано высоким сварочным давлением (4,2-6,2 кгс/см2), то, согласно ГОСТ, остывание под давлением можно закончить через (0,43EN) минут, остаточное утолщение стенки все равно будет достаточным для компенсации термодеструкции, возможного несовпадения стенок труб и возможных ошибок оператора. Вот откуда берется экономия времени у третьего сварочного режима.

Далее общее правило для любых сварочных режимов: ни в коем случае нельзя пытаться ускорить процесс остывания, поливая зону сварного соединения водой, или другими методами. Это приведет к созданию внутренних напряжений в материале и, в результате, к общему ослаблению сварного соединения. Чтобы наглядно проиллюстрировать, как это работает, возьмем горячую полиэтиленовую пластину и мысленно разобьем ее на 2 слоя – верхний и нижний (рис.33). Если мы теперь сверху польем пластину водой, верхний слой быстро остынет. Поскольку полимеры имеют высокий коэффициент температурного расширения, верхний слой при остывании уменьшится в размерах. Нижний слой пока горячий и мягкий, он мало препятствует сокращению размеров наружного слоя; вместо этого он сам без особого сопротивления уменьшает свою длину и увеличивает толщину. Поэтому пластина выгнется вниз совсем незначительно.

Теперь начинает остывать нижний слой. При остывании он также стремится уменьшить все свои размеры. Однако остывший твердый верхний слой упруго сопротивляется уменьшению длины. В результате пластина очень заметно выгнется вверх.

Охлаждение водой

Рис. 33 Охлаждение водой

А вот у стенки трубы (в т.ч. в зоне сварного шва) нет возможности выгнуться. В случае охлаждения водой она сохранит форму, но внутренний слой будет растянут, как пружина. Это сильно ослабляет стенку трубы. Правда, справедливости ради следует сказать, что в полиэтилене внутренние напряжения исчезают очень быстро. Через 2-3 года от них не останется и следа. Если только за это время давление воды (или газа) внутри трубы не порвет наш сварной шов, ослабленный внутренними напряжениями.

8.2.7 Давление оплавления; высота первичного валика

Теперь вернемся к началу сварочного процесса.

Когда торец трубы впервые касается сварочного зеркала, необходимо как можно скорее достичь полного теплового контакта между поверхностями торца трубы и сварочного зеркала. Единственный способ сделать это – прижать трубу к сварочному зеркалу со значительным усилием, чтобы оплавляемый материал начал течь и вытеснять воздух из пустот. При этом некоторое количество расплавленного материала выдавливается по всему периметру торца трубы в виде наружного и внутреннего грата, что является наглядным свидетельством «подгонки» поверхности торца трубы к поверхности сварочного зеркала (рис.18).

Давно разработанные режимы стыковой сварки (в т.ч. DVS) были придирчивы к форме получившегося первичного валика, по этой форме косвенно определялось давление, при котором он был создан. Первичный валик в форме острого лепестка (рис.34) свидетельствовал о слишком высоком давлении на первой фазе сварки и считался ошибкой.

Чрезмерное усилие прижима
Рис. 34 Грат в форме острого лепестка

Действительно, старые одномодальные марки полиэтилена вели себя именно так, а острый лепесток, теоретически, создавал «концентратор напряжений» во внутреннем углу. Однако современные би- и полимодальные марки полиэтилена отличаются плавной термомеханической кривой, их текучесть более плавно увеличивается с ростом температуры и давления. Форма первичного валика при давлении, явно превышающем 1,5-1,7 кгс/см2, может быть самой неожиданной, от капли до плоского столбика. В результате форму первичного валика оставили в покое, а вместе с этим любое давление на фазе оплавления торцов перестали считать ошибкой.

Теперь логика при выборе давления оплавления – следующая. Маленькое давление нежелательно, иначе формирование первичного валика займет слишком много времени. Кроме того, с точки зрения удобства управления сварочным аппаратом, проще перед началом сварки стыкового шва один раз настроить регулировочный клапан на определенное сварочное давление, и затем использовать это давление как при оплавлении торцов, так и при формировании сварного шва.

Согласно ГОСТ Р 55276, рекомендованное давление оплавления торцов для первой процедуры равно 1,7±0,2 кгс/см2, для третьей процедуры – 5,2±1,0 кгс/см2.

А что же с продолжительностью оплавления? Как уже сказано выше, выдавливание наружного и внутреннего валика является свидетельством процесса «подгонки» поверхности торца трубы к поверхности нагревателя. Количество материала, которое необходимо выдавить, чтобы быть уверенным в полной подгонке поверхности торца трубы к поверхности нагретого инструмента, с некоторым запасом определено для различной толщины стенки трубы, с расчетом на самую высокую (допустимую в ГОСТ Р ИСО 12176-1) шероховатость сварочного зеркала. Согласно ГОСТ Р 55276, для первого режима сварки полиэтиленовых труб (низкое сварочное давление) минимальный размер первичного валика в миллиметрах выражается формулой 0,1EN+0,5.

Интересно, что для третьего режима стыковой сварки (высокое сварочное давление) размер первичного валика в ГОСТе не определен. Зато определен (опять же, в миллиметрах) размер валика, который должен получиться по окончании нагрева: 0,15EN+1. Это одна из причин, по которым сварщик не может непосредственно использовать описание режима стыковой сварки при высоком давлении – невозможно понять, при каком первичном валике закончить оплавление (сбросить давление), чтобы по окончании нагрева получить валик предписанного размера. Можно сделать предположение, что при нагреве размер валика увеличивается незначительно, и ориентироваться на указанный размер вторичного валика уже при оплавлении. Однако оставим это разработчикам технологических карт сварки полиэтиленовых труб.

8.2.8 Давление нагрева

Главная задача фазы нагрева – прогреть торцы труб на нужную глубину. Это значит, что давление нагрева должно быть достаточно малым, чтобы размер валика больше не увеличивался. В теории – давление должно быть нулевым.

Но это только в теории. При практическом применении нулевое давление нагрева может привести к нечаянной потере контакта между торцом трубы и нагревателем. Особенно если давление перемещения мало и/или если давление перемещения определяется не трением (или не только трением), а сползанием трубы с наклонного склона.

Теоретическая часть описания обеих процедур в ГОСТ рекомендует давление нагрева в диапазоне от 0 до давления перемещения. Однако пример, приведенный ниже в ГОСТ, устанавливает давление нагрева на уровне 0,25 кгс/см2 сверх давления перемещения, и такая величина пригодна для практического применения.

8.3 Сравнение длительности сварки при низком и высоком давлении

Для оценки выигрыша во времени сварки полиэтиленовых труб, который обеспечивает третий режим стыковой сварки (при высоком давлении) по сравнению с первым режимом (при низком давлении) попробуем сравнить время сварки при разных режимах для труб с одинаковой толщиной стенки.
При этом не учитываем время оплавления, время технологической паузы и время осадки. Эти времена малы и не до конца определены. А главное – они вносят разнонаправленный «довесок» в общую продолжительность сварки (оплавление короче при высоком давлении, а технологическая пауза и осадка короче при низком давлении), поэтому для грубого сравнения двух процедур ими можно пренебречь.

Сварочный процесс

Толщина стенки

Время нагрева

Время остывания

Общее время

Низкое давление

5 мм

55 сек

480 сек

543 сек

Высокое давление

5 мм

55 сек

129 сек

199 сек

Низкое давление

30 мм

330 сек

1980 сек

2331 сек

Высокое давление

30 мм

330 сек

774 сек

1150 сек

Низкое давление

70 мм

770 сек

4380 сек

5190 сек

Высокое давление

70 мм

770 сек

1806 сек

2670 сек

Видим, что для труб с малой толщиной стенки режим стыковой сварки при высоком давлении дает выигрыш времени сварки стыка более чем в 2,5 раза. Для средних толщин – примерно в 2 раза. Для больших толщин – чуть менее, чем в 2 раза.

Это только чистое время сварки стыка полиэтиленовых труб. Если учесть время подготовки к сварке стыка – фиксацию труб, торцовку, проверку соосности и пр. – мы, тем не менее, получим оценочную разницу времени в 1,3-1,6 раза. Другими словами, там, где традиционная технология стыковой сварки может сделать 10 стыков в день, процедура сварки при высоком давлении может сделать 13-16 стыков.

ВЫВОД: Принимая во внимание, что стоимость оборудования для стыковой сварки по традиционной технологии и аналогичного оборудования для сварки при высоком давлении отличается примерно в 1,2-1,3 раза, сварка при высоком давлении имеет прямой смысл.

Есть еще мнение, что высокое сварочное давление позволит справиться с «капризами» нестекающих марок полиэтилена. Однако это пока только гипотеза.

ВНИМАНИЕ! Мы привыкли к тому, что по окончании сварки по традиционной технологии (при низком давлении) сварной шов уже остыл до 40-45°C и не боится физических нагрузок. При использовании третьего сварочного режима (при высоком давлении) следует помнить, что по окончании остывания под давлением зона сварки еще довольно горячая, поэтому трубопровод после извлечения из центратора еще некоторое время требует аккуратного обращения.

Годовой (с весны 2014г.) опыт продаж оборудования для сварки полиэтиленовых труб при высоком сварочном давлении показал, что Российские потребители не спешат массово переходить на него, а по-прежнему предпочитают машины для стыковой сварки по традиционной технологии. Автор видит для этого две возможные причины:
  • Режим стыковой сварки при высоком сварочном давлении разработан только для труб из полиэтилена, в то время как для стыковой сварки полипропиленовых, ПВДФ и ПБ труб самыми популярными по-прежнему остаются режимы сварки DVS с низким сварочным давлением. И реализация этих сварочных режимов неудобна на машинах с избыточно мощной гидравликой.
  • В любом ответственном деле новшества воспринимаются с осторожностью. В основном из-за недостатка информации.


Возврат к списку