Экструзионная сварка полиэтиленовых труб

Особенности экструзионного способа сварки различных полимеров

Понятие «сварка» относится не только к металлу. Она нужна также в работе с материалами типа полипропилен, полиэтиленпропилен, полиэтилен, то есть, полимерами.

Это вид сварки получил название экструзионного. Детали из полимера соединяют, используя присадочный спецматериал. Главное, чтобы состав у них был одинаковым. Это послужит гарантией качества шва.

Экструзионный способ выручит, когда нужно соединить листы из пленки, равно полипропиленовые и детали любых ёмкостей.

В меньшей степени подходит для ПВХ-изделий. И не подходит, в случае полиэтиленовых и других труб из пластика под напором. Его прочности на 80% в данном случае катастрофически мало.

Общие сведения

Экструзионный способ разработан специально, чтобы соединять толстостенные элементы. В отличие от традиционной с прутком, где нужен горячий воздух, здесь со швом мук почти не бывает.

Экструзия скоротечна, участие сварщика – минимальное, не приходится трястись над соблюдением режима процесса, долго осваивать азы «шовного дела».

Экструзионная наука доступна даже дебютанту. Умельцы смогут похвастать сварочным экструдером ручного типа, смастерив его сами.

Заниматься сваркой в ручном и автоматическом режимах – выбирать вам. В числе экструдеров в первом случае особняком стоит Leister fusion 3c. Преимущества в виде простого и рационального корпуса, скромно весит, а производительность выше.

Да, еще пруток безопасен в плане «закручивания». С неплохим ассортиментом принадлежностей для сварного дела можно ознакомиться на сайте интернет-лавки Weldmax.

При сварочных работах порой нужно пройтись по узким местечкам. Как раз для этих целей подойдет leister fusion 2. Понятен в управлении, малогабаритен, и устойчив к механическому воздействию. Fusion 2 не расстроит холодным пуском двигатель.

Нельзя не сказать несколько слов о ручном шнековом сварочном экструдере из линейки той же фирмы. С Leister weldplast s6 по мощности никто из всего ассортимента этого производителя не сравнится. Тем не менее, шумит не сильно, а сколько программ – удивишься.

Общие правила

При экструзионной сварке все части должны подходить друг другу. Имеется в виду химсостав, текучесть и плотность. В случае, когда у вас детали с разными показателями, состав присадки выбирается как нечто среднее между частями, которые нужно соединить.

Очистку кромок у деталей требуется проводить с тщательностью. Для большинства видов термопласта свойственно окисляться в атмосфере. Приступать к очистке лучше за 15-20 минут до начала процесса.

На поверхностях не допускается оставлять случайные мусоринки. Пострадает качество работы.

Не получилось подготовленные поверхности соединить в течение этого времени? Значит, очистку придется начинать заново. И еще. Применять для этого растворитель – плохая мысль!

Специфика

Варить трубы и др. конфигурации из полиэтилена экструзионной сваркой нужно по ходу сварочных канальцев, поверхностей пленок, которые кладут внахлест, также ориентиром будут углы полипропиленового листа.

Предварительно рабочие зоны разогревают до t, при которой должен запуститься процесс пластификации. С этой целью берут нагретый воздух, что идет непосредственно от сварочного агрегата.

Сгодятся такие источники извне как тепловое изучение, что дает стационарный экструдер.

Сейчас присадочный материал, который выбран (можно и прутком воспользоваться), помещают в спецкамеру устройства в гранулированной форме, где нагревают.

Когда масса доходит до стадии текучести, то, используя шнек, ее выдавливают посредством сварочного башмака туда, где намечен предполагаемый шов. Заменить шнек может, смотря, какой у вас экструдер, и диск.

Технология

К началу процесса экструзионной сварки поверхности, что нужно соединить, должны находиться в вязком состоянии. Потому воздушный поток, который нагрели до нужной t, направляют через сопло в место сварки.

Нагревание возможно во встроенном в экструдер термофене. Горячий воздух также обеспечат компрессор и пневматическая сеть, имеющаяся в организации. При этом t в термофене и от других источников поддается регулировке.

Какие бывают экструдеры

Они представлены шнековыми и безшнековыми образцами. У первых экструдеров процесс плавки проходит в камере. Наружу подается шнеком.

У тех, где оного нет, выдавливание ведется при помощи части прутка, которая еще не расплавилась, а значит, остается достаточно твердой. Безшнековые экструдеры имеют второе название – плунжерные. Они отличаются меньшей производительностью.

В них использование гранулированных присадок исключено. Но они проникнут в самые, мало кому доступные места. Кончик сварочного башмачка снабжен специальным отверстием. Он обеспечивает контроль за поступлением присадки в место сварки.

К экструзионному способу прибегают, когда работа предстоит с термопластами I группы, среди которых полипропилен, низкого давления полиэтилен. У них своя специфика.

Допустимое расплавление от необратимой термодеструкции отделяет 50 градусов. То есть, не стоит опасаться порчи материала, если он перегреется всего на 30 или 40 градусов.

Совсем другое дело, если перед вами термопласты II группы типа ПВХ или ПВДФ. С ними надо тщательно блюсти температуру в процессе нагрева.

В работе с термопластами этой группы нужен шнек особой формой. Он обеспечивает оптимальное перемешивание присадки, не допуская перегрева материала и гарантируя качественную экструзионную сварку.

Резюме

Если вы – новичок в сварном деле, то экструзионный способ сварки изделий из полипропилена будет самым доступным. Им вы сможете соединить любые толстостенные конфигурации.

Начинающим вполне по плечу сделать сварочный экструдер самим. Правда, это больше привлечет рьяных домашних умельцев. Большинство, наверняка, устроит богатый выбор ручных экструдеров, который предлагают торговые прилавки.

В числе фаворитов экструзионной сварки в ассортименте значится leister fusion 2.

Экструзионный способ сварки полимеров: особенности и схема работы

Сварка экструзионным способом является одним из видов соединения изделий из полиэтилена, полипропилена, пропилена и иных видов полимера. Экструзионная сварка представляет собой процесс соединения деталей из различных полимеров с использованием специального присадочного материала. Соединение будет прочным и качественным, если присадочный материал по составу аналогичен соединяемым поверхностям. Экструзионный способ используется для сварки полипропиленовых листов, листов из пленки, различных ёмкостей, реже – изделий из ПВХ. Этот вид соединения нельзя применять для сварки полиэтиленовых труб и иных пластиковых труб под напором, так как его прочности в 80% будет недостаточно.

Экструзионный способ существует для соединения толстостенных элементов. И у него по сравнению со сваркой горячим воздухом с применением прутка есть преимущества: шов получается с первого раза, экструзионная сварка происходит быстрее, человеческий фактор сведен в минимуму, так как нет необходимости следить за параметрами сварки, уметь делать красивые швы. То есть, экструзионная сварка будет самой простой для начинающего. Можно сделать ручной сварочный экструдер своими руками.

Экструзионная сварка может быть двух видов: ручная и автоматическая. Среди ручных экструдеров следует отдельно выделить leister fusion 3c. Leister fusion 3c имеет множество преимуществ: высокая производительность, небольшой вес, простой и удобный корпус, пруток не «закручивается». Хороший выбор сварочного оборудования содержится в интернет-магазине Weldmax. Также для использования в узких местах рекомендуется использовать недорогой ручной сварочный экструдер fusion 2. Ручной сварочный экструдер fusion 2 прост в управлении, компактный, удобный и прочный. Сварочный экструдер leister fusion 2 оснащен системой защиты двигателя от холодного пуска. Ручной сварочный экструдер leister weldplast s6 — самый мощный в линейке данного производителя. Ручной сварочный экструдер leister weldplast s6 шнековый, с небольшим уровнем шума, имеет множество программ.

Общие требования

Соединяемые детали из пластика и присадочный материал при экструзионном способе сварки должны быть идентичными по определенным показателям:

1. химический состав.
2. плотность.
3. показатели его текучести.

Если соединяются различные по показателям детали, тогда нужно выбирать присадочный материал, средний между значениями соединяемых поверхностей.

Еще одно правило связано с очищением кромок деталей. Это требование должно выполнятся очень строго. Так как многие виды термопласта на воздухе окисляются, очищать их нужно не раньше, чем за 15-20 минут до соединения. Если будет допущено наличие посторонних предметов или частиц на поверхностях, шов будет некачественный. Если после последнего очищения (не рекомендуется очищать растворителем) прошло более 20 минут, повторите процесс заново.

Принцип работы

Поверхностями для сварки полиэтиленовых труб и иных изделий являются сварочные канавки, углы полипропиленовых листов, поверхности пленки, расположенной внахлест. Сначала поверхности разогреваются до температуры, необходимой для начала процесса пластификации. Для этого используется нагретый воздух, который исходит их сварочного экструдера. Для нагревания также могут быть использованы внешние способы, например тепловое излучение от стационарного экструдера.

Вместе с этим будущий присадочный материал пока что в виде специальных гранул или прутка помещается в специальную камеру экструдера, в которой происходит нагрев содержимого. Содержимое нагревается до текучего состояния и с помощью шнека или диска (в зависимости от вида экструдера) выдавливается через сварочный башмак в область сварки.

Схема работы

Так как соединяемые поверхности должны стать вязкими перед сваркой, нагретый до определенной температуры воздух выходит в зону сварки из специального сопла. Температуру можно регулировать. Нагрев может быть осуществлен встроенными нагревателями в экструдере (термофен), либо может поступать от внешних носителей (компрессор или пневмосеть в организации).

Образцы шнеков для сварочного экструдера

Экструдеры бывают шнековые и безшнековые. Шнековые экструдеры отличаются тем, что присадочный материал расплавляется в шнековой камере и выталкивается наружу с помощью шнека. В безшнековых экструдерах присадочный материал выталкивается с помощью твердой, еще не расплавленной части прутка. Такие экструдеры еще называют плунжерными. Их производительность меньше, чем у шнековых, с ними невозможно использовать гранулы в качестве присадочного материала. Зато его легко можно использовать в малодоступных местах. На окончании сварочного башмака имеется специальное отверстие, которое контролирует поступление присадочного материала в зону сварки.

Экструзионный вид сварки используется чаще для полиэтилена низкого давления, полипропилена, других термопластов 1-й группы. Эта группа отличительна тем, что разница между расплавленным состоянием и состоянием термодеструкции примерно пятьдесят градусов. Таким образом, незначительный перегрев на 30-40 градусов не испортит материал. Термопласты 2-й группы – это ПВДФ и ПВХ. Разница в температурах между вышеуказанными состояниями небольшая, что требует строгого соблюдения температурного режима в зоне нагрева. Шнек для термопластов 2-й группы должен иметь особую форму для более тщательного перемешивания присадочного материала без перегрева.

Таким образом, экструзионный способ сварки полипропиленовых изделий является самым простым для новичков, применяется для соединения толстостенных изделий. Новички могут изготовить ручной сварочный экструдер своими руками. Ручной экструдер для сварки выбрать достаточно легко, так как на рынке существуем множество аппаратов для этого вида соединения, одним из самых популярных является сварочный экструдер leister fusion 2.

Технология сварки ручным экструдером

1 Принцип сварки и устройство оборудования

Экструзионная сварка применяется для сварки листов, профилей и пленок из пластмасс – полиэтилена, полипропилена, реже ПВХ или ПВДФ, еще реже из других термопластов. Для монтажа напорных трубопроводов из термопластов экструзионная сварка неприменима по одной причине – при стыковом расположении свариваемых изделий (труб, листов или пр.) прочность сварного экструзионного соединения не превышает 80% от прочности исходных изделий.

1.2 Общие требования

Так же как и для любой другой технологии сварки пластмасс, для сварки экструдером действуют общие требования:

– Сваривать следует только изделия из одинаковых термопластов. Важнейшими показателями «одинаковости» являются химический состав, плотность и показатель текучести расплава. При сварке экструдером те же требования предъявляются к присадочному материалу.

Замечание: Если показатель текучести расплава (ПТР) свариваемых деталей отличаются, то присадочный материал следует по возможности выбирать таким образом, чтобы его ПТР был средним между ПТР свариваемых деталей.

– Свариваемые поверхности должны быть чистыми. При экструзионной сварке это требование настолько жесткое, что свариваемые поверхности должны быть механически очищены даже от тончайшего слоя окислившегося материала не более чем за 20 мин до начала сварки. Это связано с тем, что технология экструзионной сварки создает сравнительно небольшое течение и перемешивание материала в зоне сварки.

1.3 Главная идея

Технология сварки экструдером была изначально разработана для сварки сравнительно толстостенных деталей. По сравнению с технологией сварки горячим воздухом с применением присадочного материала (прутка), сварка экструдером обеспечивает следующие преимущества:

• Позволяет сварить толстостенные детали за один проход;
• Увеличивает скорость сварки;
• Уменьшает влияние человеческого фактора на качество сварного шва.

В принципе, экструзионная сварка двух деталей заключается в следующем:

– Свариваемые поверхности – специально подготовленная сварочная канавка (рис.1) или угол между листами (рис.2) или поверхность пленки, уложенной внахлест (рис.3). Свариваемые поверхности предварительно нагреваются до температуры пластификации горячим воздухом, выходящим из сопла предварительного нагрева сварочного экструдера. В случае стационарных цеховых сварочных экструдеров поверхности могут нагреваться тепловым излучением.

– Одновременно с этим присадочный материал в форме прутка или гранул подается в экструдер, нагревается до вязко-текучего состояния и перемешивается шнеком экструдера до достижения гомогенной (однородной) массы.

– Вязко-текучий присадочный материал выдавливается из сварочного экструдера и подается в зону сварки через т.н. сварочный башмак.

– Давление, необходимое для экструзионной сварки, прикладывается через присадочный материал – сварочным башмаком. В случае стационарных цеховых сварочных экструдеров сварочное давление на присадочный материал может сообщаться отдельными приспособлениями.

Рис. 1 Шов V-типа	Рис. 2 Шов K-типа	Рис. 3 Шов F-типа

1.5 Схема работы сварочного экструдера

Поскольку зона сварки обязательно должна быть нагрета перед впрыскиванием присадочного материала, сварочный экструдер снабжен нагревателем воздуха. Горячий воздух подается в зону сварки через т.н. «сопло предварительного нагрева» и нагревает свариваемые поверхности до вязко-текучего состояния. Температура горячего воздуха регулируется специальным контроллером.

Нагреватель воздуха может быть в форме термофена, т.е. иметь встроенный нагнетатель воздуха. Как вариант, экструдер может быть рассчитан на внешнюю подачу воздуха – от компрессора или пневмосети предприятия.

Если речь идет о сварочном экструдере шнекового типа (Рис.4), то присадочный материал в форме сварочного прутка или гранул подается в шнековую (экструзионную) камеру.

Вращение шнека обеспечивается электроприводом, в качестве которого часто используют обычную ручную дрель. С учетом того, что нормальная продолжительность работы экструдера больше, чем у дрели, на качественных экструдерах используются модифицированные электромоторы, рассчитанные на продолжительный режим работы и имеющие больший ресурс.

Проходя через экструдер, присадочный материал постепенно нагревается и перемешивается до состояния однородной массы. Нагрев материала обеспечивается электронагревателями, расположенными вокруг экструзионной камеры. Температура электронагревателей регулируется специальным контроллером.

Как вариант, в более простых и дешевых моделях экструдеров нагрев экструзионой камеры может производиться горячим воздухом, который проходит через полость вокруг экструзионной камеры и только после этого подается в зону сварки. В этом случае температура нагрева присадочного материала «привязана» к температуре горячего воздуха.

Расплавленный присадочный материал подается в зону сварки через т.н. сварочный башмак.

Рис. 4 Схема работы сварочного экструдера шнекового типа	Рис. 5 Схема работы сварочного экструдера плунжерного типа

В сварочных экструдерах плунжерного типа (рис.5) используется упрощенная схема продвижения присадочного материала через зону нагрева.

Материал в виде сварочного прутка подается на профильные вальцы, которые с усилием вводят его в цилиндрическое отверстие зоны нагрева. Электронагреватели, расположенные вокруг зоны нагрева, постепенно нагревают пруток до вязко-текучего состояния. Таким образом, задняя твердая часть прутка служит поршнем для передней пластифицированной части.

Сварочные экструдеры плунжерного типа отличаются меньшей производительностью. Компактность и небольшой вес позволяют использовать такой экструдер в труднодоступных местах. К недостаткам плунжерных экструдеров следует отнести их высокую требовательность к диаметру и идеально круглой форме сварочного прутка. А подача присадочного материала в форме гранул здесь вообще невозможна.

Нагретый присадочный материал из сварочного экструдера плунжерного типа, так же как и из шнекового экструдера, подается в зону сварки через сварочный башмак.

Форма рабочей поверхности сварочного башмака соответствует форме свариваемых поверхностей. В передней части башмака имеется специальный «нос», ограничивающий выдавливание присадочного материала вперед по направлению сварки.

Давление присадочного материала на «нос» сварочного башмака обеспечивает движение сварочного экструдера в направлении прокладки сварного шва. Скорость движения сварочного экструдера, таким образом, определяется производительностью экструдера и площадью сечения сварного шва.

1.6 Свариваемые материалы

Экструзионной сваркой наиболее часто свариваются изделия из ПНД, ПП или др. термопластов 1-й группы, у которых разница между температурой вязко-текучего состояния и температурой начала термодеструкции составляет более 50ºС. Это означает, что даже значительный перегрев материала (на 30-40ºС) не может серьезно повредить материал.

Термопласты 2-й группы, как ПВДФ и особенно ПВХ, отличаются неприятной особенностью – температура термодеструкции материала не намного превышает температуру пластификации. Поэтому при сварке ПВДФ особые требования предъявляются к точности работы системы нагрева материала (экструзионной камеры). А для сварки ПВХ, кроме того, используется сварочный экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления, не допуская локального перегрева.

Температурная неустойчивость термопластов 2-й группы, кроме того, накладывает дополнительные ограничения на технологию экструзионной сварки – в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки, не должен надолго оставляться в режиме ожидания и т.п.

Другая неприятность, связанная с ПВХ – это его абразивность и высокая химическая активность при нагреве. Это предъявляет особые требования к стойкости материалов экструзионной камеры и шнека.

Экструзионная сварка

Мы осуществляем обучение наших клиентов совместно с УЧЕБНЫМ ЦЕНТРОМ
«Группа ПОЛИПЛАСТИК». Это профессиональный центр по подготовке специалистов для работ по проектированию, монтажу, эксплуатации, ремонту и реконструкции трубопроводов из полимерных материалов.

Мы умеем так организовать учебный процесс, что специалисты и организации, обратившиеся к нам, получают в одном месте все и сразу:

профессиональную подготовку на самом современном уровне;

информацию о новых инновационных продуктах;

аттестационные документы НАКС и Ростехнадзора, дающие право работы на опасных объектах;

консультации ведущих специалистов полимерной трубной отрасли в течение всего срока действия свидетельств о профессиональной подготовке;

дополнительную информацию по полиэтиленовым трубам, сварочному оборудованию, соединительным деталям;

аттестацию сварочного оборудования в системе НАКС и Ростехнадзора;

специальную литературу, книги, справочники и учебные пособия для поддержки в будущей самостоятельной работе;

самую полную техническую и нормативную информацию на электронных носителях;

все материалы для практических занятий по сварке и контролю качества сварных соединений;

Мы реализуем следующие направления профессиональной подготовки и семинаров:

• Первичная подготовка для работы с полиэтиленовыми трубами (с «нуля») специалистов, включая сварку ПЭ труб:
  • сварка нагретым инструментом встык (НИ);
  • сварка с помощью муфт с закладными нагревателями (ЗН).
• Строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов (наружные и внутренние сети).
• Профессиональная подготовка специалистов проектных, монтажных, строительных, эксплуатационных и торговых организаций в области полимерных трубопроводов.
• Строительство и эксплуатация внутренних газопроводов жилых зданий из металлополимерных труб.
• Технологии ремонта, санации и реконструкции трубопроводов.
• Специальная подготовка к аттестации сварщиков и специалистов в системе НАКС и Ростехнадзора и аттестация на нашей базе совместно с ГАЦ-МР-НАКС.

Мы работаем оперативно, четко, профессионально и гибко, поэтому для нас не представляет сложности организовать:

выездные семинары в организации на всей территории РФ;

интенсивную подготовку в кратчайшие сроки;

специальные семинары (по технологиям аварийно-восстановительных работ на полиэтиленовых трубопроводах, врезке под давлением, по инновационным продуктам ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК» т.п.).