Технология сварки нагретым инструментом полиэтиленовых труб.
Сварка встык нагретым инструментом заключается в нагревании свариваемых торцов труб или деталей до вязкотекучего состояния полиэтилена при непосредственном контакте с нагретым инструментом ипоследующем соединении торцов под давлением осадки после удаления инструмента.
Основными параметрами процесса сварки встык являются:
– температура нагретого инструмента Тн;
– продолжительность оплавления tоп и нагрева tн;
– давление нагретого инструмента на торцы при оплавлении Роп и нагреве Рн;
– продолжительность технологической паузы между окончанием нагрева и началом осадки tп;
– давление на торцы при осадке Рос;
– время охлаждения сваренного стыка под давлением осадки tохл.;
Для машин со средней и высокой степенью автоматизации дополнительным нормируемым параметром может являться время нарастания давления осадки tД
Изменение величины параметров по времени в процессе сварки производят по циклограмме, рис.7.
Технологические параметры сварки выбирают по таблицам 1 – 4 в соответствии с маркой полиэтилена, из которого изготовлены трубы и детали.
Температуру рабочей поверхности нагретого инструмента выбирают по таблице 4 взависимости от материала свариваемых труб (ПЭ 80, ПЭ 100).
Продолжительность оплавления tоп., как правило, не нормируется и зависит от появления первичного грата.
Оплавление и нагрев торцов свариваемых труб и деталей осуществляют одновременно (синхронно) посредством их контакта с поверхностями нагретого инструмента.
Оплавление торцов необходимо выполнять при давлении
Роп = 0,2 ± 0,02 МПа
(2,0±0,2 кгс/см2), в течение времени tоп достаточного для образования по всему периметру, контактирующих с нагревателем торцов труб валиков расплавленного материала (первичного грата) высотой не менее:
– 1,0 мм при толщине стенки труб от 5 до 10 мм;
– 1,5 мм при толщине стенки труб от 10 до 12 мм;
– 2,0 мм при толщине стенки труб от 12 до 20 мм;
– 2,5 мм при толщине стенки труб от 20 до 26 мм;
– 3,0 мм при толщине стенки туб от 26 до35 мм.
После появления первичного грата давление необходимо снижать до Рн = (0,02±0,01) МПа (0,2±0,1 кгс/см2) и торцы нагревать в течение времени tн, которое в зависимости от сортамента (толщины стенки) труб, температуры окружающего воздуха То следует выбирать по табл. 5.
Таблица 4.
Температура рабочей поверхности нагретого инструмента, ºС
| Параметр | Температура окружающего воздуха Tо, °С и тип полиэтилена | |||||
| От минус 15 до 0 | От 0 до 20 | От 20 до 45 | ||||
| ПЭ100 | ПЭ80 | ПЭ100 | ПЭ80 | ПЭ100 | ПЭ80 | |
| Температура рабочей поверхности инструмента | 230±10 | 220±10 | 220±10 | 210±10 | 210±10 | 200±10 |
Таблица 5.
Время нагрева торцов труб tн, с, из ПЭ80 и ПЭ100
| Сортамент свариваемых труб по ГОСТ Р 50838 | Температура окружающего воздуха То, ºС и время прогрева, с | |||
| Стандартное размерное отношение | Диаметр и толщина стенки трубы, мм | От минус 15 до 0 | От 0 до 20 | От 20 до 45 |
| SDR 11 | 63х5,8-75х6,8 | 75-110 | 60-105 | 50-.95 |
| 90х8,-110х10,0 | 100-140 | 85-140 | 70-125 | |
| 125х11,4-140х12,7 | 120-170 | 100-165 | 80-150 | |
| 160х14,6-180х16,4 | 155-210 | 135-200 | 105-185 | |
| 200х18,2-225х20,5 | 190-260 | 160-250 | 125-225 | |
| 250х22,7-315х28,6 | 250-360 | 225-350 | 210-310 | |
| SDR 17,6 | 90х5,2-110х6,3 | 70-105 | 55-100 | 45-90 |
| 125х7,1-140х8,0 | 95-125 | 80-120 | 60-110 | |
| 160х9,1-180х10,3 | 105-140 | 90-140 | 70-125 | |
| 200х11,4-225х12,8 | 120-170 | 100-165 | 80-150 | |
| 250х14,27-315х18,5 | 135-200 | 115-190 | 90-180 |
Допускается давление Рн снижать до минимума при сохранении постоянства контакта торцов труб (деталей) с нагретым инструментом.
Продолжительность технологической паузы, необходимой для удаления нагретого инструмента, должна быть минимальной, не более:
– 3 с – для труб Ø 63 мм;
– 4 с - для труб от Ø 90 до 140мм;
– 5 с - для труб от Ø 140 до 250мм;
-- 6 с – для труб от Ø 250 до 315 мм.
После удаления нагретого инструмента торцы труб или труб идеталей сводят и производят осадку стыка при давлении Рос = (0,2±0,02) МПа (2,0±0,02 кгс/см2). Осадку стыка необходимо осуществлять плавным увеличением давления до заданного уровня. Время нарастания давления осадки tд, с, для труб из ПЭ 80, ПЭ 100, следует принимать по табл.6.
Охлаждение стыка необходимо производить под давлением осадки в течение времени tохл., величина которого принимается по табл. 7. в зависимости от толщины стенки свариваемых труб и деталей и температуры окружающего воздухе То.
Таблица 6.
Время нарастания давления осадки tд, с, для труб из ПЭ80, ПЭ100
| Сортамент свариваемых труб по ГОСТ Р 50838 | Времяtд, с | |
| Стандартное размерное отношение | Диаметр и толщина стенки трубы, мм | |
| SDR 11 | 63х5,8-75х6,8 | 3-7 |
| 90х8,2-110х10,0 | 4-8 | |
| 125х11,4-140х12,7 | 4-11 | |
| 160х14,6-180х16,4 | 6-12 | |
| 200х18,2-225х20,5 | 8-14 | |
| 250х22,7-315х28,6 | 10-16 | |
| SDR 17,6 | 90х5,2-110х6,3 | 3-6 |
| 125х7,1-140х8,0 | 4-7 | |
| 160х9,1-180х10,3 | 4-8 | |
| 200х11,4-225х12,8 | 5-10 | |
| 250х14,27-315х18,5 | 8-12 |
Таблица 7.
Время охлаждения стыка tохл., мин, не менее, для труб из ПЭ80 и ПЭ100
| Сортамент свариваемых труб по ГОСТ Р 50838 | Температура окружающего воздуха То, ºС, и время прогрева, с | |||
| Стандартное размерное отношение | Диаметр и толщина стенки трубы, мм | От минус 15 до 0 | От 0 до 20 | От 20 до 45 |
| SDR 11 | 63х5,8--75х6,8 | 4-5 | 5 -6 | 6-7 |
| 90х8,2--110х10,0 | 6-7 | 7-8 | 8-9 | |
| 125х11,4--140х12,7 | 8-11 | 10-13 | 12-15 | |
| 160х14,6--180х16,4 | 11-14 | 13-16 | 15-18 | |
| 200х18,2--225х20,5 | 16-21 | 18-23 | 20-25 | |
| 250х22,7--315х28,6 | 24--30 | 26-.32 | 28-36 | |
| SDR 17,6 | 90х5,2--110х6,3 | 4-5 | 5-6 | 6-7 |
| 125х7,1--140х8,0 | 5-6 | 6-7 | 8-9 | |
| 160х9,1--180х10,3 | 8-10 | 9-12 | 10-12 | |
| 200х11,4--225х12,8 | 10-11 | 11-13 | 13-15 | |
| 250х14,27--315х18,5 | 18-22 | 19-24 | 21-28 |
С целью повышения точности поддержания заданных давлений (Роп., Рн, Рос) в процессе сварки необходимо учитывать потери на трение движущихся частей сварочной машины иперемещаемой при сварке трубы (секции). Для этого перед сваркой каждого стыка производят замер усилия при холостом ходе подвижного зажима центратора машины с закреплённой в нем трубой (секцией), которое суммируют с усилием, необходимым для создания заданных давлений (Роп., Рн, Рос).
Для уменьшения потерь на трение рекомендуется использовать переносные и регулируемые по высоте роликовые опоры.
При сварке нагретым инструментом рабочие поверхности нагревателя покрывают антиадгезионным слоем, препятствующим налипанию расплава на инструмент.
Параметры циклограммы процесса (рисунок 7) и режимы сварки (таблицы 4 – 7) труб различного сортамента соблюдаются сварочной машиной с высокой степенью автоматизации автоматически, со средней степенью автоматизации – часть параметров выполняется в ручном режиме, в ручных сварочных машинах автоматически поддерживается только температура нагревательного инструмента.
Маркировку сварных стыков (код оператора) производят несмываемым карандашом - маркером яркого цвета (например: белого или желтого – для черных труб, черного и голубого - для желтых труб).
Маркировку (номер стыка и код оператора) наносят рядом со стыком со стороны, ближайшей заводской маркировке труб.
Допускается маркировку (код оператора) производить клеймом на горячем расплаве грата через 20-40 с после окончания операции осадки в процессе охлаждения стыка в зажимах центратора сварочной машины в двух диаметрально противоположных точках. Рекомендуется использовать клейма типа ПУ-6 или ПУ-8 по ГОСТ 2930.
При выполнении работ проводить систематический операционный контроль качества сборки под сварку и режимов сварки;
Подготовка к работе и порядок работы.На месте производства работ свариваемые трубы зафиксировать в неподвижном и подвижном зажимах сварочного блока. Концы должны выступать от 15-20 мм. Детали фасонного профиля, переходы и втулки фиксируются только в подвижном зажиме, вспециальных вкладышах, которые поставляются со сварочным блоком и устанавливаются взамен вкладышей 14. (рис. 4). При переходе от трубы большегодиаметра к меньшему, переходную втулку предварительно приварить к трубеменьшего диаметра. На штоки цилиндров установить торцовочное устройствоизафиксировать. Ручкой 10 (рис. 4) плотно поджать к торцовочному устройствуторцы закрепленных труб. Поворотом рукоятки торцовочного устройства производится подрезка торцов обеих труб. Одновременно с торцовкой труб производится нагрев нагревателя (поверхности нагревателя должны бытьочищены от наплавлений скребком).
Контроль температуры его нагрева осуществляется автоматически. Индикатор находится в нагревателе до техпор, пока на его шкале стрелка не остановит в пределах отмеченного сектора, при этом для труб из полиэтилена средней плотности ПСП стрелка должна находиться в начале сектора (TH-230-240º С), а для труб из полиэтилена высокой плотности ПВП в конце сектора (ТН-250-260º С). После определения температуры, индикатор вынимается из отверстия нагревателя и вставляется в скобу, предусмотренную на кожухе горелки. Затем нагреватель устанавливается в зазор между обработанными торцами изделий. Перемещением подвижного зажима вручную с помощью механизма ручного перемещения производится прижим торцов к плоскостям нагревателя.
Кран гидросистемы перекрывается и насосом создается требуемое давление. После оплавления торцов быстро сбрасывается давление в гидросистеме и насосом создается давление, необходимое для прогрева. После прогрева снова сбрасывается давление. Для этого необходимо открыть кран 19 (рис. 4) и убрать нагреватель. Трубы быстро с помощью ручного привода сводятся до соприкосновения, кран закрывается и насосом 11 создается необходимое давление.
Контроль давления осуществляется по манометру с предельными отклонениями 20%. Показания манометра должны складываться из двух величин по формуле:
Рраб = Ррасч + Рхол. хода
где Рраб. – рабочее давление, кгс/см2; Ррасч – давление, необходимое для создания усилия прижима свариваемых поверхностей при оплавлении, прогреве или осадке материала, кгс/см2. Оно выбирается в зависимости от диаметра и типа свариваемых труб по таблице 4.
Рхол. хода – давление в системе, необходимое для преодоления сил трения в подвижном зажиме (усилие холостого хода), кгс/см2. Оно определяется через 200 часов работы установки, т.к. эта величина зависит от состояния трущихся поверхностей.
Трубы после сварки должны быть выдержаны в зажимах сварочного блока в течение 5-7 минут для охлаждения, после чего трубы освобождаются из зажимов и установка передвигается к месту сварки нового стыка. Допускается торцовку труб производить следующим образом. При помощи гидравлической системы подвести концы труб к торцовочному устройству, обеспечив оптимальный прижим для снятия стружки, торцовку производить до прекращения выхода стружки. При необходимости поджим концов труб к торцовочному устройству повторить и вновь произвести торцовку.
Оборудование и материалы
1. Установка для сварки нагретым инструментом, принципиальная схема которой представлена на рис.4.
2. Заготовки из труб термопласта размером 63×5,8 мм(один из материалов – полиэтилен, винипласт, оргстекло) – 10 шт.
3. Машина для испытания на растяжение усилием до 15000 Н, оснащенная специальными захватами.
4. Инструмент для изготовления образцов: шаблон, чертилка, ножовка, полукруглый напильник, штангенциркуль, шабер.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с инструкцией по работе с установкой мобильной для сварки полиэтиленовых труб.
2. Произвести опытную сварку одной заготовки с целью проверки работы установки и получения навыка настройки ее на определенный режим.
3. Провести маркировку и замеры свариваемых сечений для подсчета необходимой величины усилий во время сварки. Данные занести в табл. 8.
4. Сварить заготовки при четырех-пяти различных значениях одного из параметров и неизменной величине остальных (по указанию преподавателя).
При креплении труб в хомутах обращать внимание на правильность установки заготовок. Смещения кромок не допускать.
5. После охлаждения сварного шва (время охлаждения не менее 1 мин)освободить заготовки от верхних зажимов, отвести подвижный хомут в исходное положение и снять заготовку с установки.
6. Провести визуальный контроль полученного сварного соединения.Критерии оценки внешнего вида соединений, выполненных нагретым инструментом встык, приведены в таблице 26 приложения А.
Таблица 8
Результаты измерений
| № пп. | Материал заготовок | Размеры заготовок до сварки | Режим сварки | Разрывное усилие, Н | Предел прочности при растяжении, МПа | Относительная прочность, % | Характер разрушения | Форма и размер грата, мм | |||||||||
| Ширина | Высота | ||||||||||||||||
| Толщина, см | Средний диаметр, см | Площадь, см2 | Температура инструмента, ºС | Время, с | Давление, МПа | ||||||||||||
| Оплавления | Нагрева | Оплавления 0,2±0,02 | Нагрева 0,02±0,01 | ||||||||||||||
Вопросы для самопроверки:
1.Назовите разновидности стыковой сварки термопластов нагретым инструментом?
2. Составные части установки для сварки полиэтиленовых труб?
3.Назовите основные параметры процесса сварки встык?
4.Циклограмма процесса сварки встык нагретым инструментом труб из полиэтилена?
5. В зависимости от чего выбирают температуру рабочей поверхности нагретого инструмента?
6. От каких факторов зависит время нагрева торцов труб при сварке НИ?
7. От каких факторов зависит время охлаждения стыка?
8. Что такое технологическая пауза?
9. От каких факторов зависит время технологической паузы?
10. Какую величину составляет давление при оплавлении торцов труб?
11. Что называют гратом?
12. Какой высоты должны быть валики первичного грата при толщине стенки труб от 10 до 12 мм?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2