Когда должна производиться подготовка поверхности листов пластмасс под сварку

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

ГОСТ Р 56155-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов

Welding of polymeric materials

Extrusion welding of pipes, piping parts and panels

Дата введения 2016-01-01

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным автономным учреждением "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им.Н.Э.Баумана (ФГАУ "НУЦСК при МГТУ им.Н.Э.Баумана"), Национальным Агентством Контроля Сварки (СРО "НП НАКС"), Ассоциацией сварщиков полимерных материалов (АСПМ)

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

4 Настоящий стандарт разработан с учетом технических требований норм Немецкого союза по сварке и смежным технологиям DVS 2207-4:2005* Сварка термопластов. Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов (DVS 2207-4:2005 Welding of thermoplastics. Extrusion welding of pipes, piping parts and panels. Processes and requirements)

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

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Настоящий стандарт разработан в целях повышения конкурентоспособности и качества продукции, выполненной с применением экструзионной сварки, а также в целях гармонизации национальных стандартов по сварке полимерных материалов с международными нормами.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к выполнению экструзионной сварки труб, листов, емкостей и трубопроводных конструкций при производстве емкостного оборудования и бетонных конструкций, изолированных термопластичными полимерными материалами.

Настоящий стандарт не распространяется на экструзионную сварку труб, используемых в качестве гидрозащитных оболочек в теплоизолированных конструкциях трубопроводов и геомембран, применяемых при строительстве земляных и гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 11645-73 Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов

ГОСТ ISO 1167-1-2013 Трубы, соединительные детали и узлы соединений из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред. Определение стойкости к внутреннему давлению. Часть 1. Общий метод

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

ГОСТ Р 55142-2012 Испытания сварных соединений листов и труб из термопластов. Методы испытаний

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 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 присадочный полимерный материал: Полимерный материал в виде прутка, ленты, порошка или гранул, преобразуемый в расплав, или в виде раствора, который совместно с расплавленным свариваемым материалом заполняет разделку шва в процессе сварки.

3.2 сварочная насадка: Сменная насадка на сварочном экструдере, которая направляет расплав присадочного полимерного материала в зону сварки, создает необходимое давление и формирует поверхность сварного шва.

3.3 сварочный экструдер: Устройство для плавления присадочного полимерного материала и подачи расплава в зону сварки.

3.4 экструзионная сварка: Сварка, при которой расплавленный присадочный полимерный материал подается в зону сварки из сварочного экструдера.

4. Общие требования

4.1 Основные положения

4.1.1 При экструзионной сварке соединение свариваемых деталей выполняют путем подачи расплавленного присадочного полимерного материала в зону сварки, где он взаимодействует с поверхностями предварительно нагретого, как правило, горячим воздухом до расплавленного состояния материала этих деталей.

4.1.2 Экструзионная сварка, выполняемая с использованием присадочного полимерного материала, имеющего форму прутка или гранул, может производиться в ручном или полуавтоматическом режиме.

4.1.3 Форма поверхности сварочной насадки должна соответствовать форме сварного шва.

4.1.4 Для нагрева свариваемых деталей и присадочного прутка, кроме горячего воздуха, могут применять нагретые инертные газы.

4.1.5 Количество расплава присадочного полимерного материала, выходящего из сварочного экструдера, определяет максимальный размер сварного шва и линейную скорость сварки при соблюдении требований к предварительному нагреву соединяемых поверхностей.

4.1.6 Необходимое давление при сварке создается за счет свойств расплавленного присадочного полимерного материала, геометрических параметров сварочной насадки и воздействия сварщика на сварочный экструдер.

4.1.7 Экструзионная сварка может выполняться с непрерывной и с периодической подачей расплава.

4.1.8 Результаты сварки оформляют протоколом по форме, в соответствии с Приложением А.

4.2 Экструзионная сварка с непрерывной подачей расплава

4.2.1 При экструзионной сварке с непрерывной подачей расплава предварительный нагрев свариваемых материалов в зоне сварки осуществляют устройством для подачи нагретого газа (воздуха), которое является частью сварочного экструдера.

4.2.2 Расплав присадочного материала должен непрерывно выходить из сварочного экструдера и при помощи сварочной насадки прижиматься к расплавленным поверхностям соединяемых деталей (см. рисунок 1), заполняя весь объем разделки шва.

4.2.3 Скорость заполнения разделки шва расплавом присадочного материала должна совпадать с линейной скоростью сварки.

Рисунок 1 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования I типа

4.3 Экструзионная сварка с периодической подачей расплава

4.3.1 При сварочном процессе с периодической подачей расплава расплавленный в сварочном экструдере присадочный материал направляется в приемное приспособление, из которого поступает в предварительно расплавленную нагретым газом разделку шва, где под давлением пресс-инструмента формируется поверхность шва (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема сварки с периодической подачей расплава на оборудовании II типа

4.3.2 Данный процесс сварки следует применять в случае ограниченного рабочего пространства и при невозможности проведения экструзионной сварки с непрерывной подачей расплава.

5 Оборудование для экструзионной сварки

5.1 Состав оборудования

Оборудование для экструзионной сварки состоит:

- из пластифицирующей системы (экструдера или нагревательной камеры), предназначенной для преобразования присадочного материала в расплав;

- из системы предварительного нагрева, предназначенной для расплавления поверхностей свариваемых деталей (как правило, в качестве теплоносителя используется нагретый воздух);

- из сварочной головки для размещения сварочной насадки и сопла системы предварительного нагрева;

- из сварочной насадки, предназначенной для направления расплава присадочного полимерного материала в зону сварки и формирования поверхности шва (в сварочном процессе с периодической подачей расплава указанные функции выполняет пресс-инструмент и приемное приспособление).

5.2 Оборудование I типа

5.2.1 В оборудовании I типа все его элементы сформированы в единый блок.

5.2.2 Присадочный материал применяют в форме прутка круглого сечения или гранул.

Гранулированный присадочный материал рекомендуется применять в сварочном оборудовании высокой производительности (см. рисунок 1).

5.3 Оборудование II типа

5.3.1 В оборудовании II типа сварочный экструдер и сварочная головка конструктивно разделены.

Для сварки экструдер и сварочная головка соединены между собой транспортировочным подогреваемым шлангом, который осуществляет подачу расплава присадочного полимерного материала в зону сварки (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа II

5.3.2 Для сварочного процесса с периодической подачей расплава в оборудовании II типа расплав присадочного материала извлекается из экструдера и перемещается в зону сварки с помощью ручного приемного приспособления (см. рисунок 2).

5.3.3 Оборудование II типа имеет высокую производительность, его рекомендуют применять в стационарных условиях из-за его размеров.

5.3.4 В качестве присадочного материала следует применять гранулированный материал.

5.4 Оборудование III типа

5.4.1 Оборудование III типа состоит из устройства подачи сварочного прутка, нагревательной камеры и системы предварительного нагрева поверхностей свариваемых деталей (см. рисунок 4).

5.4.2 Сварочный пруток поступает в нагревательную камеру, где происходит его расплавление с дальнейшим продавливанием расплава в зону сварки к сварочной насадке.

5.4.3. Оборудование III типа, как правило, компактнее оборудования I и II типов, но имеет меньшую производительность, его рекомендуют использовать для сварки тонкостенных изделий.

Рисунок 4 - Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа III

6 Требования к форме сварных швов

6.1 Сварные швы, выполненные экструзионной сваркой, должны соответствовать следующим требованиям:

- перекрещивающиеся сварные швы должны располагаться в шахматном порядке;

- расстояние между сварными швами должно быть не менее чем в три раза больше ширины сварного шва, но не менее 50 мм (см. рисунок 5);

Сварка листового полипропилена строительным феном и экструдером

Одним из самых распространенных методов соединения полипропилена является его сварка. Такая технология является самой востребованной и эффективной, это объясняется термопластичностью и прочностью материалов. Сварка листового полипропилена происходит вследствие их соединения встык или под прямым углом. Для соединения также можно использовать экструдер, фен или стыковой сварочный станок.

Лист полипропилена: природа материала для заготовки

Данный материал производится путем выдавливания гранул вещества полимера из специальных отверстий. Такая технология позволяет получить в итоге лист любой длины и ширины. Сам лист полностью состоит из гранул. Покрытие такого материала может быть или глянцевым или матовым, если лист покрыт глянцем, то сверху накрывается пленкой.

Основными преимуществами полипропилена является:

диэлектричность;
достаточная гидрофобность;
стойкость к стиранию;
химическая прочность.

Благодаря особым характеристикам сварка листов полипропилена не представляет самой объемный процесс и отличается доступностью. Весь процесс сварки заключается в доведении краев материала до вязкого состояния и сильно прижатия друг к другу. Такой механизм поможет получить в последующем цельную деталь.

Принцип действия

Сварочный экструдер — специализированный аппарат для так называемой экструзионной сварки, которая применяется для соединения полимерных материалов различных классов — полиэтилена высокой (ПВД) и низкой (ПНД) плотности, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и других наиболее часто применяемых в быту и промышленности пластиков.

Экструзионная сварка — это процесс соединения полимерных материалов с помощью расплавленной до консистенции густой сметаны массы из материала, однородного со свариваемыми или схожего с ними по физико-химическим свойствам.

В отличие от более известной сварки металлов, соединение деталей из пластмассы экструзией не подразумевает расплавления кромок соединяемых деталей, хотя нагрев до определенной степени все равно происходит.

Шов образуется при отвердевании и схватывании с кромками полурасплавленной экструдированной массы. При этом достигается высокая прочность сварного соединения — до 0,8 от прочности основного материала.

Сварка пластика экструдером наиболее часто применяется в сантехнике — для соединения водопроводных труб, в строительстве, при различных работах, целью которых является изготовление любых пластиковых конструкций — баков, понтонов, теплиц.

Изготовление экструдируемой массы осуществляется либо из полимерных гранул — исходного материала для создания любых пластиков, либо из так называемых присадочных прутков, которые перемалываются до гранулированного состояния внутри самого экструдера.

В роли прутка в некоторых (не во всех) моделях может выступать узкий отрезок того же материала, который планируется сварить. Например, при сварке изделия из полипропиленовых листов можно применять в качестве прутка ненужный отрезок полипропилена, но не другого пластика.

Большинство сварочных экструдеров западного производства предназначены для использования с присадочным материалом от того же производителя. Отечественные разработки менее требовательны к присадке. Ручной сварочный экструдер в обиходе часто называют экструзионным пистолетом.

Экструдер для сварки полипропиленовых листов — Металлы, оборудование, инструкции

Способы сварки полиэтиленовых труб

Сварные соединения на полиэтиленовых трубопроводах можно получить несколькими способами:

Раструбный метод с использованием фитингов.
Сварка встык. Требуется специальное оборудование. Метод является наиболее применяемым при монтаже полиэтиленовых труб диаметром более 110 мм.
Сварка экструдером. Удобно использовать для изменения направления трубопровода без дополнительных фитингов.
Электросварка с использованием специальных фитингов.

Все перечисленные способы сварки полиэтиленовой трубы основаны на молекулярной диффузии (взаимное проникновение, смешивание) полимера при нагревании его до температуры плавления. Отсюда название методов – диффузионные.

Обратите внимание! Для качественного соединения требуются детали из одного производителя! Только это может гарантировать полную идентичность соединяемых полимеров.

Раструбный метод

Выполняется раструбная сварка полиэтиленовых труб с использованием специальных соединительных фитингов.

Инструменты для сварочных работ:

труборез;
фаскосниматель;
калибратор;
сварочный аппарат с регулируемым нагревом для полимерных материалов;
набор соответствующих насадок для нагревания трубы и фитинга.

Обратите внимание! Если работы проводят при минусовой температуре, то время нагрева соединяемых элементов увеличивают на 1-2 секунды от норматива.

Сварка в раструб выполняется следующим образом:

Трубу нарезают на необходимые сегменты.
Край, который планируют соединять, обрабатывают фаскоснимателем до получения непрерывной стружки, равной по длине двум окружностям.
Калибруют до получения идеальной окружности.
Протирают детали и обезжиривают.
Закрепляют сварочный аппарат на устойчивую подставку и нагревают. Температуру регулируют при помощи штрих кода фитинга. Если аппарат не оснащен подобной функцией, то температуру нагрева выставляют в 210 градусов. Когда сварочник нагреется до заданной температуры, на нем загорится индикатор.
Одновременно на насадки электросварочного аппарата надевают трубу, соединительную муфту и нагревают.
Снимают разогретые детали и соединяют физическим усилием.
Фиксируют неподвижно до остывания.

Обратите внимание! Сварочное соединение враструб для полиэтиленовых материалов используют на трубопроводах с небольшим диаметром и толщиной стенки до 5 мм.

Этот метод в частном строительстве не находит большого распространения, так как затратен, требует специального оборудования. Соединение на пресс-фитингах проще и достаточно надежно для индивидуальных водопроводных или отопительных коммуникаций.

Сварка встык

Соединение встык проводят для деталей, толщина стенки которых более 5 мм Работы проводят чаще всего на магистральных трубопроводах. Оборудование для такой сварки кардинально отличается от сварки в раструб.

Центратор – устройство для неподвижного, соосного закрепления соединяемых концов труб. Имеет два неподвижных и два передвигающихся зажима.
Торцеватель – инструмент для обработки среза. Подготовленные срезы должны соприкасаться друг с другом полностью. Допустимый зазор составляет не более 0,5 мм, для трубопроводов большого диаметра это расстояние допустимо увеличить до 0,7 мм. Если зазор при примерке больше, то трубы вновь следует обработать.
Сварочный аппарат для торцевой сварки. Он представляет собой нагревательную пластину, покрытую тефлоном.
Специальный привод, который сближает и соединяет оплавленные концы трубопровода. Есть гидравлические или механические разновидности.
Редукционные вкладыши, которые противодействуют деформации мягкой полиэтиленовой трубы.
Блок управления, если процесс автоматизирован.

Сварку проводят в автоматическом режиме. Алгоритм операций следующий:

В результате манипуляций должно получиться герметичное соединение с внешним наплавленным валом.

Обратите внимание! Отход от технологии грозит перегревом материала и образованием внутреннего наплыва. Это уменьшает проходимость трубопровода и считается браком в работе.

Сварка встык является недорогой (при наличии собственного оборудования) и повсеместно используется при монтаже централизованных магистралей. Для прокладки индивидуальных коммуникаций оборудование можно взять напрокат.

Сварка экструдером

Сварка с использованием экструдера (специальный инструмент для расплавления гранулированного полимера) применяется в промышленном строительстве для монтажа криволинейных трубопроводов. Это удешевляет работы, поскольку не требует соединительных фитингов.

Соединение полиэтиленовых труб экструдером схематично выглядит так:

Трубы обрезают под необходимым углом, очищают от стружки и заусенец.
Ветошью стирают грязь с места среза, обезжиривают раствором на спиртовой основе.
Вручную сводят срезы встык и фиксируют в необходимом положении точечной сваркой – прихватывают.
Тщательно проваривают шов экструдером.

Обратите внимание! Экструдер расплавляет органический полимер, что в результате может выглядеть не слишком аккуратно. Не следует трогать мягкую пластмассу руками. Следует дать ей остыть, после чего можно ножом и наждачной бумагой зачистить полученный шов.

Сварка электросварными фитингами

Монтаж при помощи электросварных фитингов требует закупки дорогостоящих комплектующих. Для работы потребуется особый сварочный аппарат без нагревающегося сегмента.

Электросварные фитинги – это детали для соединения труб из полимерных материалов, внутрь которых вмонтированы нагревательные элементы для расплавления внешней части трубы и внутренней части фитинга. Результатом является сплавление составляющих в одно целое. Для подключения к сварочному аппарату на детали есть готовые контакты.

По технологии выполнения работ монтаж трубопровода на электросварных фитингах является самым простым. Достаточно вставить концы соединяемых труб в фитинг и подсоединить его к сварочному аппарату. Процесс нагрева, расплавления материала трубы и муфты является автоматическим. Для этого на каждой детали имеется особый штрих код с информацией о температуре и времени нагрева.

Недостаток у этого метода соединения полиэтиленовых труб один – его дороговизна.

Термопластик, полипропилен и прочие виды пластика получили широкую популярность в нашем быту, машиностроении и т.д. Нагрев пластик ему можно придать необходимую форму или произвести сварку. Каждый вид пластика имеет свою характеристику, и нуждается в определенном виде прутка.

Если необходимой информации о пластике нет, тогда пруток подбирается методом проб. Для этого необходимо:

Выбрать насадку для фена нужной формы;
Рабочую поверхность необходимо тщательно очистить от любого рода загрязнений и масел;
Установить на фене необходимую для прутка температуру. Прежде чем приступить к работе, дайте фену хорошо нагреться;
Пропустить пруток через насадку и соприкоснуться с поверхностью;
Проварите несколько сантиметров пластика;
Отрежьте пруток. При этом необходимо оставить небольшой хвост в 2 см.;
Дайте сварочному материалу высохнуть и попробуйте его оторвать. Если пруток оторвался, значит этот вид вам не подходит, если он остался на месте, значит можно продолжать сварку.

Подготовка рабочей поверхности

Несложные инструкции обеспечат надежное и прочное соединение.
Сварка при помощи прутка может происходить с наружной или с внутренней стороны. Если на поврежденной детали есть декоративный элемент и сварочный шов проходит через нее, то ее нужно удалить, чтобы иметь полный доступ к шву. Чаще всего элементы крепятся при помощи клея, который под воздействием горячего воздуха размягчается.

Подготавливаем шов

Для подготовки шва к сварочным работам проделывают канавку V-образной формы под углом в 90 градусов, при этом необходимо помнить, что ее глубина должна быть максимум 2/3 толщины самого материала. Хороший результат подготовки шва дает шлифовальная машинка или дрель на больших оборотах. При низких оборотах дрель может просто выскочить из обрабатываемого шва.
Для безопасности глаз перед работой необходимо одевать очки.
Когда шов будет расчищен, примерьте пруток, он должен входить в шов оставляя над поверхностью 1-2 мм. Если пруток меньше шва, тогда необходимо несколько подходов.

Как избежать распространения трещины?

Чтобы трещина не распространялась дальше, в конце трещины нужно сделать небольшое отверстие с диаметром не более 3мм.
Сварочный пруток позволяет не только устранить трещины, но и сварить два отдельных элемента, к примеру, при сварке бассейнов или если в ремонтируемой детали есть дыра.

Процесс сварки

При сварке пластиковых элементов очень важно помнить. Что добиться прочного и надежного соединения возможно только в случае соединении материалов, выполненных из одного и того же материала и с применением правильного прутка.
Прежде чем приступить к сварочным работам пруток необходимо заточить под карандаш. Теперь необходимо надеть насадку и установить нужную температуру, согласно выбранному прутку и материалу.
Пару секунд разогрейте при помощи фена рабочую область шва. Теперь вставляем пруток, при этом он должен выступать из насадки примерно на 50мм. Сварочный аппарат необходимо держать так, чтобы он располагался параллельно обрабатываемому шву. Когда пластик начинает греться, выдавливаем сварочный пруток в шов.

Сварка пластмасс

Сварка - наиболее экономичный, технологичный, а зачастую и безальтернативный способ соединения деталей из пластмасс. Сварка пластиков не только обеспечивает высокое качество соединений, но и легко реализуется в самых различных условиях - как массового, так и единичного производства, в промышленности и быту.

Сварка пластмасс

Существует большое количество способов сварки пластиков. Все их можно условно разделить на две группы: соединение деталей путем нагрева их поверхностей до вязкотекучего состояния и сварка без использования нагрева или с нагревом, но ниже температуры вязкотекучести - с помощью растворителей.

Наибольшее распространение получила сварка с нагревом до температуры вязкотекучести. В зависимости от вида потребляемой энергии, способа ее преобразования и ввода в контактную зону, существуют следующие виды сварок пластмасс с нагревом:

нагретым газом;
расплавленной присадкой;
нагретым инструментом;
световым, инфракрасным или лазерным излучением;
ультразвуком;
трением;
токами высокой частоты.

По своему поведению при нагревании и способности к свариваемости с помощью тепла, полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Первые при нагреве до вязкотекучего состояния не претерпевают сколько-нибудь существенного химического изменения. Их можно многократно нагревать, доводить до размягчения и снова возвращать в исходное состояние без нарушения их структуры и свойств. Большинство полимером относятся к термопластам. Реактопласты, при переработке в изделие, под воздействием нагрева претерпевают необратимые изменения и навсегда теряют способность переходить в вязкотекучее состояние. Их нельзя сваривать нагревом.

Процесс сварки полимеров состоит из нескольких последовательных этапов:

подвода и преобразования энергии, обеспечивающей активацию свариваемых поверхностей;
взаимодействия активированных поверхностей при контакте друг с другом;
формирования структуры материала в зоне контакта.

Стадия взаимодействия свариваемых зон является самой важной для прочности соединения. При вязкотекучем состоянии происходит перемешивание слоев расплава, в результате чего граница раздела исчезает, и обеспечивается более высокая прочность соединения, чем при высокоэластичном состоянии. Соединение образуется быстро, особенно при таких видах сварки, как ультразвуковая и высокочастотная.

Сварка нагретым инструментом

Самым простым способом подвода тепловой энергии является контакт свариваемых поверхностей пластмасс с нагретым инструментом. Благодаря простоте технологического процесса, дешевизне оборудования и оснастки, сварка нагретым инструментом, называемая также контактно-тепловой или термоконтакной сваркой, используется очень широко. Ее применяют для соединения труб, изготовления различных емкостей, деталей машин, конструкций и т.п.

Наибольшее применение нашел способ прямого нагрева. Соединение при нем образуется в два этапа:

разогрев (оплавление) соединяемых поверхностей плотно прижатым нагретым инструментом для сварки;
контакт нагретых поверхностей свариваемых деталей с определенным усилием и выдержка под давлением до охлаждения деталей.

Этапы сварки полимерных труб

Разогрев должен обязательно приводить к оплавлению свариваемых торцов на определенную глубину. При этом расплавляются все неровности, и обеспечивается плотный контакт деталей, необходимый для перемешивания слоев материала и образования прочного соединения.

Время между удалением инструмента и сжатием свариваемых деталей должно быть как можно меньше, в противном случае снижается прочность шва из-за быстрого охлаждения свариваемых поверхностей.

К основным технологическим параметрам сварки пластмасс нагретым инструментом относятся:

температура нагревателя;
продолжительность нагрева;
давление оплавления (усилие прижатия инструмента к детали);
давление осадки (усилие сжатия свариваемых деталей);
продолжительность выдержки давления после сварки.

В нижеследующей таблице приведены примерные параметры режима сварки полипропиленовых и полиэтиленовых труб нагретым инструментом.

Режим сварки полипропиленовых и полиэтиленовых труб

Перед сваркой контактирующие поверхности деталей необходимо очистить от посторонних веществ и загрязнений, препятствующих соединению - пыли, масла и др. Для обезжиривания могут использоваться ацетон или спирт. При необходимости применяется торцовка (срез неровностей соединяемых кромок) с удалением образовавшейся стружки.

В некоторых случаях рекомендуется путем механической зачистки удалять верхний слой, насыщенный окисленным полимером и другими продуктами окисления, образовавшимися под действием солнечного света и кислорода воздуха.

Кроме способа прямого нагрева, когда нагретый инструмент непосредственно контактирует со свариваемой деталью, применяется и сварка косвенным нагревом (с использованием промежуточного материала, подвергаемого нагреву), а также сварка с закладными нагревателями. В последнем случае в соединяемую часть (электромуфту, например) закладывается нагревательный элемент (специальная металлическая проволока), нагревающийся при пропускании через него электрического тока и расплавляющий окружающий его полимер.

Оборудование для сварки нагретым инструментом. К наиболее простому оборудованию для сварки нагретым инструментом относятся сварочные аппараты для сварки полимеров, предназначенные для сварки труб встык и враструб. Первые используются для оплавления плоских поверхностей, чаще всего торцов труб при стыковой сварке. Однако их можно использовать для сварки любых деталей, имеющих плоскую контактную поверхность.

Аппараты для сварки полимерных труб встык

Аппарат для сварки полимерных труб враструб

Работа со сварочными аппаратами для сварки встык проста. После установки температурного режима и разогрева инструмента, подготовленные кромки соединяемых деталей прижимаются к разогретой поверхности с двух сторон. После разогрева и оплавления поверхностей, детали прижимаются друг к другу с определенным усилием и выдерживаются в таком положении до охлаждения шва (подробнее см. в статье Сварка полиэтиленовых труб).

У аппаратов для сварки враструб происходит разогрев наружной поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга или раструба трубы. Диаметры нагревательных втулок (муфт) и штифтов (дорнов) подобраны таким образом, чтобы при соединении трубы с фитингом обеспечивался натяг, необходимый для образования прочного и герметичного соединения. После установки температурного режима и разогрева инструмента, соединяемые детали трубопровода устанавливаются с двух сторон на нагретую оправку - фитинг надевается на штифт (дорн), труба вставляется во втулку (муфту). После выдержки необходимого для нагрева времени, детали снимаются с оправки и соединяются друг с другом (подробнее см. в статье Сварка полипропиленовых труб).

Нередко для сварки пластмасс используют обычные электропаяльники, которые особенно хорошо подходят для разогрева кромок маленьких деталей.

Сварка нагретым газом

При сварке нагретым газом, разогрев соединяемых деталей осуществляется теплом газов, исходящих из сопла горелок или термофенов (строительных фенов) различных конструкций. В качестве газа-теплоносителя могут использоваться воздух, аргон, углекислый газ, азот, продукты горения горючих газов.

Вид используемого газа зависит от свойств свариваемых пластмасс. Наиболее экономичным является воздух. Для пластмасс, сильно подверженных воздействию кислорода, наиболее высокую прочность соединения обеспечивают азот и аргон.

Благодаря дешевизне оборудования, возможности соединять детали любых размеров и конфигураций, простоте и удобству пользования, сварка нагретым газом используется очень широко. С ее помощью сваривают в основном конструкции из материала толщиной от 1,5 мм - трубы, химическую аппаратуру, всевозможные емкости и пр.

Технология сварки пластмасс нагретым газом предусматривает два способа получения соединения: с применением присадочного материала и без использования присадочного материала.

В первом случае в качестве присадки используется пруток диаметром 2-6 мм или полоса. Присадка изготавливается из того же материала, что и соединяемые детали. Иногда для повышения пластичности и текучести в неё добавляют пластификаторы.

Схемы сварки пластмасс присадочным прутком: а - сварка без насадки, б - сварка с насадкой для твердых термопластов, в - сварка с насадкой для мягких термопластов, г - сварка с насадкой для твердых и мягких термопластов. 1а - стандартное сопло, 1б - производительное сопло, 2 - основной материал, 3 - прижимной ролик, 4 - присадочный пруток, 5 - направляющий канал, P - направление давления на присадочный материал, V - направление сварки.

К основным технологическим параметрам сварки нагретым газом с использованием присадочного материала относятся:

расход и температура газа;
материал и размеры сечения присадочного прутка;
угол наклона подаваемого в разделку прутка;
усилие прижима присадки;
угол наклона горелки к плоскости детали;
скорость сварки.

Температура газа на выходе из сопла должна быть на 50-100°C выше температуры вязкотекучести свариваемого материала.

Расстояние между поверхностью сварного шва и соплом наконечника нужно поддерживать постоянным, равным 5-8 мм.

При угле наклона присадочного прутка больше 90° пруток, уложенный в шов, удлиняется (при охлаждении может лопнуть). Так сваривают полипропилен. При угле наклона меньше 90° пруток разогревается быстрее основного материала и на участке большей длины. Расход прутка увеличивается из-за его осадки при укладке в шов. При этом в шве возникают внутренние напряжения из-за продольного сжатия, и пруток изгибается с образованием на его поверхности волны. Прочность сцепления прутка с кромками уменьшается, и его можно легко отделить. Перед сваркой пруток нагревают, отгибают под прямым углом и охлаждают на воздухе.

Наклон присадочного прутка

Сварка нагретым газом

Угол наклона оси горелки к плоскости изделий в начале сварки должен составлять 55-65°, в дальнейшем уменьшаться до 45°.

Струя газа должна быть направлена на основной материал, поскольку его масса больше массы присадочного материала.

Скорость сварки колеблется в широких пределах в зависимости от марки свариваемого материала и его толщины и может составлять от 4 до 15 м/ч.

Стыковые швы материала толщиной менее 4 мм выполняют без разделки кромок. В отношении более толстых материалов применяют одностороннюю или двухстороннюю разделку.

Горелки и термофены. В качестве оборудования для сварки нагретым газом применяются газовые горелки и термофены, в которых газ-теплоноситель нагревается в результате сгорания горючего газа или от нагревательного элемента, по которому пропускается электрический ток. Сварка пластиков феном, благодаря своей простоте, удобству пользования и дешевизне, широко используется в домашних условиях. Термофены бывают двух типов: с подачей газа от внешнего источника (компрессора, баллона или сети) и с вентилятором, вмонтированным в корпус самого фена.

Термофен с вентилятором и термофен с подачей газа от внешнего источника

Для оптимального распределения газа по сварному шву применяются различные насадки.

Сварка экструдером

При сварке термопластов расплавом, для образования шва используется теплота расплавленного присадочного материала, подаваемого в зону сварки из специального аппарата. В качестве последнего используются экструдеры или пистолеты с нагревателем, через которые непрерывно подается присадочный пруток.

Схема работы сварочного экструдера

Сварочный экструдер

Для того чтобы сварка могла осуществляться, температура выходящего расплава должна быть на 40-50°C выше температуры текучести свариваемого материала.

Схема сварки расплавом может быть бесконтактной и контактно-экструзионной. При первой аппарат для сварки не контактирует со свариваемыми деталями, прикатка присадки осуществляется прижимным роликом. При контактно-экструзионной сварке сопло инструмента касается соединяемых деталей. При такой схеме уменьшаются потери тепла, обеспечивается теплопередача от инструмента к свариваемым деталям (в дополнение к теплу присадки) и не требуются дополнительные прижимные устройства.

Схема бесконтактной (а) и контактно-экструзионной (б) сварки расплавом: 1 - мундштук экструдера, 2 - свариваемые детали, 3 - прикатывающий ролик.

Сварка полиэтилена и полипропилена

По разнообразию областей применения и масштабам промышленного производства, полиэтилену и полипропилену принадлежит первое места среди всех остальных термопластов. Это обусловлено целым рядом факторов - ценными техническими свойствами материалов, легкостью их переработки в различные изделия, наличием дешевого сырья. Область применения этих материалов огромна: изготовление труб, пленок, изоляции, строительных деталей, контейнеров, емкостей и множества других изделий.

Для полипропилена и полиэтилена подходят не все способы сварки. В частности, невозможна сварка полиэтилена и полипропилена токами высокой частоты - из-за особенностей поведения их молекул в электрическом высокочастотном поле. Не свариваются они и растворителями - из-за слабого набухания в них.

Для полиэтилена, относящегося к мягким пластмассам, не подходит ультразвуковая сварка из-за малого модуля упругости и высокого значения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний.

Наиболее широко для сварки полипропилена и полиэтилена применяется сварка нагретыми инструментами, газами и расплавленной присадкой (экструдерами).

Сварка пластмасс с помощью растворителей

Сварка растворителями представляет собой ряд последовательных операций: смачивание соединяемых поверхностей растворителем, ожидание пока полимер набухнет и станет липким, приведение деталей в контакт и выдержка под давлением до того момента, когда шов затвердеет. Сварка пластмасс с помощью растворителей обычно используется для соединения пластмассовых деталей из аморфных термопластов, так как частично кристаллические термопласты имеют хорошую стойкость к действию растворителей.

Обе пластмассовые детали просто прижимают к губке или войлочной прокладке, предварительно пропитанной растворителем. Количество растворителя должно быть минимальным, чтобы исключить образование потеков и возможно трещин. После нанесения растворителя пластмассовые изделия должны быть немедленно приведены в контакт и выдержаны в таком состоянии короткое время для набухания без чрезмерной потери легколетучего растворителя. Затем детали сжимаются и под давлением находятся в течение требуемого времени, от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от конструкции соединения и выбранного растворителя. После, в течение нескольких часов соединение достигает прочности соединяемых материалов. Для ускорения испарения растворителя может быть использован нагрев деталей.

Подлежащие соединению с помощью растворителя пластиковые изделия должны быть отлиты под давлением с минимальными остаточными напряжениями, и они во многих случаях подвергаются отжигу перед сборкой. Литники должны быть расположены вдали от зон соединения.

Сварка с помощью растворителя - относительно простой и недорогой метод, но из-за вреда растворителей для здоровья он применяется только в тех случаях, когда другие методы сварки непригодны.

Видео:

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

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

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: