Пластиковые трубы и фитинги позволяют создавать водораспределительные, канализационные и отопительные системы любой сложности. Они не подвержены коррозии, на них не оседают известковые и солевые отложения, что делает систему гигиеничной и долговечной. Неразъемные герметичные соединения выполняются исключительно специализированными сварочными аппаратами – по сути, электрическими паяльниками не совсем привычной формы.
Технология очень быстрая: всего через несколько минут после соединения разогретых в сварочном аппарате деталей они остывают и их можно монтировать, подавать жидкость под давлением и т. д. Но, есть и оборотная сторона медали: монтажнику приходится действовать быстро: соединять снятые со сварочного аппарата трубы и фитинги буквально за секунды! Причем, не допуская их проворачивания, друг относительно друга. Так называемая «технологическая пауза», по истечении которой выравнивать соединение уже нельзя, весьма коротка. Для правильной взаимной ориентации на фасонных деталях использу¬ются вспомогательные маркировки, а на трубах - цветовые продольные полосы.
Сварное пластиковое соединение может быть стыковым и муфтовым.
В первом случае происходит сжатие (механическое или гидравлическое) предварительно разогретых соединяемых поверхностей.
Во втором (его еще называют раструбной сваркой), труба и фитинг разогреваются специальными насадками, а затем вставляются друг в друга. Этот вид соединения встречается чаще, особенно в бытовых условиях.
Форма нагревательного элемента может быть дискообразной или мечевидной - в зависимости от того, для какого способа соединения термопластичных труб предназначен данный сварочный аппарат (его еще называют паяльником). Первый вариант используется при стыковой сварке: плоский дисковидный рабочий элемент вводится между торцами соединяемых труб. Второй способ применяется при муфтовой (раструбной) технологии, когда на соосные цилиндрические насадки (штырь, он же дорн, и гильза; их еще называют «парой») нагревательного элемента строго одновременно насаживаются соответственно труба и муфта (фитинг). В ряде моделей для раструбной сварки применяется сдвоенная рабочая поверхность, позволяющая разогревать одновременно две пары деталей.
Если быть точным в формулировках, то муфтовая (раструбная) сварка по всем правилам именуется «контактной сваркой труб профильным нагретым инструментом в раструб». Основная область применения этого метода - сварка полипропиленовых труб и фитингов для внутренних систем водоснабжения и отопления.
Геометрия полипропиленовых труб и фитингов описывается стандартом DIN 16962, а размеры инструмента для раструбной сварки определяются немецким стандартом DIN DVS 2208-1, причем они приведены для муфты и дорна, нагретых до рабочей температуры.
Раструбный (муфтовый) способ сварки рекомендовано применять для труб диаметром 63 мм и менее, а более толстые и/или толс¬тостенные (стенки более 4 мм) трубопроводы лучше варить встык, при этом, по возможности, фиксируя их в сварочных тисках. Впрочем, стандарт DIN DVS 2208-1 предлагает использовать раструбный инструмент для труб диаметром до 40 мм, а для изделий диаметром более 50 мм - использовать механические центрирующие приспособления. Помимо всего прочего, мощные хомуты центратора могут компенсировать овальность соединяемых труб, даже толстостенных. Вот только эти приспособления достаточно дороги, поэтому в нашей стране высок спрос на ручные паяльники (в просторечии «утюги») с насадками диаметром до 125 мм, а для толстых труб центрирующим приспособлением служат две (и более) пары рук.
Обычно, корпуса нагревательных элементов изготавливают из устойчивого к коррозии алюминиевого сплава, но применяется и нержавеющая сталь. У большинства сварочных аппаратов нижнего ценового сегмента в нагревательной поверхности скрыты два независимо питаемых одинаковых нагревательных элемента. По сути, один из них запасной. Впрочем, для ускорения разогрева холодного аппарата можно включить их одновременно, но по достижении рабочей температуры один обязательно следует выключать.
Эмпирический расчет требуемой мощности нагревательного элемента сварочного аппарата предельно прост: если умножить диаметр обрабатываемой трубы, в миллиметрах, на 10, то получится нужная мощность в ваттах. Линейка наиболее распространенных значений мощности сварочных аппаратов для пластиковых труб выглядит так: 750,1500, 2000 и 2400 Вт. Режим работы - S1 (по ГОСТ 183-74 - продолжительный).
Температура рабочих поверхностей сварочного аппарата обычно регулируется в пределах от 150 до 320 °С механическим (на основе биметаллического элемента) или электронным термостатом. Для работы с полипропиленом, обычно, выставляется температура 260 °С, а для полиэтиленовых труб достаточ¬но 220 °С. Обычное время нагрева инструмента до рабочей температуры составляет до 10 минут. Желательно соблюдение точности нагрева до ±5 °С.
Механический терморегулятор с биметаллической пластиной такой точности обеспечить, как правило, не может - у него огромная инер¬ционность. Капиллярный термостат, чувствительный элемент которого размещается внутри нагревателя, чуть лучше: он удерживает колебания температуры в пределах 5-10 °С. Лучше всех, очевидно, с указанной задачей справляется микропроцессорный терморегулятор, измерительным преобразователем у которого выступает высокоточный терморезистор. Он же является и самым дорогим, но это не тот случай, когда нужно экономить.
При помощи микропроцессора достигается автоматическая термостабилизация высокой точности. Компьютер используется и для считывания кодов труб и фитингов с последующей передачей протокола сварного соединения через порт USB.
Система контроля процесса в дорогих моделях может отслеживать такие параметры, как сварочные напряжение, сопротивление и ток, входное напряжение, контакт, короткое замыкание, температуру окружающего воздуха и аппарата, состояние памяти, а также напоминать о необходимости очередного технического обслуживания.
При температуре выше 260 °С возможна деградация, как полипропилена в зоне сварки, так и антипригарного покрытия насадок. При более низкой температуре резко растет время нагрева до достижения нужной степени пластичности и возникает вероятность сквозного прогрева трубы/фитинга с последующей потерей жесткости детали. По этой причине лучше замерить температуру прогретых рабочих поверхностей сварочных насадок на новом паяльнике с помощью контактного термометра.
При любой технологии сварки торцы труб и/или фитингов должны быть плоскими и располагаться перпендикулярно продольной оси соединяемых деталей. Даже небольшие отклонения могут привести к значительному снижению качества сварки. Обычно отклоне¬ние продольной оси обрабатываемой детали от осевой линии сварочного аппарата не должно превышать 5°. В некоторых случаях (особенно на изделиях достаточно больших диаметров) необходимо снятие фасок. Для обработки торцов применяются специальные инструменты - торцеватели (что-то вроде дисковых рубанков), а для изготовления фасок имеются фаскосниматели. Глубина реза ножа торцевателя не должна превышать 0,2 мм, в этом случае обеспечивается максимально плоская форма торца обрабатываемой детали. Дополнительный положительный эффект торцевания - очистка контактной поверхности от загрязнений.
По европейским стандартам глубина фаски должна составлять 2-3 мм при наклоне 15°, но у нас применяются иные требования - треть толщины стенки трубы и 45° наклона.
На практике приемлемо и то, и другое.
При работе с металлопластиковыми трубами (когда между слоями полипропилена находится промежуточный слой алюминиевой фольги) перед сваркой необходимо убрать металлический слой. Для этого используется специализированный инструмент шейвер (в обиходе порой именуемый «зачисткой»), удаляющий верхний слой полипропилена и лежащий под ним слой металла. Кроме ручных, существуют также шейверы в виде насадки на шуруповерт, которые значительно облегчают жизнь мастера и повышают производи¬тельность его труда.
Диаметр обрабатываемых труб может лежать в пределах 16-250 мм. Диаметры типовых сменных насадок для муфтовой сварки составляют 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 мм.
Иногда насадки покрываются тефлоном (как вариант - металлизированным), исключающим пригорание оплавляемого материала и облегчающим их очистку после выполнения сварочного цикла. Металлизированный тефлон более долговечен, но насадки с таким покрытием дороже, что вполне естественно. При нетиповой геометрии труб применяются муфты и дополнительные фитинги соответствующей формы Трубы и фитинги выпускаются из следующих материалов: полиэтилен (РЕ, ПЭ), полипропилен (РР, ПП), полибутадиен (РВ, ПБ), поливинилхлорид (PVC, ПВХ) и поливинилиденфторид (PVDF, ПВДФ). На нашем рынке наиболее распространены изделия из ПП и ПЭ, а вот ПВДФ встречается редко в силу своей дороговизны.
Для надежной фиксации соединяемых деталей применяются сварочные тиски, которые также способствуют обеспечению лучшей соосности свариваемых труб, позволяя сжимать их с контролируемым усилием. Механизм сжатия может быть гидравлическим, но в бо¬лее простых моделях это обычный винтовой привод. Устройство автоматического отрыва нагревателя позволяет своевременно, быстро и аккуратно разъединять свариваемые трубы и нагревательный элемент.
При стыковой сварке для достижения максимально возможного теплового контакта между торцом трубы и зеркалом нагревательного элемента необходимо прижимать их друг к другу с определенным усилием. Оно зависит от материала трубы, ее диаметра и толщины стенок (ориентировочно для полиэтилена низкого давления требуется 1,5 кгс/см2, а для полипропилена 1,0 кгс/см2). По мере пластификации детали по периметру ее торца под воздействием осевого давления образуется валик, именуемый гратом. При чрезмерном осевом давлении грат может получиться слишком объемистым, сужая рабочее сечение трубопровода.
Перед муфтовой сваркой стоит убедиться, что в холодном состоянии труба в фитинг не входит – это обязательное условие получения качественного стыка.
Гильзы и дорны для нагревательного элемента изготавливаются с конусностью в 0, 5°, так, что диаметр их рабочей поверхности совпадает с номинальным диаметром трубы фитинга лишь в средней части.
Это делается для того, чтобы труба в гильзу, а фитинг на дорн вставлялись с определенным усилием. Опытный мастер чувствует момент, когда вставляемая в гильзу труба вошла до упора (передавливать - нежелательно из-за риска образования слишком большого грата, уменьшающего пропускную способность магистрали). Менее уверенным в себе работникам лучше замерить глубину гильзы и сделать соответствующую отметку на трубе. Недостаточное введение трубы по глубине чревато образованием кольцевой зоны с меньшей толщиной стенки, что, для коммуникаций под давлением, может стать причиной прорыва.
У сварочных насадок непременно должен быть сквозной воздушный канал. При его отсутствии фитинг-заглушку на дорн просто не надеть - сжатый воздух не пустит. Проверить качество тефлонового покрытия насадок проще всего пастой из шариковой ручки - она не должна прилипать к детали.
В комплект инструмента, предназначенного для интенсивного использования, помимо нескольких насадок и кейса для хранения и переноски входят, как правило, уровень, рулетка, резак для труб (ножницы или роликовый труборез), торцеватель, шейвер и термозащитные перчатки.
Секреты технологии сварки пластиковых труб
При первом использовании сварочного аппарата для пластиковых труб выгорает специальный защитный состав, которым на заводе-изготовителе покрывают некоторые детали, поэтому лучше осуществлять торжественный пуск в эксплуатацию на свежем воздухе или в проветриваемом помещении. Появляющийся при этом дымок и характерный запах - нормальное явление.
Перед нагревом деталей их необходимо обезжирить - если не спиртом, то хотя бы мыль¬ным раствором (в этом случае придется еще и просушить). Пренебрежение этой процедурой может привести к резкому ухудшению качества сварных швов.
При стыковой сварке отвод подвижной трубы, удаление сварочного зеркала и сведение торцов соединяемых труб следует выполнять максимально быстро, в срок, называемый временем перестановки. Затягивание процесса ведет не только к остыванию материала в зоне стыковки, но и к его окислению, что негативно влияет на качество шва. Время перестановки указывается в сварочных таблицах, которыми комплектуется каждый сварочный аппарат для пластиковых труб.
В момент контакта торцевых поверхностей труб, в процессе их сведения, скорость сближения должна быть минимально возможной, в идеале - нулевой. Соответственно, сразу после касания давление не должно быть значительным, иначе резко увеличится грат. По мере остывания прикладываемое усилие необходимо плавно увеличивать до необходимого давления охлаждения. При этом происходит смешение тонкого поверхностного слоя остывшего и окислившегося в ходе перестановки материала с глубинными слоями, что способствует более высокому качеству шва. Оптимальный период наращивания давления охлаждения называется временем осадки и также указывается в свароч¬ных таблицах.
После осадки давление прижима должно оставаться неизменным при комнатной температуре окружающего воздуха до полного охлаждения соединяемых деталей. Длитель¬ность такого процесса зависит от материала труб и приводится в сварочных таблицах. Ускорять остывание, тем более с применением холодной воды, нельзя: это ведет к внутренним напряжениям в толще шва и снижению прочности соединения.
При раструбной сварке временем перестановки называют временной интервал, необходимый для снятия фитинга и трубы соответственно с дорна и гильзы и введение трубы в фитинг до упора. Удержание соединяемых деталей в неподвижном состоянии до их частичного остывания происходит в течение времени фиксации, по окончании которого соединение перестает быть эластичным, и скорректировать его уже не удастся.
Удерживать детали вплоть до полного остывания не обязательно, но и нагрузку к ним прикладывать нельзя: соединение будет готово к ним лишь после полного остывания. Каждый раз, по окончании работы сварочным аппаратом для пластиковых труб, пока насадки еще не остыли, их обязательно надо очистить ветошью или деревянной лопаткой от налипших остатков пластика. Холодные насадки чистить нельзя во избежание повреждения антипригарного слоя. Охлаждать паяльник водой категорически запрещается, он должен остывать естественным путем, на воздухе.
