Паяльник пластиковых труб | Мегаобзор 2020 года технологии сварки нагретым инструментом в раструб | Сварка в раструб

Авторство и авторские права на статью принадлежат ООО «АДР-Технология» и автору статьи   Александру Жукову

Данная статья обновлена и дополнена 28.07.2020 года и представлена в двух частях – 1 часть.

При использовании материалов – обязательна активная ссылка на https://adr-tools.ru

1 Так где применяются трубы из полипропилена | Труба полипропиленовая это?

1.1 Труба из полипропилена (пп) или (рандом-сополимера пропилена, или PP-R) пользуются повышенным спросом для монтажа водопровода (горячее и холодное водоснабжение внутри зданий) и систем отопления. Эти трубы соединяются методом “сварки нагретым инструментом в раструб”.

Популярное название метода – “раструбная” сварка полипропиленовых труб, или сварка «в раструб» пп (или, как в старых нормативах, слитно «в раструб»). Прямое соединение двух труб производится с помощью фитинга, который называется муфтой, так же популярное название метода – «муфтовая» сварка пластиковых труб.

Популярное название оборудования – «аппарат» для раструбной (муфтовой) сварки полипропиленовых труб. Жаргонное - для ручных аппаратов – паяльник для пластиковых труб . Последнее, хотя и в корне неправильно, но прижилось.

1.2 Работоспособная технология сварки в раструб в настоящее время (2020 год) регламентирована только немецкими нормами DVS:

- раструбная сварка полиэтиленовых труб – DVS 2207-1

- технология сварки полипропиленовых труб – DVS 2207-11

- раструбная сварка труб из ПВДФ – DVS 2207-15

Перечисленные нормы предлагают подробные инструкции по сварке труб, от подготовки до технологических режимов.
Больше нет никаких других нормативных документов. Имеет смысл отдельно сказать о ПВХ .

1.3 ПВХ – поливинилхлорид -  жесткий материал и подверженный при нагреве “термодеструкции”.

 Трубы ПВХ  диаметров склеивают в раструб специальным клеем. Напорные ПВХ трубы можно сваривать, но только стыковой сваркой . А определение «паяльник для труб ПВХ» появилось и используется среди любителей, которые не делают разницы между ПП и ПВХ. Хорошо пусть будет “паяльник для труб ПВХ” , менеджер продаж понимает, что речь об аппарате для сварки в раструб.

Устройство аппаратов и спецификации самого нагретого инструмента для сварки в раструб регламентированы только немецкими нормами DVS, а именно DVS 2208-1 .

В России разработка и ратификация комплексного нормативного документа по сварке труб нагретым инструментом в раструб планировали в 2016 году. Но пока неизвестно, будет ли это ГОСТ или СТО . Документ в первом приближении уже готов и включает как устройство аппарата и сменного нагретого инструмента для сварки труб в раструб, так и инструкцию по сварке полипропиленовых, полиэтиленовых и ПВДФ труб. Режимы сварки представляют из себя в виде таблиц температуры и времени. Документ НЕ имеет инструкции по проектированию и монтажу водопровода или системы отопления, это отдельная тема!

1.4 Несмотря на отсутствие легитимного описания технологии и оборудования, сварка в раструб с давних пор рекомендована для различных трубопроводов некоторыми нормативами Российской Федерации:

СНиП 3.05.04-85* - (наружное водоснабжение и канализация) предлагают соединять полиэтиленовые (пп) трубы и фасонные части с помощью «сварки встык или в раструб» (п.3.58. СНиП). Без указания на ограничения метода или хотя бы на его суть. Трубы из других термопластов не упоминаются, потому и речь в документе идет только о наружных трубопроводах.

СП 40-102-2000 - (монтаж водоснабжения и канализации из полимерных труб) предлагает соединять полиэтиленовые, полипропиленовые и полибутеновые трубы «на сварке в раструб» (п.3.3.1 СП). Сварка в раструб рекомендуют «для труб наружным диаметром до 110 мм и стенками любой толщины» (п.7.3.2 СП). Стилистическая ошибка в цитате (если кто заметил) – не в счет. По поводу стенок любой толщины это ошибка принципиальная. Автор когда-то лично потратил время, подбирая режим сварки труб с тонкой стенкой. Оказалось, что сварка возможна только при быстром нагреве свариваемых поверхностей нагретым инструментом с температурой 280-290?С. Но при такой температуре любое тефлоновое покрытие нагретого инструмента довольно быстро разрушается. А если температура инструмента 260?С, оплавление поверхностей занимает больше времени, тогда труба успевает прогреться насквозь и теряет необходимую упругость. Кстати в самой инструкции по сварке или таблицы режимов в СП нет.

ВСН 003-88 - Миннефтегазстроя (ПЭ и ПП нефтепроводы) предлагает соединять ПЭ и ПП трубы «контактной сваркой нагретым инструментом встык или в раструб» (п.7.5.3.1. ВСН). Здесь даже приведена технология сварки полипропиленовых труб в виде таблицы времени сварки в зависимости от толщины стенки – время нагрева, технологической паузы и фиксации. И даже приведено вполне современное требование к температуре нагретого инструмента – 260±10°C. ВСН 003-88 – весьма уважаемый документ, хотя бы потому, что это один из первых в СССР (а именно, второй после ОСТ 6-19-505-79) документ, предлагающий внятную и работоспособную технологию стыковой сварки труб . Но таблица раструбной сварки полипропиленовых труб здесь неработоспособна, хотя бы потому, что предлагает трубы с толщиной стенки менее 3 мм греть в течение 3-8 секунд!

Нормальной практикой ограничения на применение сварки в раструб предлагают только нормы DVS: диаметры 16-125 мм с ограничением снизу по толщине стенки труб (см. п.2, Табл.1).

На практике технология сварки в раструб в подавляющем большинстве случаев применяется при монтаже водопровода и отопления из полипропиленовых труб (пп). А при монтаже водопровода и отопления из полипропиленовых труб в подавляющем большинстве случаев используется технологии раструбной ( муфтовой ) сварки.

1.5 Технология сварки полипропиленовых труб, технология сварки в раструб и пайка пластиковых труб (труб из полипропилена ) синонимы. Это обусловлено набором взаимодополняющих обстоятельств:

- Среди всех методов сварки пластмасс сварка труб в раструб – это самая простая для выполнения своими руками, в домашних условиях. 5 ограничений:

- сварка в раструб не работает на тонкостенных трубах

- с ростом диаметра выполнение сварки в раструб становится технически сложным и экономически нецелесообразным. Это наилучший метод сварки для толстостенных труб малых диаметров!

- Для водопровода и систем отопления внутри зданий требуются трубы малых диаметров из теплостойкого материала.

- Внутридомовые трубопроводы предполагают множество изгибов и ответвлений, которые организуются соединительными деталями – фитингами.

- ПП отличается низкой ценой, дешевле него – только совершенно не теплостойкий полиэтилен. Полипропилен довольно теплостойкий, хоть и уступает дорогому полибутену или еще более дорогому ПВДФ.

- При температурах 70-80°C полипропиленовые трубы имеют достаточную долговременную прочность только при большой толщине стенки. Этой толщины вполне достаточно для раструбной сварки.

Раструбная сварка полиэтиленовых труб технически не имеет противопоказаний. Проблема в том, что полиэтиленовые трубы, как правило, имеют более высокий SDR . Другими словами, полиэтиленовые трубы тех диаметров, что пригодны для раструбной сварки, обычно имеют слишком тонкую стенку. Кроме того, по причине низкой цены и низкой теплостойкости полиэтилена, основное применение полиэтиленовых труб – наружные подземные водопроводы или газопроводы, а это уже большие диаметры. То есть диаметр и толщина стенки полиэтиленовых труб обычно непригодны для раструбной сварки.

1.6 Несколько слов о полипропилене. Жесткий (изотактический) полипропилен, подходящий для производства труб, имеет три типа:

- гомополимер пропилена, или ПП Тип1, или PPH, или PP-H;

- блок-сополимер пропилена, или ПП Тип2, или PPB, или PP-B;

- рандом-сополимер пропилена, или ПП Тип3, или PPR, или PP-R.

Только рандом-сополимер пропилена применяют для монтажа систем горячего водоснабжения и отопления, поскольку сохраняет свойства в широком диапазоне температур. Гомополимер и блок-сополимер пропилена используются для сравнительно тонкостенных труб канализации и холодного водоснабжения и к сварке в раструб отношения не имеют.

В связи с разнообразием сополимеров пропилена, полипропиленовые трубы часто называют просто пропиленовыми.

2 Сварка и монтаж полипропиленовых (пп) труб своими руками

Собственно, хоть своими руками, хоть руками профессионала, технология сварки едина.

То есть вопрос в том, как пользоваться паяльником для труб.

2.1 Начнем с технологии сварки полипропиленовых (пп) труб.

Нагрев свариваемых поверхностей полипропиленовой трубы производится металлическим инструментом – сварочными насадками , покрытыми тефлоном и нагретыми до температуры 260°С (смотрите пункт 4). Свариваемые поверхности – наружная поверхность полипропиленовой трубы и внутренняя поверхность полипропиленового фитинга.

Соответственно, нагретый инструмент (сварочная насадка) состоит из двух половин:

- половина, на которую с усилием надевается фитинг, называется «дорн»

- половина, в которую с усилием вставляется конец трубы, называется «гильза».

Пропиленовый фитинг совмещается с дорном нагретого инструмента до упора, одновременно полипропиленовая труба совмещается с гильзой нагретого инструмента до упора. Эта операция выполняется настолько быстро, насколько возможно.

Наружный диаметр пропиленовой трубы, предназначенной для сварки в раструб, несколько выше номинального диаметра, а внутренний диаметр пропиленового фитинга – несколько меньше номинального диаметра трубопровода. Например, пропиленовая труба номинальным диаметром 20 мм на самом деле имеет наружный диаметр 20,3-20,5 мм, а пропиленовый фитинг соответствующего размера имеет внутренний диаметр 19,5-19,7 мм. При этом рабочие поверхности сварочных насадок – конические (конусность около 0,5?), а их диаметры в их средней части соответствуют номинальному диаметру. Таким образом, труба и фитинг без нагрева не могут быть совмещены ни со сварочными насадками, ни друг с другом.

По мере совмещения пропиленовой трубы с горячей сварочной насадкой (гильзой нагретого инструмента) наружный слой трубы оплавляется и выдавливается наружу в форме валика (грата), а внутренние слои трубы прогреваются достаточно, чтобы упруго сжаться и позволить трубе войти в сварочную насадку (рисунок 1). Похожие процессы происходят при совмещении пропиленового фитинга с дорном нагретого инструмента – на внутренней поверхности выдавливается “грат”, а стенка фитинга упруго растягивается (рисунок 2).

Рис. 1  Начало нагрева трубы пп

Рис. 2  Начало нагрева фитинга

В дальнейшем продвижении сварочной насадки (дорна нагретого инструмента) наружный срез фитинга упирается в округлое основание сварочной насадки (рисунок 3). Внешний срез фитинга при этом оплавляется, и там также выдавливается грат, но незначительной высоты. Верхушка сварочной насадки при этом не доходит до внутреннего упора фитинга, но грат, который она гонит перед собой, «наползает» на внутренний упор фитинга.

При продвижении пропиленовой трубы внутрь сварочной насадки (гильзы нагретого инструмента) торец трубы в итоге упирается в округлое основание сварочной насадки (рисунок 4). Наружное ребро торца трубы при этом оплавляется и скругляется, и грат небольшой высоты выдавливается внутрь.

Рис. 3  Нагрев фитинга

Рис. 4  Нагрев трубы пп

Момент упора – как фитинга, так и трубы – в основание сварочной насадки чувствуется рукой, причем не только при ручной работе паяльником для труб , но и при сварке на механическом сварочном аппарате. Очень важно: после достижения упора не нужно больше давить! При использовании ручного паяльника – просто удерживайте трубу и фитинг для нагрева свариваемых поверхностей. На механическом аппарате для сварки в раструб – зафиксируйте положение трубы и фитинга с помощью фиксатора, которым обязательно оборудован каждый приличный механический аппарат.

Время нагрева зависит от диаметра пропиленовой трубы (Таблица N1) и определяет глубину прогрева свариваемых поверхностей. У полипропиленовых труб и фитингов O20 мм эта глубина – около 0,4 мм.

По окончании нагрева необходимо одновременно и быстро снять фитинг со сварочной насадки и вынуть трубу из сварочной насадки, затем совместить трубу с фитингом – опять же до упора. При этом пропиленовая труба упруго сжимается, а пропиленовый фитинг упруго растягивается. В результате нагретые свариваемые поверхности давят друг на друга, вытесняя воздух и обеспечивая перемешивание расплавленного материала в процессе совмещения трубы с фитингом. Понятно, что оплавленные поверхности на воздухе быстро остывают, причем скорость их остывания зависит от глубины прогрева (то есть от продолжительности нагрева). Таким образом, максимально допустимое время этой «перестановки» также зависит от диаметра свариваемого трубопровода (смотрите таблицу N1).

Если всё выполнено правильно, то после совмещения мы получим цельную полипропиленовую деталь как на рисунок 5. А после “вваривания” в фитинг второй трубы – деталь как на рисунке 6.

Рис. 5  Труба с фитингом

Рис. 6  Две трубы, соединенные фитингом

Непосредственно после совмещения трубы с фитингом прогретые слои некоторое время сохраняют пластичность. Чтобы не деформировать соединение, детали необходимо зафиксировать друг относительно друга на время, которое называют фазой “фиксации” (Таблица 1). При ручной раструбной (муфтовой) сварке это время используют для быстрого осмотра и выравнивания возможных перекосов соединения.

По окончании фазы фиксации все слои сварного соединения теряют пластичность, теперь готовую деталь можно положить на стол. Но полную свою прочность деталь приобретает только после того, как все слои сварного соединения остынут до температуры 40?С. Расчетное время остывания для соединений разного диаметра также указано в таблице N1.

2.2 Таким образом, время сварки полипропиленовых труб можно определить как сумму времени нагрева, перестановки, фиксации и полного остывания.

Таблица 1       Технологические интервалы для раструбной сварки полипропиленовых труб и фитингов (согласно DVS 2207-1)

1) Ввиду слишком малой толщины стенки раструбная сварка для этих труб не рекомендуется.

Примечание: Указанные в таблице временные интервалы носят только рекомендательный характер! Точные значения интервалов следует уточнять у производителя трубы и фитингов.

3 Типичные ошибки при пайки пропиленовых труб

При совмещении пластиковой трубы с фитингом труба не введена в фитинг до внутреннего упора (рисунок 7), то между торцом трубы и внутренним упором фитинга остается промежуток. На готовом трубопроводе этот промежуток представляет собой участок с меньшей толщиной стенки и большим внутренним диаметром, чем исходная труба. Расчетное давление эксплуатации этого участка ниже, чем у всего остального трубопровода, это «слабое звено».

Такое «недовведение» трубы в фитинг особенно типично, если при нагреве труба не была введена в сварочную насадку до упора. В этом случае снаружи сварное соединение выглядит вполне правильно, но внутри фитинга остается «слабое звено» (рисунок 8).

Рис. 7  Труба не введена в фитинг до упора

Рис. 8  Труба нагрета на малую длину

Так же типичная ошибка – применение излишнего усилия при нагреве и/или совмещении пластиковой трубы с фитингом. В этом случае между торцом трубы и внутренним упором фитинга выдавливается большой внутренний грат (рисунок 9). На готовом трубопроводе этот грат создаст серьезное препятствие потоку жидкости или газа (рисунок 10).

Рис. 9  Излишнее усилие при сварке

Рис. 10  Снижение проходимости трубы

Для подробной консультации обратитесь к менеджерам компании ООО ”АДР-Технология”.

Автор статьи: Александр Жуков, город Москва 28.07.2020 год.

Cайт поставщика аппаратов для сварки полипропиленовых труб: Adr-tools.ru

Продолжение читайте во 2 части….