Сварка мебран, тентов, баннеров, пленок: как выбрать сварочный аппарат

Авторские права на статью принадлежат ООО «АДР-Технология» и автору Александру Жукову
При использовании материалов статьи – обязательна активная ссылка на https://adr-tools.ru

ДИСКЛЯЙМЕР:
Статья не научная, выполняет просветительскую функцию.
Поэтому автор не стесняется использовать бытовую терминологию.

ОГЛАВЛЕНИЕ

• 1. Рулонные материалы и методы их соединения
• 2. Сварка нагретым клином
• 3. Сварка нагретым газом
• 4. Оценка оборудования по особенностям конструкции
• 5. Выбор сварочных аппаратов для геомембран
• 6. Выбор сварочных аппаратов для кровельных ПВХ мембран и тентовых тканей
• 6.1. Метод сварки
• 6.2. Толщина материала
• 6.3. Масса аппарата для сварки горячим воздухом
• 6.4. Ширина сварочного сопла
• 6.5. Полезные функции аппаратов для сварки горячим воздухом
• 6.6. Полезное оснащение аппаратов

1. Рулонные материалы и методы их соединения

Рулонные полимерные материалы, как правило, соединяют внахлест. Способ соединения зависит от группы полимеров, из которых изготовлен рулонный материал:

• термопласты – соединяют сваркой;
• реактопласты – соединяют клеевыми или вулканизированными соединениями, которые в данной статье не рассматриваются.

Основные рулонные материалы из термопластов (под сварку):

• Монолитные (т.е. однослойные) гидроизоляционные геомембраны из полиэтилена ПЭВП (HDPE) и ЛПЭНП (LLDPE) по ГОСТ Р 56586-2015. Нормативная толщина мембран: 0.75, 1.0, 1.25, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 мм с допуском ±10%. На практике выпускаются толщиной от 0.5 до 6.0 мм, впрочем, толщины за пределами ГОСТ – редкий и мало востребованный эксклюзив.
  Приставка «гео» указывает, что такие мембраны предназначены специально для взаимодействия с грунтами.
  Полиэтилен высокой плотности (HDPE) – жесткий и прочный, с черной добавкой против УФ (сажа), мембраны из него идеальны для гидроизоляции больших плоских площадей, в т.ч. под открытым небом. Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) – эластичный, устойчивый к деформациям и низким температурам, но без добавления сажи от УФ. Идеален при строительстве мостов и тоннелей, в т.ч. на просадочных грунтах.
• Неармированные гидроизоляционные мембраны из поливинилхлорида ПВХ (PVC) по ГОСТ Р 56704-2022. Мембраны по данному ГОСТ – толщиной 1,0-3,0 мм, без армирующего слоя, хотя не обязательно монолитные: могут иметь верхний «сигнальный» слой из того же материала, но др. цвета.
  Достоинство неармированных ПВХ-мембран – высокая эластичность: удлинение при разрыве до 200%. К термину «мембраны» в указанном ГОСТ не добавлена приставка «гео», однако применение регламентировано для подземной гидроизоляции: туннели, фундаменты и т.п.
• Армированные кровельные мембраны из поливинилхлорида ПВХ (PVC) толщиной 1.2, 1.5, 1.8, 2.0 мм. Внутренний армирующий слой – сетка (ткань) из полиэстера, полиамидов или стекловолокна. Верхний слой ПВХ – с добавками против УФ, нижний слой ПВХ может быть тоньше и таких добавок не содержать.
  Специализированного ГОСТ нет, есть общий ГОСТ 30547-97 на кровельные рулонные материалы, который определяет некоторые технические условия для битумных, битумно-полимерных, эластомерных и термопластичных (наш случай) кровельных мембран.
• Тентовые материалы с ПВХ покрытием по ГОСТ 29151-91, а именно ТМП-2 с двусторонним покрытием. Устройство таких «тентовых материалов» то же, что у кровельных ПВХ мембран: ткань из полиэстера, полиамидов или стекловолокна с двусторонним покрытием из ПВХ с добавками против УФ. Максимальная плотность ТМП-2 по ГОСТ – 900 г/м², что примерно соответствует толщине 0,7 мм; нижний предел в ГОСТ не определен.
  Сюда относятся тентовые и баннерные ткани, которые на практике производятся плотностью от 280 г/м² (тоньше просто очень трудно сварить) до тех же 900 г/м².
• Полиэтиленовая пленка по ГОСТ 10354-82. Этот ГОСТ распространяется на экструдированную пленку из ПЭНП (LDPE) и допускает добавки в основное сырье: пигменты, стабилизаторы, скользящие, антистатические и пр. модификаторы. Толщина пленок в ГОСТ определена как 0,015-0,5 мм с погрешностью до ±30%, однако следует понимать, что сварить внахлест пленку тоньше 0,2 мм крайне трудно.
  Допустимые в ГОСТ области применения включают, в частности, «мелиоративное и водохозяйственное строительство», т.е. использование в качестве геомембраны.
• Тарпаулины – тентовые брезенты из ПЭВП или ПП с добавками против УФ. Российского норматива нет. Основу тарпаулина составляет ткань из предварительно растянутых нитей с преимущественно продольным расположением макромолекул. Такая ткань прилично сопротивляется растягивающим нагрузкам. Далее ткань с обеих сторон ламинируется пленкой из того же материала. Получается водонепроницаемый, довольно прочный, удивительно легкий (от 55 до 300 г/м²), но не особо долговечный тентовый материал.
  Сварка тарпаулинов – задача непростая и не гарантирующая прочность, сравнимую с исходной тканью. Приваривают обычно подгибы для установки люверсов. А ответственные швы чаще прошивают.

Наиболее популярные методы сварки внахлест рулонных материалов из термопластов – сварка нагретым клином (клиновая сварка) и сварка нагретым газом (горячим воздухом).

Реже применяется экструзионная сварка, не рассматриваемая в данной статье:

• Нахлесточное экструзионное соединение. Свариваемые поверхности уложенных внахлест слоев рулонного материала нагреваются горячим воздухом, дополнительно между ними вводится расплав (экструдат) такого же материала, затем слои прикатываются. В полевых условиях не применяется.
• Покрывающий экструзионный шов. Выполняется ручным сварочным экструдером по кромке верхнего слоя толстых (от 1,5 мм) геомембран. Рекомендуется в качестве меры дополнительной герметизации после сварки нагретым клином, если к герметичности гидроизоляции предъявляются повышенные требования. В виде самостоятельного соединения применяется только на коротких участках в труднодоступных местах.

2. Сварка нагретым клином

Рис.1 Схема сварки нагретым клином

Верхние и нижние прижимные ролики обеспечивают контакт нагретого клина с верхним и нижним слоями материала соответственно. Принудительный прижим к округлой поверхности клина гарантирует эффективный нагрев и оплавление свариваемых поверхностей материала. Однако при этом создает весьма заметное трение между материалом и клином.

Перемещаясь вправо (на рис.1) со стабильной скоростью, клин освобождает нагретые участки материала для прикатки прикаточными роликами.

Прикаточные ролики расположены друг над другом, один из роликов приводной, другой пассивный. Пружинный механизм прижима роликов друг к другу настраивается перед сваркой под конкретный материал.
Скорость вращения приводного ролика также настраивается под конкретный материал и поддерживается контроллером. Общее правило: толще материал – меньше скорость и ниже температура клина.
Для жестких геомембран прикаточные ролики изготавливаются из стали и имеют рельефную поверхность для предотвращения проскальзывания. Для тонких мембран из пластифицированного ПВХ ролики изготавливают из термостойкого силикона.

Достоинства метода:

• Сварка нагретым клином не требует жесткого ровного основания, может выполняться на рыхлом грунте.
• Сила прижима прикаточных роликов не зависит от массы аппарата и может быть очень значительной.
• Избирательный нагрев поверхности позволяет выполнять сварку двумя параллельными швами с контрольным каналом между ними.
• При достаточной жесткости геомембраны нет необходимости направлять аппарат во время сварки, нужно только перемещать удлинитель.

Недостатки метода:

• Аппарат перемещается в направлении сварки, прокатывая слои материала между прикаточными роликами. Для успешного перемещения требуется либо достаточно тяжелый и жесткий материал, либо легкий аппарат.
• На участке между нагретым клином и прикаточными роликами нагретые слои материала подвергаются существенным растягивающим нагрузкам. Для материалов различной толщины и жесткости требуется выбирать аппарат оптимальной массы, с оптимальным рельефом прикаточных роликов. В случае мягкого (тонкого) материала и тяжелого аппарата наблюдается морщение шва.
• Конструкция аппарата требует значительного перехлеста материала – 100 мм или более. После сварки сбоку от сварного шва остается чуть приподнятый свободный край материала шириной от 30 мм и более. Это делает клиновую сварку не вполне пригодной для гидроизоляции кровли.
• Для материалов разной толщины и жесткости требуется не только настройка температуры и скорости, но и тщательные механические настройки: расстояние от клина до прикаточных роликов, усилие прижима роликов, иногда положение прижимных роликов.

3. Сварка нагретым газом

Рис.2 Схема сварки нагретым газом

Листы материала укладываются внахлест на жесткое ровное основание – бетон, фанера или пр.

Рабочее положение сопла по высоте настраивается с таким расчетом, чтобы практически не касаться нижнего слоя материала. Верхний слой скользит по соплу без принудительного прижима и без заметного трения.

Перемещаясь вправо (на рис.2) со стабильной скоростью, сопло освобождает нагретые участки материала для прикатки прикаточным роликом к плоской основе.

Достоинства метода:

• Отсутствие растягивающих нагрузок позволяет сваривать слои материала ровным швом, без морщения. На сварном шве всё же могут образоваться морщины, но только в случае неверного подбора сварочных параметров (температура, скорость), особенно для материалов большой толщины.
• Сварной шов захватывает кромку верхнего слоя материала. Свободный край вдоль сварного шва отсутствует.

Недостатки метода:

• Для сварки требуется жесткое ровное основание. Качество сварки чувствительно к неровностям поверхности. О сварке на грунте речи вообще не идет.
• Аппарат автоматически поддерживает настроенную скорость, но не направление движения. В процессе сварки приходится постоянно контролировать аппарат с помощью специальной рукоятки, выравнивая направляющий ролик или лазерный указатель по кромке верхнего слоя.

4. Оценка оборудования по особенностям конструкции

При выборе бытовой техники (напр. мясорубки) на Озоне иногда удается найти весьма ценный отзыв дотошного зануды, который дал себе труд разобрать прибор, посмотреть шильдики на электромоторе, оценить качество прочих комплектующих и сопроводить свой отзыв фотографиями. Спасибо тебе, Добрый Человек!

При выборе сварочного аппарата для рулонных материалов такой возможности, как правило, нет. Продавец обычно предоставляет пару фото внешнего вида аппарата и скупое описание. А внутреннее устройство, достоинства и недостатки известны только сервис-центру компании-продавца.

Но если вы каким-то чудом получили доступ к внутреннему устройству аппарата, то следует обратить внимание, как минимум, на следующие особенности:

5. Выбор сварочных аппаратов для геомембран

Мембраны для гидроизоляции на грунте свариваются исключительно аппаратами с двумя прикаточными роликами, расположенными друг над другом. В подавляющем большинстве случаев источником тепла для оплавления свариваемых поверхностей у таких аппаратов является нагретый инструмент в форме клина, и только в редких экзотических моделях сварочных аппаратов используется нагретый газ (горячий воздух).

Аппарат не может быть универсальным. Следующие факторы определяют рабочий диапазон толщин и жесткости геомембраны для клинового сварочного аппарата:

• Длина клиновидного нагревателя. Чем толще мембрана, тем глубже требуется прогрев, тем дольше должна нагреваться каждая отдельная точка свариваемой поверхности, тем длиннее должен быть клин. Для тонких мембран, где требуется неглубокое поверхностное оплавление, длинный клин опасен: при разумной (не запредельно высокой) скорости сварки он успеет прогреть мембрану насквозь, так что прикаточные ролики ее растянут вплоть до разрыва.
• Мощность электродвигателя привода. Чем толще (а главное, жестче) геомембрана, тем с большим усилием прижимные ролики прижимают ее к округлой поверхности клина для обеспечения теплового контакта, и тем выше трение мембраны о клин. Кроме того, тем выше взаимный прижим прикаточных роликов, который также создает сопротивление их вращению. Соответственно, тем более высокий крутящий момент должен создавать мотор привода для преодоления этого совокупного сопротивления.
  Для тонких и мягких мембран мощный (большой, тяжелый) мотор, наоборот, вреден: он бессмысленно утяжеляет аппарат и тем затрудняет его движение с опорой на мягкую мембрану.
• То же касается прочной и тяжелой несущей рамы аппарата. Для толстых жестких геомембран она необходима, а для тонких мягких – вредна.
• Материал и рельеф поверхности прикаточных роликов. Для толстых жестких геомембран требуется высокое сварочное давление, прикаточные ролики изготавливают из стали. А поскольку приводному ролику требуется надежное сцепление с мембраной для преодоления ее высокого трения о клин, на рабочую поверхность наносится «зубатый» рельеф довольно большой высоты.
  А мягкую тонкую мембрану такой высокий рельеф роликов превратит в решето! Для нее используют стальные ролики с мелким рельефом или гладкие силиконовые ролики.

Выводы из вышесказанного:

• Один и тот же клиновой сварочный аппарат не может с одинаковым успехом сваривать геомембрану 3,0 мм из жесткого ПЭВП и мембрану 0,75 мм из мягкого ПЭНП или ПВХ.
• Если в спецификациях клинового аппарата указан подходящий для вас верхний предел толщины мембраны (напр. 3,0 мм), следует дотошно выяснить, распространяется ли этот предел на жесткие геомембраны из ПЭВП.
• И наоборот, если в спецификациях аппарата указан подходящий для вас нижний предел толщины мембраны (напр. 0,9 мм), следует уточнить, распространяется ли этот предел на мягкие мембраны из ПВХ или ПЭНП. И сможет ли при этом аппарат тащить свое тяжелое тело по рыхлому грунту? Или ему, чтобы не смять мягкую мембрану, нужны тепличные условия в виде гладкого основания, желательно с уклоном под горку?

Ориентиры для выбора клинового аппарата по толщине мембраны:

6. Выбор сварочных аппаратов для кровельных ПВХ мембран и тентовых тканей

6.1. Метод сварки

Кровельные мембраны укладываются на ровное жесткое основание (а не на рыхлый грунт) и требуют полной приварки кромки верхнего слоя материала, без приподнятого свободного края.
То же касается сварки тентовых тканей с ПВХ покрытием, с той только разницей, что полная приварка кромки часто требуется не только для верхнего, но и для нижнего слоя материала.

Поэтому как при укладке ПВХ мембраны для кровли, так и при изготовлении тентов или рекламных баннеров из ПВХ ткани всегда используется сварка нагретым газом (горячим воздухом) и никогда не применяется сварка нагретым клином.

6.2. Толщина материала

Армированные ПВХ мембраны для кровли на рынке представлены в следующих толщинах: 1.2, 1.5, 1.8, 2.0 мм. Выбор толщины определяется:

• требуемой ударной прочностью: каким механическим нагрузкам будет подвергаться кровля, будут ли по ней ходить люди, возможно ли падение острых предметов, окурков сигарет или пр.;
• желаемым сроком эксплуатации. Даже в отсутствие ударных нагрузок мембрана постепенно истончается вследствие воздействия ультрафиолета (несмотря на специальные добавки в составе ПВХ) и последующего выветривания. По некоторым непроверенным данным, скорость такого истончения около 0,15 мм за 10 лет.

Что касается тентовой ПВХ ткани, рекомендации производителей по выбору толщины примерно следующие:

• 280 г/м² (толщ. ок. 0,22 мм) – баннеры внутри помещений;
• 340 г/м² (толщ. ок. 0,26 мм) – небольшие баннеры на улице в теплый сезон;
• 450 г/м² (толщ. ок. 0,35 мм) – билборды до 18 м² на улице на срок до 6 мес.; тенты и шатры на даче; укрытия для мотоциклов и лодок на зиму;
• 510 г/м² (толщ. ок. 0,4 мм) – билборды на улице, для условий низких температур и сильного ветра, на срок более 6 мес.;
• 650 г/м² (толщ. ок. 0,5 мм) – тенты для микрогрузовиков, временных складов стройматериалов и оборудования, мобильных торговых точек;
• 900 г/м² (толщ. ок. 0,7 мм) – тенты для фур, каркасные ангары для условий низких температур и сильного ветра.

6.3. Масса аппарата для сварки горячим воздухом

Выбранная толщина ткани или мембраны определяет рекомендованную массу сварочного аппарата.

Конечно, некорректно говорить о точной корреляции между толщиной материала и массой аппарата. Хотя бы потому, что при одной и той же толщине ПВХ материалов их жесткость у разных производителей несколько отличается. Кроме того, давление прикаточного ролика зависит не только от массы аппарата, но и от положения центра тяжести, которое у разных моделей аппаратов может отличаться.
Однако ориентировочная статистика всё же есть:

• ПВХ ткань 0,5 мм – масса аппарата 12-15 кг;
• ПВХ ткань 0,7 мм – масса аппарата 16-20 кг;
• Мембрана 1,2 мм – масса аппарата 21-25 кг;
• Мембрана 1,5 мм – масса аппарата 26-30 кг;
• Мембрана 1,8 мм – масса аппарата 31-35 кг;
• Мембрана 2,0 мм – масса аппарата 36-40 кг.

Замечание: В отличие от клиновых сварочных аппаратов, автоматический аппарат для сварки горячим воздухом не оказывает растягивающих воздействий на материал. Избыточная масса аппарата не может навредить ПВХ ткани или мембране, разве что сварщику труднее управляться с тяжелым оборудованием. Потому рекомендации по массе аппарата следует понимать как «не менее чем».

6.4. Ширина сварочного сопла

Выбранная толщина ткани или мембраны определяет также рекомендованную ширину сварного шва, которая обеспечит оптимальную прочность соединения, сравнимую с исходным материалом. Ожидаемая ширина сварного шва – это ширина сварочного сопла, которое следует установить на аппарат.

Шов должен быть достаточно широким, чтобы нивелировать возможные погрешности сварки, в т.ч. вызванные микронеровностями основания, а также компенсировать сравнительно низкую прочность на раздир между армирующей тканью и участвующим в сварке слоем ПВХ.
К сожалению, ни немецкая норма DVS 2225-1 (Соединение геомембран), ни российские нормативы не регламентируют ширину сварного шва в зависимости от толщины ПВХ ткани или мембраны.
Производители сварочных аппаратов дают примерно следующие рекомендации:

• ПВХ ткань 0,35 мм – ширина шва 20 мм;
• ПВХ ткань 0,4 мм – ширина шва 25 мм;
• ПВХ ткань 0,5 мм – ширина шва 30 мм;
• ПВХ ткань 0,7 мм или мембрана 1,2-1,5 мм – ширина шва 40 мм;
• ПВХ мембрана 1,8-2,0 мм – ширина шва 45 мм.

Замечание: Увеличивать ширину шва выше рекомендованной можно, но на прочность не влияет. Прочность сварного соединения всё равно составит не более 90% прочности исходного материала. Просто потому, что в процессе сварки околошовные зоны (одинарный слой материала) также нагреваются и подвергаются термодеструкции.

6.5. Полезные функции аппаратов для сварки горячим воздухом

Плавный старт – логическая функция, которая заставляет аппарат в течение нескольких первых секунд сварки двигаться с пониженной скоростью. Длительность (в секундах) и процент замедления преднастроены в меню программы производителем и могут изменяться пользователем.
Идея в том, что самые первые сантиметры сварного шва должны подвергаться нагреву примерно столько же времени, сколько и последующие.
Аппараты без функции плавного старта работают вполне успешно, но первые несколько сантиметров сварного шва у них заметно слабее, чем весь последующий шов.

Спящий режим – логическая функция, которая экономит ресурс мотора и нагревателя фена. Время перехода в спящий режим преднастроено в меню программы производителем и может изменяться пользователем.
При бездействии аппарата в течение запрограммированного времени (напр. 10 мин) контроллер отключает нагреватель фена, ждет охлаждения нагревателя до безопасной температуры, затем отключает мотор фена.
Аппараты без спящего режима работают вполне успешно, но графитовые щетки фена у них придется менять чаще, и замена ротора с изношенным коллектором тоже потребуется раньше.

Счетчик моточасов – функция в меню программы, которая суммирует время работы привода аппарата от момента его производства.
Аппараты без счетчика работают вполне успешно, но у прораба нет инструмента контроля использования аппарата.

Эти функции могут быть не указаны в описании товара. Их наличие стоит уточнить у продавца.

6.6. Полезное оснащение аппаратов

Легкие и средние аппараты для изготовления баннеров и тентов из ПВХ ткани предназначены для работы в помещении, при умеренном освещении.

Тяжелые аппараты для сварки кровельных мембран рассчитаны на работу на крыше при ярком естественном освещении. В таких условиях любые навесные световые приборы становятся малоэффективными или совсем бесполезными.

При сварке кровельных мембран на высокой скорости может возникать проблема, связанная с большой толщиной материала.