Инструкции за заваряване на PE тръби с фитинги с вградени нагреватели

4 Процеси във фитинг и тръба при заваряване на ZN

Да разгледаме примера на най-типичния случай: (1) фитинг от полиетилен под налягане, (2) тръба от полиетилен под налягане, (3) метод за контрол на мощността на нагряване - избор на фиксирано заваръчно напрежение в диапазона 8÷48 V.

4.1 Заваряване - изглед отвътре (за професионалистите)

За да разберете какво се случва с полиетиленов фитинг и тръба при заваряване на SP, помислете за тръба и фитинг в секция (вижте фиг. 3):

Процесът на заваряване може условно да бъде разделен на няколко етапа:

След подаване на напрежение към вградения нагревател, полиетиленът на вътрешната повърхност на фитинга бързо се нагрява и преминава във вискозно-течно състояние, докато се разширява. По-дълбоките слоеве на фитинга са все още студени и твърди, като черупка. Разширяващата се полиетиленова стопилка има само един изход - да запълни празнината между фитинга и тръбата.
Когато полиетиленовата стопилка докосне тръбата, по-нататъшното нагряване от нагревателя преминава в две посоки - дълбоко в стената на фитинга и дълбоко в стената на тръбата. Полиетиленът продължава да се разширява - и създава заваръчно налягане в пролуката. Но дълбоките слоеве на фитинга и тръбата са все още студени и твърди. Стопилката няма къде да отиде - тя се изстисква отляво и отдясно на нагревателя в студените зони.
Освен това стените на фитинга и тръбата постепенно се затоплят все по-дълбоко и по-дълбоко, стават по-еластични и започват да се движат под натиска на стопилката. Налягането в зоната на заваряване вече не се увеличава и разпространението на полиетиленовата стопилка спира. Само стените на фитингите и тръбите са все по-изкривени от нагревателя. На същия етап топлината достига до нагревателния индикатор, вискозно течащият полиетилен я изстисква и запълва кухината на индикатора.
След изключване на отоплението акумулираната топлина взаваръчна зона, продължава да се преразпределя все по-дълбоко и по-дълбоко в стените на фитинга и тръбата. Полиетиленовата стопилка около нагревателя се охлажда и намалява обема си. А дълбоките слоеве на фитинга и тръбата продължават да се нагряват, разширяват и омекотяват. Рано е да се говори за охлаждане на заварената връзка. Фитингът и тръбата все още не са се затоплили, външните им слоеве все още не са започнали да отделят топлина във въздуха.
Когато топлината достигне външните слоеве на фитинга и тръбата и започне да се разсейва във въздуха, заваръчният шев като цяло започва да се охлажда. Полиетиленът около нагревателя продължава да се охлажда и свива. Но стените на тръбата и фитинга вече са се затоплили до високо еластично състояние. Те лесно се връщат обратно към нагревателя. И компенсирайте загубата.

От такъв анализ на процеса на заваряване на FA стават ясни най-важните параметри на процеса на заваряване:

На 3-тия етап от процеса трябва да синхронизираме две събития - (1) постигане на оптимална степен на разпръскване на стопилката и (2) омекване на стените на тръбата и фитинга. Синхронизирането може да се постигне чрез избор на правилната мощност на отопление. Или по-скоро специфична мощност на единица площ на заваряване. Стойността на специфичната мощност определя температурния градиент - температурния дисбаланс между различните слоеве на стените на фитинга и тръбата. Увеличаването на специфичната мощност на нагряване значително увеличава скоростта на разпространение на стопилката и в по-малка степен скоростта на нагряване на дълбоките слоеве на стените. Тънките стени изискват по-висока специфична топлинна мощност от дебелите стени. Голяма междина между PE фитинг и тръба изисква по-висока специфична топлинна мощност от малка междина. По този начин първият критично важен параметър на AP заваряване е специфичната мощност на нагряване, която зависи от дебелинатастените на PE фитинга и тръбата, както и размера на празнината между фитинга и тръбата. Ако специфичната мощност е прекомерна, тогава полиетиленовата стопилка ще се разпространи, преди стените да имат време да омекнат. Може дори да изтече изпод фитинга. И ако специфичната мощност е недостатъчна, тогава докато стените омекнат, полиетиленовата стопилка дори няма да има време да запълни уверено цялата празнина.

На 5-та стъпка от процеса, стените на PE фитинга и тръбите трябва лесно да се свият по посока на свиващия се полиетилен около нагревателя. Това условие е изпълнено, ако общото количество топлина, отделена върху нагревателя, е достатъчно за постепенно нагряване на целия обем на завареното съединение до високо еластично състояние. Ако няма достатъчно топлина, стените няма да се свият лесно по посока на вакуума. И в охладената връзка напрежението на опън ще остане. Така вторият критичен параметър на SP заваряване е общата заваръчна енергия или количеството топлина, което трябва да бъде предадено на нагревателя. Това е енергията на заваряване, която определя момента, в който отоплението може да бъде спряно.

4.2 Осигуряване на подходяща геометрия (за маниаци)

Всички значителни размери на електрофузионен полиетиленов фитинг (виж фиг. 4) се регулират от GOST R 52779-2007.

Номиналната дължина на заваръчната зона L2 трябва да бъде достатъчно голяма, за да гарантира, че якостта на заварената връзка не е по-ниска от тази на оригиналната тръба. Минималната допустима дължина на заваръчната зона се определя за всеки диаметър на електрофузионния фитинг (вижте таблица 3 GOST). Производителят на арматурата има право да увеличи тази дължина, но това едва ли има смисъл, но ще увеличи необходимата топлинна мощност на вградения нагревател.

Разстоянието между вътрешната повърхност на PE фитинга и външната повърхност на PE тръбата трябва да бъдеминимум за най-бърза синхронизация на отоплението на тръбата и фитинга. GOST изисква само диаметърът D в средната част на отоплителната зона да бъде не по-малък от номиналния диаметър на тръбата Dn (вижте точка 4.6.1 GOST). Факт е, че GOST определя условията, които са от съществено значение за качеството на заваряването. От своя страна, производителите на електрофузионни фитинги също се грижат за практическата възможност за вмъкване на тръба във фитинг, следователно по тяхна преценка увеличават вътрешния диаметър на фитинга D, осигурявайки празнина. Тази празнина се различава значително между различните производители на електрофузионни фитинги за полиетиленови тръби.

Вътрешният диаметър на фитинга D2 извън зоната на подравняване с тръбата трябва да бъде поне вътрешния диаметър на тръбата, така че фитингът да не намалява ефективното сечение на тръбопровода. GOST изисква (виж клауза 4.6.1 GOST) този диаметър да бъде не по-малък от Dn-2Emin, където Emin е минималната дебелина на стената на тръбата.

Дължината на външната студена зона L3 трябва да бъде достатъчна за приемане на стопения полиетилен. GOST изисква (вижте точка 4.6.1 GOST) тази зона да бъде най-малко 5 mm. Стойността не е най-критичната, тъй като възможното изпускане на разтопен полиетилен навън няма да повлияе на работата на тръбопровода.

Дължината на вътрешната студена зона е по-критична стойност, разливането на полиетилен във фитинга е напълно неприемливо. GOST определя тази стойност индиректно, чрез MIN и MAX ограничение на дължината L1 на тръбата, влизаща във фитинга (Таблица 3 GOST). Границите за всеки диаметър са избрани по такъв начин, че вътрешната студена зона винаги да е по-дълга от външната.

Ако електрофузионният фитинг няма вътрешен ограничител за тръбата или ималесно отстраняемограничител, конструкцията на фитинга трябва да осигурява преминаването на тръбата през частта (вижте точка 4.6.2 GOST). В този случай D2 трябва да бъде понеД.

Така виждаме, че GOST (и неговият прототип ISO 8085-3:2001) напълно определя геометрията на електрофузионен фитинг за всеки полиетиленов тръбопровод (с предварително определени DN и SDR). Всички "законни" промени (например увеличаване на дължината на отоплителната зона или дебелината на стената на фитинга) няма да подобрят работата на тръбопровода, а се използват от производителите по-скоро за маркетингови цели. Каталогът на фитингите съдържа помпозно описание на такива разлики от регламентираните характеристики.

4.3 Опции за дизайн на монтаж (за маниаци)

ISO 8085-3:2001 и хармонизираният GOST R 52779-2007 определят някои характеристики на електрофузионните PE фитинги с толеранс, а някои характеристики не се засягат изобщо, като се изисква само крайният резултат - качеството на заварената връзка. По този начин производителите имат свободата да променят отделните технически характеристики. Поради това някои технически характеристики на фитингите за тръби се различават значително при различните производители.

4.3.1 Разстояние между фитинга и тръбата

Диаметърът на вътрешната повърхност на PE фитинга за SP заваряване и съответно разстоянието между фитинга и тръбата е компромисен параметър, чиято стойност се избира от производителя на свързващите фитинги.

Малка празнина усложнява поставянето на тръбата във фитинга, особено когато тръбата е значително овална. Но подобрява синхронизирането на отоплението.

Голямата празнина опростява подравняването, но след това изисква твърде много стопилка, за да запълни празнината и да започне нагряването на тръбата.

ИНТЕРЕСНО: Има трик, който ви позволява да убиете два заека с един камък. Вътрешният диаметър на електрофузионния HDPE фитинг е голям за удобство при подготовка за заваряване. След като фитингът е подравнен с тръбата, голямата междина свършваса запечатани с маскираща лента, за да се предотврати изтичането на топлина, след което вграденият нагревател се нагрява дълго време с ниска мощност, което позволява нагряване на тръбата и монтаж до пълната дебелина на стената. Температурата на нагряване е около 90°C, достатъчна за разширяване на тръбата и компенсиране на празнината. В същото време фитингът не се разширява или се разширява много по-малко от тръбата, тъй като самата технология за предварително нагряване е предназначена за съединители с голям диаметър, с външна армировка (вижте параграф 4.3.3).

За указване на параметрите на предварително загряване (напрежение и време), фитингът за заваряване ZN се доставя с допълнителен баркод.

4.3.2 Отворена или затворена намотка на вграден нагревател

Нито един нормативен документ не определя метода за вграждане на спиралата в повърхността на електрофузионния фитинг. Или поне дълбочината на спиралата.

Има 2 спирални оформления:

т.нар. За “затворена” спирала се говори, когато навивките са напълно скрити в полиетилен на дълбочина 0,2÷0,5 mm (виж фиг. 5).
т.нар. „Отворена“ спирала е, когато навивките са вдлъбнати в полиетилена с около 2/3 от диаметъра им (виж фиг. 6).

Теоретично всяко оформление има своите предимства и недостатъци. Във втория случай нагряването на повърхността на тръбата започва малко по-рано, особено ако преди заваряването се направи леко предварително загряване, за да се увеличи обемът на тръбата и да се притисне повърхността й към спиралата на фитинга. В първия случай намотките на бобината са по-добре защитени от механични повреди, когато фитингът е подравнен с тръбата. Има и други нюанси, които са още по-пресилени.