Сварка полипропиленовых труб

Монтаж полипропиленовых труб своими руками - задача, посильная для всякого, кто обладает мало-мальским навыком физической работы.

Высокая надежность сварных соединений позволяет производить скрытый монтаж трубопроводов - с заделкой в конструкцию здания. Это создает дополнительные преимущества с точки зрения дизайна помещений.

Некоторые общие правила сварки пластиковых труб

Существует два способа соединения пластмассовых труб - враструб и встык. Независимо от способа соединения, при сварке полипропиленовых труб необходимо придерживаться определенных правил, без соблюдения которых высокая прочность шва не может быть гарантирована.

Монтаж полимерных труб рекомендуется производить при плюсовой температуре окружающего воздуха.

Хорошо свариваться могут только термопласты одного химического состава, т.е. трубы ПП типа 3 должны соединяться с трубами и фитингами из ПП типа 3. В этом случае при нагреве до определенной температуры, изделия имеют одинаковую текучесть, обеспечивающую качественное соединение. При условии одинаковой марки труб, их цвет значения не имеет. Он определяется очень малым количеством химически нейтрального пигмента, не оказывающего влияния на свариваемость.

Свариваемые части труб и инструмент должны быть чистыми. Особенно отрицательно сказывается на качестве соединения наличие на поверхности деталей масла и жира. Их нужно удалять с помощью спирта, ацетона или других растворителей. Инструмент следует очищать спиртом. Используемая для этих целей ветошь не должна оставлять волокон.

К загрязнениям можно отнести и внешний слой полимера, подвергнувшийся разрушению под действием ультрафиолета и кислорода воздуха. Удалить его можно только механической зачисткой. Иногда на поверхности труб может конденсироваться влага, которая также представляет опасность для соединения. Перед сваркой ее нужно удалить просушкой.

Не нужно пытаться ускорить охлаждение соединения с помощью воды или холодного воздуха. Быстрое охлаждение шва может привести к возникновению напряжений, снижающих его прочность. Если сварка полипропиленовых труб происходит при низкой температуре окружающего воздуха, нужно замедлить охлаждение, укрыв шов тканью или теплоизолятором.

Сварка полипропиленовых труб враструб

Сварка пластиковых труб враструб является основным способом соединения при монтаже трубопроводов различного назначения в домах и квартирах, поскольку предназначена она преимущественно для соединения труб небольших диаметров.

Для сварки полипропиленовых труб используются фитинги (углы, тройники, отводы) из того же материала, что и сами трубы. Использование дополнительных соединительных деталей нельзя рассматривать как недостаток способа, поскольку одновременно с соединяющей функцией они также играют роль элементов, обеспечивающих изменение направления трубопроводов.

Схематично процесс сварки враструб представляет собой оплавление сопрягаемых поверхностей (внешней поверхности трубы и внутренней - фитинга) с помощью специального нагревательного инструмента, сборку нагретых деталей (вставка трубы в фитинг) и оставление их в таком положении до охлаждения.

Соединение враструб является более надежным, чем сварка встык. Сам характер соединения (труба вставляется в фитинг) обеспечивает его повышенную прочность, не требует инструмента для центровки труб и не предъявляет высоких требований к практическим навыкам пользователя. Сварка полипропиленовых труб своими руками посильна не только любому мужчине, но и многим женщинам.

Оборудование для сварки враструб. Аппараты для сварки полипропиленовых труб враструб, называемые также паяльниками или утюгами, представляют собой устройства, основной частью которых является нагревательная головка, на которой закрепляются сменные элементы - муфты и дорны. Первые служат для нагрева наружных поверхностей труб, вторые нагревают внутренние поверхности фитингов.

Непосредственно нагреватель чаще всего имеет форму треугольной пластины, хотя встречаются и другие виды исполнения. Размеры пластины определяют размер насадок (диаметр труб, которые можно сваривать) и число нагревательных пар, которое может быть установлено одновременно. Чем больше площадь пластины, тем мощнее аппарат.

При закреплении, муфты и дорны нужно размещать таким образом, чтобы обеспечивался их контакт с пластиной всей опорной поверхностью.

Что касается мощности паяльника, если муфта и дорн контактируют с пластиной по всей площади, то необходимая температура нагревательной пары в 260°C будет достигнута в любом случае - независимо от мощности паяльника (в разумных пределах). Просто менее мощному аппарату для выхода на рабочий режим потребуется больше времени, чем более мощному.

Существуют модели паяльников, у которых нагревательная головка имеет форму стержня. Их основным достоинством является компактность. Что касается технических параметров, то форма головки на них особого влияния не оказывает.

Важное значение имеет тип используемого термодатчика. Чем точнее его работа и меньше диапазон колебания температуры, тем качественней паяльник. Наиболее совершенными считаются электронные терморегуляторы, представляющие собой терморезисторы, способные измерять температуру не только очень точно, но и близко к рабочим поверхностям дорнов и муфт. Их использование позволяет снизить температурную инерционность аппарата, приблизить фактическую температуру нагревательной пары к той, которая отображается на шкале прибора. Капиллярные термостаты и тем более биметаллические реле работают более грубо. Диапазон регулировки и расхождение между фактической температурой дорна и муфты и той, которая установлена на шкале прибора, у них гораздо выше, чем у терморезисторов.

Однако независимо от используемого терморегулятора, после выхода аппарата на рабочий режим (согласно показаниям индикатора) нужно дать ему еще несколько минут на то, чтобы температура насадок окончательно сравнялась с той, которую показывает прибор. И только после этого приниматься за работу.

Можно встретить паяльники с двумя нагревательными элементами разной мощности, оснащенные отельными включателями. Причем мощность каждого нагревателя обеспечивает необходимый температурный режим в одиночку. Это позволяет выбирать оптимальную мощность, или использовать второй нагревательный элемент в качестве дублирующего на случай перегорания первого. Нагреватели можно включать и одновременно для форсированного выхода на рабочий режим.

Кроме набора дорнов и муфт, в комплект оборудования для сварки полипропиленовых труб могут входить различные вспомогательные инструменты и материалы - фаскосниматель, калиброватель, торцеватель, ножницы для резки труб, очищающая жидкость и пр. Не все из них входят в базовую комплектацию, некоторые предлагаются опционно.

Укомплектованность сварочного аппарата инструментом для подготовительных операций не менее важна, чем технические параметры самого паяльника. Желательно иметь как можно более полный набор, это даст возможность работать с любой трубой независимо от ее размера и характера армирования.

Технология сварки враструб

Внешний диаметр трубы чуть больше номинального диаметра, а внутренний диаметр фитинга - чуть меньше номинального диаметра трубопровода. Например, труба диаметром 20 мм на самом деле имеет внешний диаметр 20,3-20,5 мм, а фитинг для трубопровода диаметром 20 мм имеет внутренний диаметр 19,5-19,7 мм. При этом диаметры рабочих поверхностей муфт и дорнов в их средней части (рабочие поверхности конические, конусность около 0,5°) соответствуют номинальному диаметру.

В процессе совмещения трубы с нагретой муфтой, внешний слой трубы оплавляется и выдавливается наружу в форме валика (грата), а внутренние слои прогреваются достаточно, чтобы упруго сжаться и позволить трубе войти в нагретую муфту. Похожий эффект наблюдается при совмещении фитинга с нагретым дорном. При соединении после нагрева трубы и фитинга, труба упруго сжимается, а фитинг упруго растягивается. В результате нагретые свариваемые поверхности давят друг на друга, вытесняя воздух и обеспечивая перемешивание расплавленного материала.

Технология сварки полипропиленовых труб враструб состоит в выполнении следующих операций: резка трубы, подготовка деталей к сварке, монтаж и вывод на рабочий режим сварочного аппарата, установка деталей на прогрев, сборка соединения и его охлаждение.

Без больших усилий совместить трубу и фитинг вручную с нагретым инструментом, а затем - совместить трубу с фитингом в соединение, удается только при сварке трубопроводов небольших диаметров - до 40-50 мм. Для сварки труб диаметром больше 50 мм лучше использовать специальные центраторы для раструбной сварки.

Резка труб. Резку трубы выполняют специальными ножницами, исключающими смятие ее стенки.

Подготовка труб и фитингов к сварке. Стандартная подготовка заключается в очистке и обезжиривании наружной поверхности трубы и внутренней поверхности фитинга. Однако кроме стандартной есть еще и специальная подготовка, выполняемая в отношении армированных труб, - но не всех, а лишь некоторых из них. Осуществляющим монтаж полипропиленовых труб своими руками необходимо знать об особенностях подготовки труб, имеющих различное армирование.

Благодаря композитным ПП трубам с армированием алюминием или стекловолокном, достигается высокая термическая стабильность трубопровода (низкое температурное расширение), благодаря этому отпадает необходимость установки температурных компенсаторов в системах отопления и горячего водоснабжения. Армирование алюминием, кроме того, исключает диффузию кислорода в систему. Проникший через стенку трубы кислород насыщает воду замкнутых высокотемпературных систем газом, вызывающим кавитацию в вентилях, насосах и прочих элементах трубопровода.

Трубы без армирующего слоя или армированные стекловолокном не требуют никакой специальной подготовки.

Трубы, армированные алюминием, расположенным близко к поверхности (под тонким декоративным слоем полипропилена), требуют удаления армирующего слоя специальным инструментом - шейвером. При сварке ПП труб этот слой необходимо удалять, чтобы обеспечить прочную и неразрывную связь трубы с фитингом.

Трубы, в которых армирующий слой алюминия расположен в середине стенки, необходимо подвергать операции торцевания специальным инструментом, целью которой является удаление кромки алюминия, выходящей на торец трубы. Если этого не сделать, вода может проникнуть по открытому армирующему слою в середину стенки и вызвать ее вздутие.

Ниже приведены фото разрезов соединений сделанных без торцовки (неправильно) и с торцовкой (правильно).

Лучший результат достигается с применением специальных муфт. Их конструкция обеспечивает обволакивание полипропиленом кромки армирующего слоя (его замуровывание), в результате чего исключается его контакт с водой.

Иногда производителями труб даются рекомендации при подготовке трубы к сварке, независимо от наличия армирующего слоя, калибровать ее по наружному диаметру и снимать фаску. Необходимость первого объясняется возможной эллипсностью трубы, которая должна устраняться калибровкой. Снятие фаски призвано облегчать установку трубы в муфту. Однако в большинстве случаев, при сварке полипропиленовых труб своими руками, ни первого, ни второго не делают, считая эти операции излишними.

Подготовка сварочного аппарата ("паяльника"). Перед началом работ, "паяльник" для сварки полипропиленовых труб необходимо надежно закрепить в кронштейне или на станине. Во время установки на прогрев, к деталям прилагаются определенные усилия, передающиеся на паяльник. Для удобства работы необходимо, чтобы он был прочно закреплен и неподвижен.

После установки аппарата, на его нагревателе закрепляется подходящая нагревательная пара (дорн и муфта), выставляется с помощью тумблера необходимое значение температуры нагрева, и аппарат включается в сеть. Температура инструмента для сварки полипропиленовых труб враструб должна составлять 260±10°С. Это значительно превышает температуру вязкотекучести полипропилена и делается с той целью, чтобы быстро оплавить поверхностный слой трубы и фитинга и снять детали, не допуская прогрева их стенки на всю толщину. В противном случае труба и фитинг потеряют жесткость, и их невозможно будет соединить.

Установка деталей на прогрев. После выхода аппарата для сварки полипропиленовых труб на рабочий режим (о чем должна просигнализировать индикация прибора), труба и фитинг одновременно устанавливаются для нагрева - труба вставляется в муфту, фитинг надевается на дорн. Если одновременная установка деталей невозможна, первым устанавливается фитинг, так как он массивнее.

Трубы и фитинги имеют материал на припуск, который выдавливается во время установки деталей, образуя грат - валик в виде кольца. Его сдвиг требует приложения определенной силы. Однако усилие не должно быть излишним, надвигать детали нужно постепенно, следя за тем, чтобы образующийся грат был правильной формы. Если фитинг надевается на дорн свободно, без усилия и образования грата, значит, он бракованный и использовать его нельзя.

Устанавливая детали, нужно контролировать глубину их установки, чтобы снять усилие, когда они упрутся в дно муфты и вершину дорна. В противном случае можно смять торец трубы и ограничитель фитинга. Для контроля за глубиной погружения трубы в муфту, на ней можно сделать отметку на необходимом расстоянии от торца. Но чаще всего этого не делают, трубу и фитинг просто устанавливают на оправку до тех пор, пока они не упрутся.

После установки деталей в муфту и на дорн аппарата для сварки пластиковых труб, нужно дать им время для оплавления поверхностей. Продолжительность нагрева - очень важный параметр. Она должна быть достаточной для того, чтобы поверхности нагрелись до состояния вязкотекучести, но не быть выше того значения, за которым детали начнут терять жесткость. У производителей пластиковых труб имеются таблицы, устанавливающие время нагрева в зависимости от марки полипропилена, диаметра трубы и толщины стенки. Ориентировочные значения продолжительности нагрева для трубы PPRC (ПП тип3) PN20 указаны в таблице ниже.

Диаметр трубы, мм	16	20	25	32	40	50	75	110
Время нагрева, сек.	5	5	7	8	12	18	30	50
Время перестановки*, сек.	4	4	4	6	6	6	8	10
Время фиксации**, сек.	6	6	10	10	20	20	30	50
Время полного остывания***, мин.	2	2	2	4	4	4	6	8

* - время на снятие разогретых деталей и соединение их.
** - время удержания соединения до частичного остывания. Это время используется для выравнивания соединения руками. По истечении этого времени соединение теряет эластичность, изменять его форму уже невозможно.
*** - Удерживать детали до полного остывания нет необходимости. Достаточно не создавать нагрузки. После этого времени соединение готово.

Время нагрева отсчитывается с момента достижения деталями упоров. После того как оно закончится, трубу и фитинг с тем же умеренным усилием снимают с оправок.

Сборка деталей. Снятые с оправок утюгов для сварки полипропиленовых труб детали без промедления соединяются между собой (труба вставляется в фитинг). Время, которое проходит с момента снятия деталей до момента их сборки, должно быть как можно меньше и в любом случае не превышать 4-6 секунд. Промедление чревато охлаждением деталей и невозможностью их сборки или, по крайней мере, низким качеством соединения.

Соединяя трубы с фитингами, не следует проворачивать их друг относительно друга более чем на 5°. Правильность соединения нужно контролировать по виду образующегося грата, который должен быть одинаковым по толщине со всех сторон.

Охлаждение соединения. После соединения деталей и (при необходимости) их правки, на которую по технологии отводится всего несколько секунд, к деталям нельзя прилагать никаких усилий до тех пор, пока полипропилен полностью не затвердеет. Обычно на это требуется 2-4 мин.

Ориентировочные значения продолжительности всех операций при сварке, для трубы PPRC (ПП тип 3) PN20, указаны в таблице выше. Точные значения параметров сообщаются производителями труб и фитингов.

Типичные ошибки при сварке враструб

Правильно выполненное соединение представляет собой монолитный узел, состоящий из фитинга и трубы, который по прочности не только не уступает целой трубе, но даже превосходит ее.

Различные ошибки при сварке могут нарушить монолитность соединения и привести к потере герметичности или создать слабое место в трубопроводе, которое может разрушиться при кратковременном повышении давления. Ошибки эти могут быть следующими.

Недоведение трубы и фитинга до упоров при установке их на прогрев. Это приводит к невозможности сборки деталей на полную глубину (детали упираются в грат, не дойдя до конца) и появлению слабого места в соединении.

Превышение нормальной глубины погружения трубы в муфту при ее установке на прогрев - из-за чрезмерного приложения силы и/или несвоевременного ее снятия. В этом случае торец трубы загибается внутрь, образуя грат, который сужает проход трубы и препятствует свободному течению воды.

Недоведение деталей до упоров при их сборке (соединение не на всю глубину). Следствие этого - ослабленное место в соединении.

Перегрев деталей из-за превышения времени нагрева или слишком высокой температуры паяльника. Эта ошибка приводит к потере деталями жесткости и невозможности их сборки или деформациям и складкам в соединении, если детали все же удалось собрать. Последнее кроме ослабления конструкции может привести к потере герметичности.

Недогрев деталей из-за малого времени нагрева или заниженной температуры сварочного аппарата. Следствие этой ошибки - невозможность сборки деталей или несплавление в соединении и потеря герметичности.

Превышение временного интервала между снятием деталей с прогрева и их сборкой. В результате нагретые поверхности охлаждаются до температуры ниже вязкотекучести. Ошибка приводит к невозможности сборки деталей или несплавлению в соединении с нарушением герметичности.

Неправильная резка трубы, выражающаяся в неперпендикулярности ее торца оси. В этом случае в собранном соединении образуется слабое место из-за неплотного прилегания торца трубы к внутреннему ограничителю фитинга.

Нарушение соосности трубы и фитинга при сборке. Приводит к деформации и, возможно, к потере герметичности соединения.

Ошибки сварки, не вызывающие потери герметичности, могут ничем не проявить себя в течение долгой эксплуатации, однако несут в себе потенциальную угрозу выхода из строя соединений при кратковременных повышениях давления.

Стыковая сварка полипропиленовых труб

Сварка пластиковых труб встык заключается в нагреве их торцов нагретым инструментом (сварочным зеркалом) до оплавления, и последующем сжатии с выдержкой под давлением до момента охлаждения шва. Этот метод технологически прост, не требует дополнительных соединительных деталей и при точном соблюдении технологии обеспечивает прочность сварного шва не ниже прочности самой трубы. Схематично процесс образования стыкового сварного шва выглядит следующим образом.

Однако, несмотря на простоту технологической схемы, практическое осуществление стыковой сварки связано с некоторыми сложностями, ограничивающими ее использование в домашних условиях.

Необходимо обеспечить точное осевое совмещение труб и их параллельность друг относительно друга (несовпадение стенок труб допускается до 10% от их толщины). В течение определенного времени необходимо прикладывать усилие, прижимающее трубы к нагревательному зеркалу во время нагрева, и друг к другу - во время образования соединения. При резке или торцовке трубы, должна быть обеспечена перпендикулярность торца. Все эти условия трудно соблюсти без специального оборудования - центратора, оснащенного ручным или электрическим приводом, создающим усилие сжатия, и торцевателем. То есть, в случаи труб небольших диаметров, оборудования и инструмента для сварки полипропиленовых труб встык требуется больше, чем при сварке враструб. А если учесть, что сварка враструб обеспечивает более высокую надежность благодаря замковому характеру соединения, становится понятно, почему ей отдается предпочтение перед сваркой встык при монтаже домашних водопроводов и отопительных систем.

Сварка полипропиленовых труб встык применяется в основном в качестве промышленного способа соединения труб большого диаметра при прокладке прямых участков трубопроводов (подробнее процесс стыковой сварки пластиковых труб описан в статье Сварка полиэтиленовых труб).

Монтаж полипропиленовых труб

В случае проектирования и монтажа водопровода для горячей воды и особенно системы отопления, важно учитывать температурное расширение труб. При этом температурное расширение различных полипропиленовых труб сильно различается. У армированных труб температурное расширение значительно меньше, чем у неармированных полипропиленовых труб. Не случайно разработчики армированных полипропиленовых труб называют такие трубы "стабильными". Под этим подразумевается малое изменение первоначальной длины трубы при её нагреве или охлаждении.

На примере полипропиленовых труб системы KAN-therm PP видно, что при максимальной разнице температур 80° один метр однородной трубы удлиняется на 12 мм, а комбинированной трубы на 2 мм, при значительной длине участков трубопроводов (более 2-3 метра) тепловое удлинение при нагревании, или сжатие при охлаждении, может привести к недопустимо сильным напряжениям на стыках. Нужно отметить, что именно термические напряжения от удлинения или сжатия, а не внутренние от давления воды, наиболее опасны для полипропиленовых труб, особенно в случае однородных полипропиленовых труб. Для компенсации удлинений (когда это необходимо) прибегают к различным изгибам трубопровода и нежесткому креплению к опорам, обеспечивающее осевое перемещение трубы.

Видео:

Литература