С помощью сварки враструб контактным нагреванием выполняют соединения полипропиленовых труб и соединительных деталей наружным диаметром до 125 мм . Обычно выбор этого способа сварки зависит от наличия соединительных деталей соответствующего диаметра [22].
Данный вид сварки основан па одновременном оплавлении норном и гильзой нагревательного инструмента тонкого слоя соответственно внутренней поверхности раструба и наружной поверхности конца трубы с последующим сопряжением оплавленных поверхностей свариваемых деталей при быстром вдвигании конца трубы в раструб. Схему процесса сварки враструб, соответствующая нормам DVS 2207-1 [24], иллюстрирует рис. 20.
Для того чтобы обеспечить плотное прилегание свариваемых поверхностей к нагревательному инструменту, выбирают гильзу с внутренним диаметром в нагретом состоянии несколько меньшим минимального наружного диаметра трубы, имеющего положительные допускаемые отклонения, а дорн с наружным диаметром несколько большим номинального внутреннего диаметра раструба, на который предусмотрены отрицательные допускаемые отклонения, т. к. сварка осуществляется с «натягом». Это объясняет, в частности, то, что в холодном состоянии конец трубы невозможно вдвинуть в раструб соединительной детали.
Согласно СН 478—80 [1] для сопряжения оплавленных поверхностей деталей, свариваемых под давлением, внутренний диаметр гильзы нагревательного инструмента следует принимать на 0,2—0,7 мм больше наружного диаметра дорна.
Образующийся при надвигании деталей на нагретый инструмент излишек материала снимается кромками этого инструмента. Снятие небольшого поверхностного слоя положительно сказывается на сварке, т. к. при этом уменьшается опасность попадания загрязнений с поверхности детали в сварной шов и разрушается окисленный поверхностный слой детали. При снятии слоя значительной толщины увеличивается продолжительность нагревания деталей выше предельно допустимого значения, что может привести к потере ими формоустойчивости, а также к образованию внутри трубопровода валиков из оплавленного материала, ухудшающих его гидравлические характеристики.
Указанные особенности делают целесообразным проверку размера труб и раструбов соединительных деталей перед их нагреванием с помощью калибра (рис. 21). Он имеет переднюю проходную и заднюю непроходную части, а также переходной конический участок, по которому можно оценить величину допускаемого отклонения. Во всех случаях наружный диаметр трубы должен быть больше внутреннего диаметра раструба. Трубы и соединительные детали, не прошедшие калибровку (или соответствующий измерительный контроль), бракуют.
Для перерезки труб используют специальные отрезные устройства, позволяющие получать гладкий срез, перпендикулярный оси трубы: ножницы, гильотины и телескопические труборезы с режущими дисками.
Наиболее распространенным отрезным устройством являются ножницы (рис. 22). Лезвия ножниц изготавливаются прямыми и клинообразными из специально закаленной стали и могут заменяться. Некоторые ножницы снабжены храповым механизмом для облегчения перерезки.
Для перерезки труб большого диаметра используют гильотину (рис. 23). Она обеспечивает чистый срез и выпускается трех размеров: для труб диаметрами до 125, 225 и 323,8 мм (4”, 8”, 12”) - с комплектами запасных ножей.
Телескопический труборез со сменными режущими дисками показан на рис. 24. Телескопические труборезы выпускаются для труб диаметрами 10—40, 50—110,110—160 и 180—315 мм с толщинами стенок 2—16 мм. Некоторые конструкции оснащаются дополнительным устройством для снятия фаски и заусенцев с внутренней поверхности торцов труб. Режущие диски изготавливаются из закаленной стали, и их размеры одинаковы у разных изготовителей.
Для снятия фаски с наружной и заусенцев с внутренней кромок торцов труб используют ручной или тоннельный фаскосниматели (рис. 25).
Чтобы облегчить сварку, наружную кромку трубы срезают под углом 15° (рис. 26, табл. 19).
Для получения ровной по всему периметру фаски используют специальный фаскосниматель (рис. 27).
При работе с трубами, имеющими противодиффузионный слой из алюминия, в процессе подготовки концов труб к сварке враструб необходимо снимать защитный слой из алюминия. Эта операция осуществляется с помощью устройства, показанного на рис. 28.
После снятия наружной фаски на трубу наносят метку или устанавливают ограничительный хомут (рис. 29), который служит для устранения овальности, если отклонение в пределах зоны сварки превышает 1,5 % от наружного диаметра трубы. Овализация труб происходит при поставке и хранении труб в бухтах. Нанесение метки производят на расстоянии от торца трубы, равном глубине раструба соединительной детали, включая 2 мм для труб диаметром до 20 мм и 3 мм для труб большего диаметра. После сопряжения оплавленных поверхностей деталей метка должна оставаться видной.
Значения глубины раструба для соединительных деталей по DIN 16962:1999 [25] и расстояния от торца трубы до метки по СП 40-101-96 [10] в зависимости от наружного диаметра труб приведены в табл. 20.
В связи с тем что в России нет национального стандарта на соединительные детали для сварки враструб, глубина раструба соединительных деталей разных изготовителей может отличаться. Кроме того, глубина раструба может быть различной у соединительных деталей одного диаметра, но разного назначения (муфта, отвод, угольник и т. д.). Поэтому следует на каждой партии продукции перед сваркой производить измерения глубины раструба металлической линейкой или штангенциркулем. При нанесении на оплавляемом конце трубы ограничительной метки учитывают, что расстояние от торца трубы до метки должно быть больше глубины гильзы и во всех случаях должно превышать глубину раструба. При приобретении сварочных нагревательных инструментов необходимо измерять длину дорна и глубину гильзы, а у раструбных соединительных деталей — сравнить глубину раструба с размерами сварочных нагревательных инструментов.
Оптимальные режимы сварки враструб нагретым инструментом для наиболее распространенных труб и соединительных деталей из PPR при температуре сварки, равной 260 °С, приведены в табл. 21.
Время технологической паузы должно быть минимальным, т. к. при нагревании оплавляется сравнительно тонкий слой материала, а поверхность сварного шва имеет значительные размеры. Например, при увеличении времени технологической паузы до 5 с вместо 1 с при температуре наружного воздуха 20 °С прочность сварного шва снижается примерно на 30 %, при 0 °С — на 50 % и при —20 °С — на 70 %. В связи с этим для проведения сварочных работ при низких температурах применяют предварительное подогревание деталей воздухом, тепляки и экраны для защиты от ветра, а в процессе сварки и остывания шва концы труб закрывают инвентарными пробками во избежание сквозняков внутри трубы. При сварке на холоде время технологической паузы должно быть сокращено до минимума. При сварке допускаемая температура воздуха должна быть равна 0 °С.
Вдвигание конца трубы в раструб производится с максимальной скоростью. После такого вдвигания вращение деталей одна относительно другой не допускается.
Свариваемые детали вплоть до частичного отвердевания оплавленного материала должны находиться под осевой нагрузкой для того, чтобы труба не была вытолкнута из раструба. Продолжительность выдержки свариваемых деталей под осевой нагрузкой должна быть примерно в 3 раза больше продолжительности нагревания. Полученное соединение охлаждается медленно естественным путем и может быть нагружено после полного охлаждения.
Полным охлаждением считается состояние, когда температура расплава в сварном шве не превышает 70 °С в течение времени не менее приведенного в табл. 21. Полную прочность сварной шов приобретает через 16 ч после сварки.
Сварку трубы с соединительными деталями производят так, чтобы вторая сварка соединительной детали с трубой осуществлялась только после полного охлаждения детали, нагреваемой в результате выполнения первой сварки. Нагревательный инструмент для сварки враструб представлен на рис. 30. Все устройства снабжаются сменными насадками (дорн-гильза) для соответствующего диаметра. Рабочие поверхности насадок имеют антипригарное покрытие из тефлона. Устройства оборудованы блоками автоматического поддержания температуры в пределах 180—290 °С. В зависимости от диаметра свариваемых деталей нагревательные устройства имеют мощность от 500 до 1400 Вт.
Рис. 30. Устройство для сварки враструб: а - схема; б — внешний вид; 1 - гильза; 2 - лампочка контроля температуры; 3 — сигнальная лампочка выключения; 4 — нагревательная пластина; 5 — дорн