Методы соединения трубопроводов из полиэтилена

На производстве и в быту для создания трубопроводов различного функционального назначения все чаще вместо дорогостоящих стальных труб используют полимерные. Одним из видов пластика, применяемого для изготовления трубных изделий, является полиэтилен. Для формирования трубопровода необходимо соединять отдельные трубные фрагменты, для чего используется сварка полиэтиленовых труб встык, а также технология, предусматривающая применение соединительных термоэлектрических фитингов, — муфт. Особенности каждого способа сварки полиэтиленовых (ПЭ) трубных изделий рассмотрим в статье.

Сферы применения труб из полиэтилена

В производственной сфере полиэтиленовые трубопроводы применяются для прокладки водных, канализационных, газовых и нефтяных магистралей. Там, где раньше применялись стальные или чугунные трубы, сейчас используются полимерные изделия. Это объясняется такими характеристиками полиэтиленовых трубопроводов:

• прочность материала;
• эластичность трубных изделий;
• небольшой вес, что на порядок ниже, чем у металлических труб;
• высокая скорость прокладки и формирования сварных стыков;
• низкая стоимость полимерных материалов;
• меньшая трудоемкость процесса формирования трубопровода и его прокладки.

Используются ПЭ-трубы для прокладки бытовых наружных трубопроводов (водопровод, канализация). Для монтажа внутренних коммуникаций и систем отопления применяют изделия из более прочного и темостойкого сшитого полиэтилена.

Способы соединения ПЭ-труб

При монтаже наружных магистральных и местных коммуникаций приходится соединять отдельные трубные участки, формировать разветвления сетей, делать переходы между трубопроводами разных диаметров и выполненных различными материалами. Для этого применяются несколько способов соединения полимерных трубных изделий, среди которых:

• стыковка резьбовыми переходными деталями;
• сварка элементов трубопровода встык;
• применение термоэлектрических соединительных и переходных муфт.

Резьбовые фитинги применяются при соединении полиэтиленовых труб небольшого диаметра при формировании бытовых сетей водоснабжения с невысоким давлением. Для стыковки ПЭ-труб больших диаметров применяются два других способа, которые рассмотрим подробнее.

Сварка встык

Этот метод сварки полиэтиленовых изделий основан на свойстве полиэтилена образовывать прочное монолитное сращение двух предварительно расплавленных поверхностей. При плотном соприкосновении термически размягченный пластик образует молекулярные связи с другим участком полимера. При остывании сращенный таким способом стык по свойствам ничем не отличается от исходного материала на других участках полиэтиленового трубопровода.

Для того, чтобы качественно провести такую сварку, необходимо выполнение нескольких условий:

• одинаковый диаметр и химическая структура сращиваемых фрагментов (полиэтилен бывает разным, что обозначается при маркировке изделий);
• правильная геометрия торцов (должна быть идеальная окружность);
• достаточная толщина стенки (не менее 5-6 мм, в зависимости от диаметра трубы);
• полное совпадение осей при сварочной стыковке;
• ровный, очищенный от пыли и максимально выровненный трубный торец с обеих сторон;
• соблюдение определенного периода нагрева (при заданной температуре) и остывания сварного шва.

Выполнить все перечисленные условия без применения специального оборудования очень проблематично.

Оборудование для сварки встык

Приспособления, применяемые для стыкового термического соединения полиэтиленовых труб сложные и дорогостоящие, поэтому сварочными работами обычно занимаются специализированные организации. В комплект необходимых устройств входят:

• центратор (станина с полозьями, по которым с двух сторон перемещаются зажимные устройства со стыкующимися отрезками трубопровода);
• гидравлический аппарат, регулирующий давление сжатия и температуру нагрева;
• триммер для торцовки труб;
• нагревательный двусторонний прибор.

Все рабочие операции проводятся в центраторе, где трубы закреплены специальными зажимами. Последовательность процесса стыковой сварки труб из полиэтилена рассмотрим дальше.

Описание процесса стыковой сварки

1. Стыкуемые трубы после проверки округлости торцов и толщины стенок фиксируются в подвижных зажимных устройствах центратора.
2. Трубные торцы очищаются от пыли и воды, после чего с помощью гидропривода зажимные устройства сближаются для торцовки труб триммером, который устанавливается и закрепляется посредине. Торцеватель снимается, после чего проверяется плотность прилегания торцов.
3. Стыкуемые торцы обезжириваются. По центру центратора устанавливается нагревательное «зеркало». Температура нагрева для сварки ПЭ-труб равна 210˚С. Зажимы снова сдвигаются гидравликой, какая в начале процесса нагрева обеспечивает давление, значение которого определяется по данным специальной таблици. В ней также указаны период нагрева и остывания для изделий определенного диаметра, толщины стенки и типа пластика.
4. После периода нагрева, во время которого происходит расплавление полимера, нужно дать соединению остыть в неподвижном состоянии. Остывшую трубу вынимают из центратора, отпустив зажимы и переходят к сварке следующего стыка.

С помощью описанного оборудования производится соединение встык полиэтиленовых труб любого диаметра. Недостаток такого метода сварки в том, что для его проведения сварочных работ необходимо пространство для установки оборудования. Для стыковки полимерного трубопровода прямо в траншее или для формирования перехода с пластика на трубу, выполненную другим материалом, удобнее применять следующий способ.

Сварка ПЭ-труб термоэлектрическими фитингами

Муфты для соединения полиэтиленового трубопровода имеют в своем корпусе, ближе к внутренней поверхности, витки нагревательной спирали, что соединена с электрическими клеммами, установленными сверху на самой детали. При подключении к контактам электротока с определенными параметрами, спираль разогревается до определенной температуры, расплавляя при этом внутренний полимерный слой муфты и поверхность вставленной трубы. Когда подача тока прекращается, происходит молекулярное сращение поверхностей стыкуемых изделий.

Для подачи тока на клеммы термоэлектрической муфты используется специальный инвертор, который сам задает режим процесса сварки в зависимости от типа фитинга (информация считывается датчиком прибора со штрихкода соединительной муфты).

Автоматический режим термического муфтового соединения полиэтиленовых труб минимизирует влияние человеческого фактора на процесс сварки. Однако перед стыковкой муфтовым способом соединяющуюся часть трубы следует подготовить. Сначала с трубной поверхности снимается небольшой слой окисленного полимера специальным скребком, после чего наружная поверхность трубы и внутренняя фитинга тщательно обезжиривается.

Соединительные термоэлектрические муфты выпускаются для разного диаметра и типа ПЭ-труб. Есть переходные фитинги, в которых с одной стороны расположено отверстие для стыковки полиэтиленового трубопровода, с другой же в тело впаян резьбовой переход для соединения с трубами из других материалов.

Термоэлектрические фитинги достаточно дорогостоящи, как и сварочный инвертор. Однако сварка полиэтиленовых труб муфтами намного надежнее стыкового соединения (рассчитана на давление до 15 Атм), к тому же работу можно проводить на ограниченном пространстве (непосредственно в траншее).