Полипропиленовые трубопроводы предназначены для промышленного применения с агрессивными средами. Подобные системы широко используются в химической промышленности, в устройствах для переработки промышленных стоков и пр. В большинстве случаев отдельные узлы таких систем соединяют методом сварки, одним из ключевых параметров качественного соединения элементов является температура пайки полипропиленовых труб.
Типы полипропилена и его свойства
Промышленный полипропилен отечественного производства выпускается в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 26996-86. Он классифицируется на материал низкого и высокого давления и обладает следующими физико-механическими свойствами:
-
- Плотность, г/см 3 – 880…910;
- Влагопоглощение, %, не более – 0,03;
- Предел прочности при растяжении, МПа – 130…250;
- Ударная вязкость, Нм, не менее – 0,4;
- Твёрдость по Роквеллу, HRB, не менее – 65;
- Предел термической стойкости, 0 С – 70…115.
Одновременно с высокой ударной вязкостью и надежностью сварки плавлением, полипропилен обладает хорошей стойкостью к истиранию, а также является хорошим теплоизоляционным и электрическим изолятором.
Химическая стойкость данного пластика превосходна: материал устойчив к водным растворам кислот (за исключением концентрированной азотной кислоты), щелочей и солей, а также к большинству органических растворителей. Относясь к группе термопластов, он может использоваться при температурах до 55….60 ° С в условиях постоянного давления и при температурах до 80…110 ° С в условиях гравитационного потока. Для промышленных применений важно также то, что полипропилен является самым легким из всех марок термопластмасс.
Температура и механические свойства полипропилена
Как и любой термопласт, полипропилен характеризуется существенно разной температурной зависимостью пластичности. Причём дефекты сварки, которая проводилась в неверном диапазоне температур, исправлению не подлежат. Если недогрев ещё как-то можно компенсировать увеличением продолжительности пайки, то перегретая заготовка получит бугристость, наплывы и прочие подобные дефекты.
Независимо от типа полипропилена минимальная температура поверхности зависит от требуемой глубины прогрева материала:
- До 10 мм – 245 0 С;
- До 16 мм – 250 0 С;
- До 25 мм – 255 0 С;
- Свыше 32 мм – 260 0 С.
Практически глубина прогрева на 5..10 мм меньше внешнего диаметра трубы.
Полипропиленовые (ПП) трубопроводы соединяются с использованием сварки плавлением под давлением. При этом фитинги могут соединяться встык, торцами, либо с использованием промежуточных деталей. Впрочем, второй способ более трудоёмок, увеличивает габаритные размеры арматуры, а потому на практике применяется значительно реже.
Температура пайки полипропиленовых труб связана с их прочностью, как показано в таблице:
|
Температура поверхности полимера, градусов |
Механические характеристики |
|
|
Предел прочности, МПа |
Относительная деформация до разрушения, %, не более |
|
|
25 |
600 |
10 |
|
60 |
500 |
20 |
|
90 |
400 |
30 |
|
125 |
150 |
40 |
При выдержке более высокой скорости нагрева приведенные показатели пропорционально снижаются.
Приведенная таблица пайки полипропиленовых труб изменит свои значения, если скорость омывающего потока будет иной.
Влияние силы и времени
Время прогрева поперечного сечения связано с температурой в зоне стыка двух заготовок. Считается, что для полипропилена справедлива зависимость: до 7 с выдержки на каждый миллиметр внешнего диаметра заготовки. Если он больше 20 мм, то длительность прогрева увеличивают на каждую секунду, если диаметр возрастает на 3…5 мм.
При слишком продолжительном прогреве (необходим для заготовок диаметром свыше 60…75 мм) структура термопластика изменяется в худшую сторону. Поэтому при пайке больших ПП-труб лучше принять паяльник повышенной мощности, либо увеличить внешнюю температуру (как это и делается в случае применения тепловых пушек).
Влияние усилия прижима сказывается не только на цельности шва, но и на внешнем виде торцов свариваемых труб. Поэтому в особо ответственных случаях необходимо производить контролируемый прижим заготовок при помощи динамометрического ключа. Для зажима подойдут инструменты с электронным или стрелочным индикатором. Первые удобнее, поскольку при постоянных условиях пайки исходные настройки можно сохранять.
Поскольку шкала динамометрического ключа приводится в Нм, то полученное значение необходимо разделить на внешний радиус трубы, а затем – на площадь поперечного сечения. Полученный результат сравнивают с пределом прочности материала (он указан в таблице, приведенной ранее).
Сводная таблица параметров и времени пайки
При пайке ПП труб температура и время обработки являются самыми важными параметрами, которые необходимо учитывать. Для обычных (неармированных) заготовок актуальны следующие практические данные:
|
Внешний диаметр , мм |
Толщина стенки, мм |
Время нагрева, с |
Время выдержки, с |
Время охлаждения, мин |
|
До 20 |
До 2 |
4…5 |
3…4 |
Не менее 2 |
|
Свыше 20 |
5…6 |
Не менее 3 |
||
|
До 20 |
Более 2 |
5…7 |
4…5 |
|
|
Свыше 20 |
7…8 |
Не менее 4 |
Как выдержать температурный режим
В обычных условиях качество пайки устанавливают по отсутствию деформации и перекоса материала в зоне сварного шва. Для этого используют универсальный мерительный инструмент – штангенциркуль и угломер. Наиболее действенными способами повысить стабильность пайки ПП-труб являются:
- Сокращение времени пайки (если возможно);
- Применение программируемых тепловых пушек и автоматизированного инструмента;
- Использование датчика температуры;
- Применение принудительного воздушного охлаждения участка спая.
Датчик лучше настраивать на температуру жала паяльника, чем на температуру стыка – она сильно изменяется по толщине стенки трубы.
Как избежать ошибок при пайке полипропиленовых труб своими руками
Специализированные устройства обычно обеспечивают хороший результат, но как быть в случае, когда приходится паять тем, что есть под руками? Вот несколько советов от опытных специалистов:
- Важно верно выбрать подходящую оснастку. Например, им может стать обычный ручной терморезак, оснащённый датчиком температуры. Подойдут и модели с электромеханическим приводом. Для простых случаев можно использовать даже обычный утюг с терморегулятором.
- Держать трубы нужно зажимами. Их следует иметь в достаточной номенклатуре, поскольку диаметры труб, нуждающихся в пайке, ежедневно могут изменяться. Прижимная лапка должна выполнять две технологические функции. Во-первых, это достижение температурного эффекта при плавлении полипропилена, а во-вторых, четкое расположение кромок труб для получения необходимого габарита соединения.
- Операция спайки ПП-труб очень деликатна. В расплавленном состоянии пластик очень чувствительный, поэтому посторонние частицы могут легко проникнуть в его структуру и нежелательным образом повлиять на прочностные свойства трубопровода. Поэтому заготовки и режущий станок должны быть тщательно очищены, вымыты и высушены.
- Как паять полипропилен в труднодоступных местах или на улице? Часто для этих целей предусматривают специальных крючки, неплохо иметь и светодиодный фонарь. Крючок позволит подвесить устройство, если до него трудно добраться, а фонарик обеспечит хорошую видимость зоны пайки.
- Нажим на части трубопровода, которые находятся в зоне стыка, не должен быть чрезмерным. Мягкий размягчённый пластик должен смешиваться, образуя единую конструкционную массу в точке соединения.
Заключение
Пайка термопластичных пластмасс (а также ПВХ или Экопластов) очень похожа на сварку металла в том смысле, что нужно знать, какой тип пластика используется, какова его температура плавления и как правильно выполнить сварное соединение. Следует помнить, что пластиковые сварные швы весьма похожи на металлические, и что процесс шлифования и чистовой обработки должен быть выполнен до того, как сварка будет завершена.
Термопластичным полипропилен назван потому, что, когда его нагревать до достаточно высокой температуры, материал размягчается, текучесть его увеличивается, и интенсифицирующая диффузия молекул делает возможным прочное неразъёмное соединение.
