СТЫКОВАЯ СВАРКА ФТОРОПЛАСТОВЫХ ТРУБ
Фторопластовые трубы, получаемые прессованием из порошка фторопласта-4 (ГОСТ 10007-72), предназначены для транспортирования агрессивных и особо чистых жидкостей при температурах от —200 до 260°С.
Трубы из фторопласта диаметром до 500 мм и толщиной стенки 2,5-5 мм можно сваривать односторонним контактным нагревом с помощью нагревателя цилиндрической формы, установленного с наружной стороны кольцевого шва с определенным радиальным зазором; передача тепла происходит через прокладку из теплопроводного металла, внутреннего вкладыша или внутреннего нагревателя в данном случае не требуется.
Перед сваркой соединяемые концы труб должны быть обработаны механически с торца и по наружной цилиндрической поверхности на длине 20 мм. Концы труб под сварку можно обрабатывать на токарных станках с использованием жестких цилиндрических вкладышей.
Трубы можно сварить встык со скосом кромок, однако предпочтительнее использовать фторопластовую муфту, которую изготовляют из фторопластовой трубы большого диаметра; внутренний диаметр муфты должен'соответствовать наружному диаметру обработанных под сварку труб.
Технологический процесс состоит из'следующих операций: установка подготовленных под сварку фторопластовых труб с муфтой в нагревателе с соответствующим радиальным зазором (рис. 3.5); закрепление труб зажимами таким образом, чтобы сварочное давление на стыке составляло 0,5-1,0 МПа; нагрев зоны шва до 390°С (10-20 мин), выдержка при этой температуре в течение 10 мин и охлаждение до 330°С; ослабление зажимов в период охлаждения от 330°С до комнатной температуры.
Радиальный зазор между фторопластовой муфтой и теплопроводящим вкладышем нагревателя можно варьировать в зависимости от толщины стенки трубы и муфты. Рекомендуемые
|
/ |
|
/ |
|
** ^ У. ^УУ УУ^ |
|
'тх |
|
Ш»»и |
 |
|
|
|
 |
|
Ш,<щ _ ПЙЙЙ&Йэт отэтАлпгА
|
|
Рис. 3.5. Схемы сварки труб из фторопласта-4 встык с припариваемой фторопластовой муфтой: 1 - нагреватель; 2-теплопроводящий вкладыш; 3 зажим; 4 свариваемые |ру(ш. * муфт, Л пружина |
Радиальные зазоры для труб диаметром 45 ± 3 мм приведены ниже:
4 4,5 5 5,5 6
Толщина стенки труб 3,5 с муфтой, мм Радиальный зазор, мм 1
1,1 1,2 1,3 1,4 1.5
Сварные соединения фторопласта-4, выполненные с соблюдением рекомендуемой технологии, по физико-механическим характеристикам и химической стойкости приближаются к основному материалу.
Подобная же технология может быть применена и для сварки встык труб из фторопласта большего диаметра. Однако с увеличением диаметра труб значительно возрастает разброс значений наружного диаметра труб и толщины стенки, что весьма осложняет задачу обеспечения нужного зазора между наружной поверхностью трубы и теплопередающей прокладкой. Несоблюдение требования приводит к снижению качества сварного соединения, а в ряде случаев-и к невозможности образования соединения вообще. Так, при уменьшении зазора при температурном расширении свариваемого материала в радиаль
Ном направлении происходит значительная деформация зоны соединения под действием кольцевой теплопередающей прокладки, в результате чего материал выдавливается из зоны сварки, и охлаждение стыка идет практически без приложения сварочного давления. При чрезвычайно большом зазоре в результате деформации материала в осевом направлении и при отсутствии давления в радиальном направлении происходит раскрытие стыка во время изотермической выдержки по наружным слоям стенки трубы.
Решение этой проблемы возможно двумя путями. Во-первых, это калибровка конца свариваемой трубы путем термической осадки ее на разогретой оправке соответствующего диаметра. После этой операции возможно выравнивание толщины стенки трубы на токарном станке. Другим путем является применение в процессе сварки в качестве теплопередающих прокладок специальных гильз, допускающих упругое расширение в радиальном направлении и восстановление размеров при охлаждении
[23].
С ростом толщины стенки трубы появляется необходимость, как и при сварке листовых материалов большой толщины, нагревать кромки одновременно торцевым и кольцевыми нагревателями. В качестве торцевого нагревателя может быть использована пластина из хорошо передающего тепло материала, контактирующая одновременно с кольцевыми нагревателями и торцами свариваемых труб (рис. 3.6).
|
Рис. 3.6. Теплопередающая пластина для термоконтактной сварки фторопластовых труб |
|
Рис. 3.7. Резонирующее кольцо из теплопроводного материала для термоультразвуковой сварки труб |
 |
Возможно также применение ультразвуковых колебаний для интенсификации процесса сварки, в которой колебания в зону сварки передаются через теплопроводную пластину (рис. 3.7). Схема сварки труб из фторопласта-4 встык при этом сводится к схеме термоультразвуковой сварки с касательным вводом ультразвуковых колебаний и непосредственным подведением их к свариваемым поверхностям [24].
Экспериментально установлено, что оптимальные температуры нагревательных элементов составляют 380 390°С, а оптимальные значения амплитуды ультразвуковых колебаний лежат в пределах 25-40 мкм. Ультразвуковая обработка должна проводиться в период нагрева материала от температуры плавления кристаллической фазы до температуры сварки. Давление прижима торцов труб к торцевому нагрева гелю составляет 0,8- 0,9 МПа, а сварочное давление, которое зависит от способности материала к упругому восстановлению деформации после снятия нагрузки,- 0,6-0,8 МПа.
Оптимальная продолжительность изотермической выдержки составляет 10-15 мин. Скорость охлаждения сварочного шва под давлением определяет степень кристалличности полимерного материала в зоне сварки, от которой зависят пластические свойства сварного стыка; она составляет от 10 до 50 С/мин.
