Оборудование для сварки труб из термопластов деталями с закладными нагревателями, представленное на российском рынке

12.02.2025

Зуев М.А., Шешменев Д.Ю.

Сварка деталями с закладным нагревателем (далее ЗН) была разработана позже сварки встык с использованием опыта применения сварки враструб нагретым инструментом. Сварку деталями с ЗН называют также сваркой с закладными нагревательными элементами, электромуфтовой, электрофузионной, электродиффузионной, электросопротивлением и терморезисторной.

В нашей стране требования к оборудованию для этого вида сварки содержатся в [1], основанном на международном стандарте [2].

Принцип и область применения сварки деталями с ЗН.

Сварка деталями с ЗН используется для сварки полиэтиленовых (далее ПЭ), полипропиленовых, полибутиленовых труб, труб из других термопластов. Она заключается в расплавлении полимера на соединяемых внутренней поверхности детали (муфты, отвода, перехода и т.д.) и наружной поверхности труб за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока по заложенному в деталь электрическому нагревателю (спирали) из металлической проволоки, и последующем естественном охлаждении сварного соединения.

В результате происходит перемешивание расплавленных слоев двух контактирующих поверхностей, взаимопроникновение (диффузия) макромолекул полимера трубы и детали и установление между ними химических связей. Затем при остывании образуется неразъемное сварное соединение.

Сварка деталями с ЗН используется для соединения труб, плетей, сваренных стыковой сваркой, труб и гладких деталей разного вида при строительстве, ремонте и реконструкции трубопроводов, присоединения ответвлений к трубопроводам

Сварка деталями с ЗН ПЭ газопроводов может применяться при температуре воздуха от -15 до + 45 °С [3], водопроводов - от - 5 до + 35 °С [4].

Сваркой деталями с ЗН можно соединять трубы любого диаметра независимо от толщины их стенки, трубы с разным SDR, трубы из полиэтилена разных, но близких по характеристикам марок (например, из ПЭ 80 и ПЭ 63, ПЭ 80 и ПЭ 100).

Основными технологическими параметрами сварки деталями с ЗН являются:

напряжение электрического тока, подаваемого на ЗН (обычно - от 6 до 80 В);
время сварки, в течение которого происходит разогрев ЗН и расплавление полиэтилена (зависит от вида и диаметра детали, обычно - от нескольких десятков до нескольких сотен секунд);
время охлаждения полученного соединения, в течение которого происходит застывание расплава и образование сварного соединения (зависит от вида и диаметра детали, обычно - от нескольких минут до часа и более).

В силу целого ряда преимуществ перед сваркой встык нагретым инструментом сварка деталями с ЗН получила за последние десятилетия широкое распространение, что обеспечивает высокий уровень продаж электромуфтовых сварочных аппаратов в РФ.

На отечественном рынке в настоящее время присутствует не менее двух десятков различных марок таких аппаратов. В то же время давно не печатались статьи с обзорами российского рынка этого оборудования [5-7]. За двадцать лет, прошедших с момента публикации первой статьи, объем рынка, число дистрибьюторов и сервисных центров увеличились в несколько раз, полностью обновился модельный ряд. Поэтому обзор моделей аппаратов для сварки труб деталями с ЗН – актуальная задача.

Сварочный аппарат (устройство для осуществления сварки полимерных труб при помощи деталей с ЗН) (рис.3) включает блок питания, служащий для изменения характеристик подаваемого на аппарат от источника питания электрического тока, блок управления процессом сварки (задает требуемое напряжение и силу тока, подаваемого на клеммы ЗН детали, время сварки) и блок памяти, сохраняющий информацию о проведенных сварках.

Напряжение от аппарата подается на ЗН посредством электрокабеля со штекерами, соответствующими диаметру клемм (европейский стандарт – 4 мм). Для деталей с клеммами Ø 4,7 мм (английский стандарт) в комплект сварочного аппарата могут входить соответствующие переходники – адаптеры.

Сварочные аппараты сравнивают и оценивают по таким показателям, как:

способ управления процессом сварки;
способ ввода информации о параметрах сварки;
возможность регистрации сварочного процесса с последующей распечаткой;
совместимость с персональным компьютером;
напряжение питания аппарата;
диапазон напряжения, подаваемого на ЗН детали;
мощность;
масса, размеры, транспортабельность;
надежность и безопасность работы;
комплектация.

В настоящее время аппараты для сварки деталями с ЗН выпускаются автоматизированные, т.е. с автоматическим способом управления процессом сварки, снабженные системой записи (регистрации) и анализа параметров сварки. При этом аппарат должен распознавать типичные ошибки процесса сварки и выдавать на дисплей информацию о них.

Вводить технологические параметры сварки и информационные показатели в сварочный аппарат можно по-разному. Основными способами ввода являются следующие:

Вручную.

При этом способе с помощью нажатия кнопок пульта управления аппарата вводятся основные параметры сварки: напряжение, подаваемое на ЗН, время сварки и время остывания детали. Эту информацию сварщик берет из вкладыша, прикладываемого к детали, или считывает с наклейки на детали. Сварочные аппараты большинства фирм-производителей предусматривают этот способ ввода.

Это наиболее трудоемкий способ. Им обычно пользуются при невозможности использования других способов ввода.

Считыванием штрих-кода.

При этом способе основные параметры сварки и самого фитинга (тип, диаметр, SDR, фирма-производитель) закодированы в штрих-коде, нанесенном на наклейку на детали или на пластиковую карточку, сопровождающую деталь. Штрих-код считывается и вводится в память сварочного аппарата с помощью оптического сканнера, соединенного проводом с аппаратом. Это наиболее распространенный способ ввода, штрих-кодом снабжены фитинги практически всех производителей.

Однако нередко в полевых условиях считывание становится невозможным из-за порчи или загрязнения наклейки со штрих-кодом или неисправности сканнера. В этом случае для ряда моделей предусмотрена возможность ручного ввода цифр со штрих-кода.

Считыванием магнитной карты.

При этом способе основные параметры сварки закодированы на отрезке магнитной ленты на пластиковой карточке, прикладываемой к фитингу. Считывание информации с этой карточки осуществляется ее протяжкой через щель специального устройства, находящегося на сварочном аппарате. Такими карточками снабжены, например фитинги фирмы «Georg Fischer». Эту карточку следует надеть на клемму детали по завершении сварки, написав на ней имя или клеймо сварщика.

Наличие магнитной карточки несколько удорожает фитинг, существует опасность ее утраты.

Самоопознаванием.

При этом способе основные параметры сварки закодированы во встроенных в деталь дополнительном электрическом сопротивлении или микросхеме. Информация считывается и запоминается сварочным аппаратом после подсоединения к детали электрокабеля. При считывании напряжение, подаваемое на ЗН, фиксировано, кабель должен быть подключен к клеммам детали определенным образом. Этот способ мало распространен.

Саморегулированием.

При этом способе при постоянном сварочном напряжении время сварки не задается заранее, а определяется сварочным аппаратом посредством микровыключателей или термочувствительных элементов, встроенных в разъемы электрокабеля. Микровыключатели при подсоединении разъемов к клеммам фитинга контролируют подъем расплава полиэтилена в специальных лючках. При подъеме расплава за счет расширения полиэтилена при плавлении на определенную высоту они срабатывают и отключают сварочное напряжение.

На движение расплава и качество сварки оказывают определенное влияние ориентация фитинга в пространстве (вертикальное или горизонтальное) и гидродинамические процессы, протекающие в расплаве полиэтилена.

Существуют также и другие, гораздо реже встречающиеся способы (РМП, ММС и т.д.). Согласно требованиям Национального агентства контроля сварки (НАКС) способы задания информации при сварке деталями с ЗН обозначаются в документах следующим образом: ЗНР – вручную, ЗНШ – с помощью штрих-кода или магнитной карты, ЗНА – самоопознаванием.

Требования к системе кодирования 24-х разрядного штрих-кода и структуре магнитной карточки определены международным стандартом [8], действующем с 1994 г. В нем также стандартизированы технологические параметры сварочных аппаратов.

По способам ввода информации все сварочные аппараты можно разделить на:

специализированные (мономатические) – рассчитанные только на один (помимо ручного) способ ввода информации (в настоящее время встречаются очень редко);
универсальные (многорежимные) – с возможностью ввода данных несколькими основными способами (большинство продаваемых моделей).

При больших объемах сварочных работ целесообразно использовать универсальные аппараты, хотя они обычно дороже специализированных. Такие аппараты позволяют использовать детали различных фирм-производителей, создавая условия для снижения стоимости расходных материалов.

Основные виды комплектации сварочных аппаратов:

Совмещение в одном аппарате блока питания (сварочный трансформатор, инвертор или аккумулятор), блока управления и памяти;
Блок управления и память выполнены отдельно от блока питания, они соединены электрокабелем;
Блок питания отсутствует, при этом необходимо обеспечить подачу на блок управления питающего напряжения 48 В от электрогенератора или трансформатора (продукция фирмы Sauron (Франция));
Совмещение в одном аппарате блока управления и памяти с блоком питания и электрогенератором (продукция фирмы Belthram (Италия) (рис.).

Сварочные аппараты могут быть снабжены также устройством для распечатки данных из блока памяти.

Следует отметить, что некоторые иностранные производители выпускают так называемые комбинированные (совмещенные) аппараты для стыковой сварки, в которых блоки регистрации или управления можно использовать отдельно как аппараты для сварки труб деталями с закладными нагревателями [9].

Для моделей иностранных производителей должна быть предусмотрена возможность выбора родного для сварщика языка для задания информации в аппарат.

В зависимости от комплектации средний вес сварочных аппаратов различных фирм производителей может составлять от 3,5 до 55 кг.

Для производства электромуфтовых аппаратов характерны те же особенности, что и для производства сварочного стыкового оборудования [9]:

часть производителей самостоятельно разрабатывает и производит модели, заказывая на стороне небольшую часть необходимых деталей и узлов;
часть производителей заказывает на стороне у зарекомендовавших себя производителей все оборудование по технической документации последних и лишь ставит на нем затем свой логотип;
другая часть производителей покупают лицензию на производство и далее производят соответствующее оборудование сами, используя лишь отдельные узлы других производителей;
некоторые крупные концерны начали выпуск сварочного оборудования после приобретения заводов или фирм, уже давно его выпускавших;
некоторые производители просто копируют без приобретения лицензий наиболее удачные аппараты других фирм.

На цену электромуфтовых аппаратов влияют следующие факторы:

конструкция;
мощность;
качество и цена комплектующих (электрика, электроника);
локализация производства и транспортные издержки;
таможенные пошлины (для импортного оборудования);
необходимость аттестации;
объемы продаж.

Однако так как электромуфтовые аппараты по своему устройству гораздо проще стыковых и у них нет деления по диапазонам диаметров свариваемых труб и степени автоматизации, разница в цене и качестве моделей разных производителей не так велика.

Особенности конструкции, мощность и качество комплектующих напрямую влияют на надежность сварочного оборудования, которая особенно необходима при сварке труб большого (более 315 мм) диаметра. Такие трубы сваривают довольно продолжительное время (от 30 и более минут), при этом через закладной нагреватель протекают токи большой величины (~ 100 А). Детали с ЗН для сварки таких труб часто выпускают с функцией предварительного подогрева, который, хотя и проводится при меньшем, чем сварочное, напряжении, однако также может длиться десятки минут. Работа в таком режиме сильно нагружает электрику оборудования и аппараты низкого качества зачастую просто отключаются из-за перегрева или даже выходят из строя из-за перегорания компонентов.

На стоимость и технические характеристики аппаратов влияет также конструкция блока питания. В настоящее время большинство производителей используют для преобразования входного напряжения трансформаторы, однако есть и использующие для этого инверторы на основе силовых тиристоров. У каждой из этих схем есть свои достоинства и недостатки.

Трансформаторные аппараты дешевле как сами по себе, так и в техническом обслуживании, однако на несколько килограммов тяжелее.

Инверторные аппараты позволяют точнее регулировать сварочный ток и напряжение, легче, однако дороги и их дорого обслуживать и ремонтировать. Кроме того, для работы им необходимо мощное вентиляционное охлаждающее устройство, что неудобно при работе на грунте в условиях стройки и земляных работ.

Не так давно появились модели, позволяющие определять или задавать точные координаты места проведения сварки, беспроводные сканеры для считывания штрих-кода. Новшества призваны облегчить проведение сварочно – монтажных работ на полимерных трубопроводах.

Помимо стоимости, надежности и удобства эксплуатации большое значение для потребителей имеет также наличие и доступность сервисных пунктов, где можно провести техническое обслуживание сварочных аппаратов. Как правило, чем раньше производитель вышел на российский рынок, тем более развита у него сеть таких пунктов.

Рис.1Caldervale (Великобритания)

Рис. 2 Georg Fischer (Швейцария)

Рис.3 Friatec (Германия)

В настоящее время на российском рынке присутствует продукция нескольких десятков производителей, как отечественных, так и из Великобритании, Германии, Италии, Китая, Польши, Турции, Финляндии, Франции, Чехии, Швейцарии и других стран. При этом оборудование заграничного производства отличается разнообразием моделей и широким ценовым диапазоном.

Рынок оборудования можно разделить на дорогой, средний по цене и бюджетный сегменты. Зарубежное оборудование представлено во всех секторах. Оборудование таких европейских марок, как Friatec, Georg Fischer, Sauron – дорогое, средний сегмент представлен итальянским, польским оборудованием, турецкое и китайское оборудование относится к третьему сегменту. Оборудование отечественного производства относится ко второму и третьему сегментам. Есть еще небольшой сектор оборудования, бывшего в употреблении.

Кратко охарактеризуем оборудование некоторых основных производителей, присутствующих на российском рынке.

Caldervale (Великобритания) – на рынке с 2011 года, довольно недорогие, в пластиковом корпусе. Надежность средняя, трансформаторные. Основные модели, представленные в России – Пегас и Кентавр (рис.1). Основной способ задания информации – штрих-код.

Georg Fischer (Швейцария) – на рынке в РФ более 20 лет. Аппараты выпускаются на бывшем заводе фирмы Omicron в Италии. Оборудование дорогое, надежное, универсальное, однако лучше всего работающее с деталями собственного производства. Основные модели на рынке РФ – МСА 250, МСА 350 (рис.2), МСА 2.1 и МСА 2.2. Все новые модели – инверторные, вес около 14 кг. Предыдущие модели МСА 330, МСА 340 - трансформаторные и весят около 20 кг.

Рис.3 Hurner (Германия)

Рис. 5 Plasson (Израиль)

Friatec (Германия) входит в концерн Aliaxis. Другое подразделение того же концерна выпускает детали с ЗН под маркой Frialen. Friatec продает электромуфтовые аппараты Friamat в России более 20 лет. В линейке представлены как трансформаторные (вес 19 кг), так и инверторные (вес 11 кг) модели. Есть аппараты, рассчитанные на сварку деталей с ЗН максимальным диаметром до 710 или до 900 мм, есть также модель Friamat XL (рис.3) с максимальным диаметром 1200 мм, весящая 44 кг. В некоторых моделях есть возможность ввода GPS координат места сварки.

Fusion (Великобритания) – выпускает как стыковые, так и электромуфтовые аппараты, на российском рынке с начала 1990-х годов. Первоначально ее аппараты были мономатическими и могли сваривать лишь детали с ЗН с самоопознаванием ее же производства, причем диаметр их клемм (4,7 мм) отличался от стандартных европейских (4,0 мм). В настоящее время доля на рынке сильно уменьшилась.

Hurner (Германия) - интенсивно развивающаяся компания. Конструкция аппаратов надежна, качество соответствует европейскому уровню, стоимость несколько ниже, чем у других немецких марок, средний ценовой сегмент. Выпускала сварочные аппараты для других фирм. Широкий модельный ряд – более 20 моделей, есть аппараты как с трансформаторными, так и с инверторными блоками питания, модели повышенной мощности, рассчитанные на 380 В. Есть модели для сварки труб максимальным диаметром до 1600 мм, до 1200 мм (рис.4), до 315 мм, до 180 мм. Эти модели различаются мощностью, весом, объемом памяти и ценой. В одной из моделей стыковых аппаратов средней степени автоматизации производства той же фирмы блок регистрации и управления, находящийся в одном блоке с гидравлической системой, может использоваться в качестве электромуфтового аппарата.

Plasson (Израиль) (рис.5) помимо электромуфтовых аппаратов выпускает также детали с ЗН, у которых есть как штрих-код, так и система самоопознавания через электрическое сопротивление, вделанное в ЗН около клеммы. Вес трансформаторных аппаратов 18-20 кг, некоторые модели мономатические, т.е. рассчитаны на сварку только фитингов Plasson.

Ritmo (Италия) – выпускает недорогие трансформаторные универсальные аппараты (рис.6), рассчитанные на сварку труб небольших диаметров. В последнее время на российском рынке появилось много предложений по продаже аппаратов под этой маркой, сделанных в Китае.

Rothenberger (Германия) – ранее заказывала для продажи под своей маркой электромуфтовые аппараты других производителей (в частности, Hurner). Однако в последнее время самостоятельно выпустила трансформаторный модели с активным охлаждением и беспроводным сканером, рассчитанные на сварку труб до 400 мм и до 1200 мм (рис.7). По цене надежные модели этой фирмы занимают промежуточное положение между дорогим и средним сегментами рынка. В РФ – около 8 сервисных центров.

Французская фирма Sauron, присутствующая на российском рынке с 1992 года, одна из первых в мире разработала и в 1979 году начала продажи универсального сварочного аппарата Thermoplast RS 051, способного сваривать детали с ЗН разных производителей. Он получил широкое распространение в Европе. Она же первая предложила использовать для задания информации о сварке специальные штрих - коды на фитингах и в 1984 году получила патент на систему штрих-кода для сварки деталями с ЗН.

С 1985 года Sauron каждые три года презентует свои новые или модифицированные электромуфтовые аппараты. За это время Sauron выпустил более 20 моделей такого оборудования. Все они, кроме некоторых, рассчитаны на сварку труб до 1600 мм диаметром. Сейчас на российском рынке фирма представляет около 10 моделей, включая аппарат облегченного типа Ondin S весом 10 кг для сварки труб диаметром до 63 мм, Barbara ТВТ без блока питания весом 3,5 кг, рассчитанный на напряжение питания 48 В (рис.8), Barbara Compact GPS (рис.9), позволяющую привязать место сварки к географическим координатам и тем самым существенно облегчить подготовку исполнительной документации и схемы сварных стыков при строительстве трубопроводов. Выпускается также модель Barbara mixt, которая может использоваться в качестве блока регистрации и управления в аппарате для стыковой сварки средней степени автоматизации того же производителя.

Время показало высокую надежность и производительность оборудования фирмы Sauron, возможность сварки им труб самого большого диаметра без сбоев и перерывов в работе. Нередко встречаются аппараты, успешно эксплуатируемые с 1996 года при ежегодном техническом обслуживании. В РФ – 10 сервисных центров.

«Лотос» (Россия) – такие трансформаторные аппараты (рис.10) мощностью 4,2 кВт и весом 16 кг для сварки труб диаметром до 630 мм выпускаются в Петербурге фирмой «Комплексные технологии» с 2002 года и за пределами Ленинградской области мало известны. Могут комплектоваться беспроводными сканерами.

«Протва» (Россия) (рис.11) – разработан в 1995 году в Институте физики высоких энергий (Протвино). Сейчас производится ООО «АОСТ». Находится в бюджетном ценовом сегменте. Качество уступает европейским моделям, однако модели постоянно совершенствуются. В настоящее время есть модели, рассчитанные на сварку труб диаметром до 1200 мм. В РФ – 1 фирменный сервисный центр в Москве.

Трасса (Россия) – выпускается на Чебоксарском трубном заводе, недорогая. Модель «Трасса» мощностью 4,5 кВт, весом 14,5 кг и питанием 220 В предназначена для сварки труб диаметром до 630 мм (рис.12). Модель «Трасса М», состоящая из двух блоков, мощностью 7,5 кВт, общим весом 48,5 кг и питанием 380 В предназначена для сварки труб диаметром до 2600 мм. Объемы продаж «Трасс» достаточно велики.

Рис.6 Ritmo (Италия)

Рис.7 Rothenberger (Германия)

В настоящее время российский рынок оборудования для сварки труб деталями с ЗН характеризуется следующими тенденциями:

высокая насыщенность;
постоянное усиление конкуренции между поставщиками оборудования;
относительно высокий уровень продаж аппаратов отечественного производства.

В этих условиях строительные организации и другие потребители подобной продукции могут приобрести оборудование на любой вкус: как дорогое и надежное, так и дешевое, как на двадцать лет работы, так и на один строительные сезон, как для работы на опасных производственных объектах, так и в садоводческих товариществах.

Надеемся, что эта статья поможет им сделать правильный выбор.

Рис.8 Barbara TBT, Sauron (Франция)

Рис.9 Barbara GPS, Sauron (Франция)

Рис.10 «Лотос» (Россия)

Рис.11 «Протва» (Россия)

Рис.12 Трасса (Россия)

Возврат к списку