Шовні», «безшовні» металопластикові труби або зварювання в стик або внахлест - Дешевше НІ

металопластикові

МЕТАЛОПЛАСТИКОВІ ТРУБИ З АЛЮМІНІЄВИМ ШАРОМ ЗВАРЕНИМ У СТИК АБО В НАХЛИСТ

Звичайно, безшовних металопластикових труб не існує. А існують дві базові технології виробництва металопластикових труб: за допомогою однієї з них виходить металопластикова труба з алюмінієвою трубою всередині, краї якої зварені внахлест ультразвуком, в іншій технології краю алюмінієвої труби зварені встик TIG або лазерним зварюванням. Тобто. зварні шви є абсолютно у всіх металопластикових трубах.

Конструкція металопластикових труб

При дотриманні технологій в обох випадках виходять труби відповідні вимогам ГОСТ Р 53630-2009, «Труби напірні багатошарові для систем водопостачання та опалення» або стандартам DIN 16836, ISO 21003. І за своїми основними характеристиками: внутрішньому та зовнішньому діаметру, є аналогами. І все-таки, є низка особливостей обумовлених відмінностями технології.

ДВІ ТЕХНОЛОГІЇ МЕТАЛОПЛАСТИКОВИХ ТРУБ

Металопластикові труби та технологію їх виробництва у 1979 році винайшли англійці. Потім невелика німецька фірма Unicor викупила у англійців технологію, стала власником патенту WorldWide*. Втім, досі цю технологію називають «англійською».

* За винятком України, в Україні патентом на технологію володіє ТОВ «Екструзійні машини»

Завдяки одноосібному володінню патентом Unicor виріс у гігантський концерн з виробництва екструзійного обладнання та світового лідера на ринку металопластикових труб (бренди Unipipe, Uponor). Наразі Unicor контролює близько 30% світового ринку металопластикових труб.

Суть англійськоїтехнології досить проста:

- із алюмінієвої стрічки формується алюмінієва труба;

- Краї сформованої труби зварюються внахлест ультразвуком;

- майже одночасно на внутрішню та зовнішні поверхні алюмінієвої труби наносять внутрішні та зовнішні шари адгезиву та полімеру (PE-RT, PEX, PPR).

Через одночасності процесів технологію іноді називають «сумісною». Максимально досяжна продуктивність при цій технології обмежується максимальною швидкістю ультразвукового зварювання, і в даний час становить близько 25 метрів хвилину. Обладнання досить компактне – довжина ліній 25…45 метрів.

Англійська технологія виробництва металопластикових труб

Мабуть, появі альтернативної технології ми зобов'язані суворості європейських та патентних законодавств та жорсткої позиції Unicor щодо поширення технології.

Альтернативну технологію винайшли швейцарці, і це була єдина можливість вийти на європейський ринок екструзійного обладнання для виробництва металопластикових труб.

Швейцарська технологія дозволяла досягти вищої продуктивності 30...40 метрів за хвилину, але вийшла досить громіздка по суті, і за розмірами обладнання - довжина ліній досягає 80...120 метрів.

  • металопластикові
  • шовні
  • безшовні
  • металопластикові
  • металопластикові
  • металопластикові

Швейцарська технологія виробництва металопластикових труб

Через послідовність процесів технологію іноді називають «роздільною». Металопластикова труба за швейцарською технологією виготовляється в кілька етапів:

- Спочатку екструдується внутрішня полімерна труба;

- на зовнішню поверхню отриманої труби наноситься розплав адгезиву;

- навколо отриманоїтруби з алюмінієвої стрічки формується, і «прикочується» до адгезиву алюмінієва труба;

- Краї алюмінієвої труби зварюються встик лазерної або аргонно-дугової (TIG) зварюванням;

- на поверхню алюмінієвої труби послідовно наносять шари адгезиву та полімеру.

Як і у випадку з англійською технологією гранична продуктивність обмежена можливостями TIG та лазерного зварювання.

МІФИ ПРО МІЦНІСТЬ ЗВАРНОГО ШВА

Менеджерам з продажу «безшовних» металопластикових труб ми завдячуємо народженню міфів про те, що міцність безшовних труб значно вища, ніж «шовних». Поясняться це тим, що краї труби зварюються найміцнішим способом у стик, найнадійнішою TIG (або лазерним зварюванням), і тим, що в безшовній трубі алюмінієвий шар значно товстіший ніж у шовний. Останні твердження, безперечно, і до цього ми повернемося пізніше, але з міцність зварного шва - порочна помилка.

Фахівцям зі зварювання добре відомо, що при зварюванні в нахльост міцність зварного шва завжди вище, ніж при зварюванні в стик.

Коефіцієнти міцності за різних способів

зварювання алюмінієвого шару

Якщо взяти за одиницю коефіцієнт міцності фольги, то при зварюванні внахлест коефіцієнт міцності буде завжди більше одиниці, а при зварюванні встик завжди менше одиниці.

Це підтверджується практикою випробувань та експлуатації металопластикових труб – металопластикові труби зі зварюванням внахлест ніколи не розриваються по шву, навпаки, труби зі зварюванням встик завжди розриваються по шву.

КОВАРНІ ВЛАСТИВОСТІ «Безшовного» ЗВАРНОГО ШВА

Є ще одна проблема "безшовних" металопластикових труб. Про цю проблему менеджери з продажу зазвичай не знають, чи мовчать. Це проблема крихкості зварного шва при зварюванні встик.

У англійській технології цієї проблеми немає, а швейцарське хронічно хворе місце.

Справа в тому, що при виробництві металопластикових труб застосовується алюмінієва стрічка в кондиції напівм'яка у відпаленому стані (напівнагортована). При цій кондиції алюмінієва стрічка добре формується і не рветься при високих швидкостях виробництва. Для досягнення необхідної кондиції виробники алюмінію відпалюють алюмінієву стрічку за температури 350...380 ОС.

При зварюванні внахлест ультразвуком зона зварного шва нагрівається до порівняно невеликих температур 0,3...0,5 температури плавлення алюмінію (близько 198...330 ОС). Процес з'єднання, власне, не зварювання у звичайному сенсі, а є процесом виникнення під впливом ультразвуку дифузійних міжатомних зв'язків між двома поверхнями металу. Слабке розігрів у зоні зварного шва не змінює механічної кондиції алюмінію, не створює внутрішньої напруги в місці з'єднання, не погіршує гнучкість алюмінієвого шару, і самої металопластикової труби в цілому.

Зварювання алюмінієвого шару металопластикової труби

За швейцарською технологією алюмінієвий шар зварюється встик при температурах набагато вище за температуру плавлення алюмінію (тобто більше 660 ОС). Зрозуміло, після зварювання в зоні зварного шва утворюється внутрішня напруга. Зазвичай, зварений за допомогою TIG або лазерного зварювання виріб, для усунення напруг, що виникли в зварному шві, відпалюють при температурах 350 ... 380 ОС.

Однак при виробництві металопластикової труби відпалити зварний шов неможливо. Принаймні ніхто такого способу поки не винайшов.

Зварювання алюмінієвого шару металопластикової труби

встик TIG або лазерним зварюванням

Ще одна проблема швейцарської технології із зварюванням алюмінієвогошар встик також пов'язана з високими температурами зварювання.

Температура термічної деструкції полімерів, що застосовуються в даний час при виробництві металопластикових труб (PE-RT і PEX поліетиленів, PPR поліпропілену) знаходиться в діапазоні 260...280 ОС.

За швейцарською технологією алюмінієвий шар зварюється безпосередньо на повністю сформованій внутрішній пластиковій трубі, на поверхню якої нанесений шар розплаву адгезиву. При цьому висока температура нагріву зварного шва викликає в його зоні локальну термічну деструкцію адгезивного шару, і самої внутрішньої труби. Це негативно позначається на міцності металопластикової труби загалом. І є ще однією причиною типового розриву "безшовної" труби по шву.

Вся історія еволюції металопластикових труб тісно пов'язана із збільшенням стійкості до розшарування її шарів металу та полімеру.

На початку 80-х років минулого століття адгезійна міцність між шарами металополімерної труби не перевищувала 15 Н/см. Це створювало проблеми з'єднання металопластикових труб механічними фітингами. Під впливом довготривалих циклічних динамічних навантажень (температури, тиску) у місцях з'єднання з фітингом труби розшаровувалися, і порушувалася герметичність з'єднання.

Завдяки розробникам адгезивів в даний час стійкість до розшарування суттєво зросла, і відповідно до ГОСТу Р 53630-2009 повинна становити не менше 50 Н/см. Цим вимоги відповідають більшість адгезивів, що застосовуються, наприклад, Amplifay G388 (Dow Plastics), Plexar (Equistar), Yparex (DSM Group).

Типові характеристики поширеного адгезиву Yparex

(Yparex B.V. (DSM Group)

Багато розробників ведуть пошуки збільшення адгезії у металопластикових трубах, і можнаочікувати, що у найближчі 1,5…2 року над ринком з'являться металлопластиковые труби зі стійкістю до розшарування лише на рівні 100…150 Н/см.

Для чого це потрібно?

Добре відомо, що будь-яка гетерогенна система тим міцніша, чим вища міцність між її шарами. Тобто. збільшення адгезійної міцності між шарами металу та полімеру в трубі підвищує міцність самих металопластикових труб, збільшує їх довговічність, і дозволяє створювати надійні та довговічні з'єднання з фітингами.

Стійкість до розшарування металопластикових труб в основному обумовлена ​​трьома факторами:

- якістю очищення поверхні алюмінію:

- рівномірністю нанесення адгезивного шару.

Якість поверхні алюмінію та властивості адгезивів залежать тільки від технологічних можливостей їх виробників. Але рівномірність нанесення адгезивного шару на алюміній у двох технологій виробництва металопластикових труб різна.

За англійською технологією розплав агдезиву екструдується безпосередньо на внутрішню та зовнішню поверхні алюмінієвого шару. При цьому не виникають бульбашки в адгезивному шарі і забезпечується стабільна стійкість до розшарування.

За швейцарською технологією із зовнішнім шаром теж немає проблем, розплав також екструдується на алюмінієвий шар.

Нерівномірність внутрішнього адгезивного шару металопластикової труби за технології стикового зварювання алюмінієвого шару

Але із внутрішнім шаром існує системна технологічна проблема: прикатати до готової пластикової труби з нанесеним на її поверхню адгезивом алюмінієву стрічку без бульбашок практично неможливо. Тобто. отримати високу адгезію між внутрішньою пластиковою трубою та алюмінієвим шаром, практично, досягти неможливо.

Простого покупцяМеталопластикові труби питання собівартості навряд чи може хвилювати. На шляху від виробництва до його покупки до собівартості додається чимало націнок, за якими самої собівартості не видно. Але якщо виникає питання про організацію виробництва багатошарових металопластикових труб необхідно враховувати всі фактори до копійки.

У металопластикових трубах з алюмінієвим шаром звареним внахлест застосовується досить тонка алюмінієва фольга, наприклад, металопластикових трубах діаметром 16 мм. застосовується фольга товщиною 0,19...0,20 мм.

Міцності 0,2 міліметрового шару цілком достатньо для забезпечення низького температурного розширення (0,25х10-4), а міцність на розрив сучасних металопластикових труб давно переступила ГОСТівський рубіж, наприклад, зварена внахлест металопластикова труба DEEPIPE типу PERT-Al-PERT при температурі 9 при тиску 40...50 атм. (за ГОСТом достатньо 13 атм.)

У «безшовних» трубах застосовується товстіша алюмінієва фольга (стрічка), це пов'язано з тим, що за допомогою TIG або лазерного зварювання зварювати тонку фольгу встик неможливо, і тому навіть у трубах діаметром 16 мм. використовується фольга товщиною 0,35 ... 0,4 мм.

Цілком очевидно, що відмінності в товщині алюмінієвого шару тягне за собою різну собівартість металопластикових труб. Знаючи геометрію труби, а вона визначена стандартами, неважко порахувати собівартість метра труби за різних технологій їх виготовлення.