220Tehnologii specifice realizrii reelelor de transport gaze naturale

219Capitolul 22 Sudarea materialelor plastice

22. SUDAREA MATERIALELOR PLASTICE

22.1. Noiuni generale

Materialele plastice utilizate n tehnic sunt materiale macromoleculare cunoscute i sub numele de polimeri i se obin, dup caz, prin polimelizare, policondensare sau poliadiie.

n cazul polimerizrii de exemplu, prin unire unui numr foarte mare de molecule (monomeri) ca etilena, C2H4, se obine polietilena (fig. 22.1). Numrul de molecule de monomer care se unesc pentru a forma poli-merul, se nu-mete grad de polimerizare.

n prin-cipiu, polimerii se pot clasifica n trei grupe principale:

Termoplaste. Acestea pot fi: parial cristaline (de exemplu polietilena PE i polipropilena PP);

amorfe (policlorura de vinil PVC, polistirenul PS, .a.

Termoplastele se nmoaie la nclzire, se pot topi i se solidific din nou la rcire, ciclu care se poate repeta. Ele se pot deci prelucra prin injecie, extrudare sau sudare.

Proporia masei cristaline determin att densitatea (de exemplu polietilena de joas densitate PELD are cca. 0,92 0,93 g/cm3, iar polietilna de nalt densitate PEHD are cca. 0,95 0,97g/cm3) ct i proprietile mecanice. Figura 22.2 prezint, de exemplu, structura PEHD, n micrografie electronic (zonele de cristalinitate lamelar apar de nuan mai deschis, comparativ cu zonele amorfe de nuan nchis).

Duroplastele sunt termorigide i termoreactive. Nu pot fi transformate termic dect o dat, de aceea nu pot fi topite din nou, deci nu pot fi sudate (rini epoxidice, fenolice, poliesterice, poliuretanice .a.; din aceast categorie fac parte bachelita, textolitul, ebonita, .a.).

Elastomeri. Structura molecular spaial le confer o ridicat deformabilitate i elasticitate dar nu pot fi retopite dect n anumite condiii speciale astfel c nu se pot suda prin metode termice. Din aceast categorie fac parte cauciucul natural i sintetic, cauciucul siliconic .a..

Materialele plastice sunt tot mai mult utilizate n present. De exemplu, numai consumul anual de PEHD este de cca. 6 milioane de tone, pe cap de locuitor, revenind cca.15 kg pe continentul american de nord i cca. 10 kg n Europa de Vest sau Japonia. Prezint reale avantaje fa de aliajele fier-carbon, cum ar fi:

densitate redus (0,9 1,5 g/cm3), deci greutate mic a piesei;

rezisten chimic mare;

conductibilitate termic redus (pierderi mici de cldur);

conductele din materila plastic au un grad redus de formare a condensului, asigur conectri etane i au suprafeele netede;

sunt compatibile cu produseler alimentare i se pot colora.

Ca dezavantaje, trebuie ns menionate dilatarea termic foarte mare (de 10 20 de ori mai mare ca cea a oelului), gradul nalt de inflamabilitate, sensibilitatea la radiaii ultraviolete .a.

22.2. Procedee de sudare a termoplastelor

n funcie de sursele de nclzire, procedeelor de sudare se pot mpri n dou mari grupe:

Cu surs direct de nclzire, care la rndul lor sunt clasificate astfel: cu gaz nclzit (aer, azot, argon, CO2, .a.);

cu dispozitive nclzite;

cu material de adaos nclzit.

Prin generarea cldurii n material. Acestea se clasific n procedee: prin frecare;

prin cureni de nalt frecven (se pot suda PVC, poliamide .a.);

cu ultrasunete (PS,PP, aminoplaste, policarbonai, PE, esturi sintetice .a.);

cu radiaii infraroii.

Se menioneaz, de asemenea, utilizarea pe scar tot mai larg a procedeelor de lipire a materialelor plastice, ca urmare a dezvoltrii unei largi game de adezivi ce confer mbinrilor proprieti demne de luat n seam ( se utilizeaz cu succes, n cadrul tuturor categoriilor de materilae plastice).

22.3. Sudarea componentelor din reelele de transport

i distribuie a gazelor naturale, apei .a., din polietilen

Ca urmare a avantajelor pe care le prezint comparativ cu materialele metalice (ntre care, de exemplu, o durabilitate garantat de 50 de ani pentru reelele subterane de gaze), n ultimii ani a luat o foarte mare amploare sudarea evilor i fitingurilor din PE, cu deosebire din PEHD.

Pe plan mondial, cca. 8% din consumul total de PEHD de exemplu (cca. 500.000 tone annual), se utilizeaz pentru aceste elemente. evile se realizeaz prin extrudare, la diametrele (( 20 ( 630, de regul) i grosimile de perete necesare, iar fitingurile sau armturile (mufe, reducii, coturi, teuri, flane, ventile) se obin, de regul, prin injecie.

mbinarea prin sudare a componentelor din PE se poate face prin trei procedee:

sudare prin polifuziune;

sudare prin electrofuziune ( electrosudarea);

sudare cap la cap ( de regul, pentru evi).

Sudarea prin polifuziune const n utilizarea unui element metalic de nclzire,de form i dimensiuni specifice mbinrii, care nclzete simultan suprafaa exterioar a evii i suprafaa interioar a fitingului, pn la temperatura de topire, dup care se procedeaz la asamblare prin punerea n contact a suprafeelor nclzite (fig. 22.3), [33]. Sudarea prin polifuziune se recomand pn la diametre de cca. 125 mm. Echipamentul pentru sudare const dintr-un dispozitiv de sudare propriu-zis, dispozitive de prelucrare a capetelor i suprafeelor care se sudeaz, un element nclzitor, dispozitive pentru calibrare i de msurare a temperaturii i duratei de sudare, i n mod corespunztor o serie de accesorii.

Sudarea prin electrofuziune (electrosudarea) se bazeaz pe nclzirea i topirea suprafeelor de sudat cu ajutorul unei rezistene electrice filiforme ncorporate n fitingul utilizat (n apropierea suprafeei care trebuie sudat), aa cum se prezint n figura 22.4, [33].

Fitingurile sunt fabricate special pentru aceast utilizare i sunt prevzute cu borne pentru cuplarea la sursa de curent (utilajul care controleaz i presiunea, durata i temperatura de sudare), precum i cu eventuale elemente constrictive de asigurare a poziiei corecte a componentelor care se mbin.

nainte de sudare, suprafeele respective se ajusteaz corespunztor, se cur mecanic (rachetare) i se degreseaz cu atenie.

Aparatura asigur respectarea parametrilor de sudare prestabilii de productorii de fitinguri.

Se menioneaz c, pe lng o serie de avantaje recunoscute (calitatea superioar a mbinrii, operaii relativ simple .a.), trebuie avut n vedere i costul relativ ridicat al fitingurilor speciale.

Sudarea cap la cap a evilor const, n principiu, n aducerea suprafeelor respective la temperatura de topire (cu ajutorul unui element nclzitor) i mbinarea lor sub presiune. Datorit acestei presiuni, cea mai mare parte a materialului topit, de pe cele dou suprafee, se amestec realiznd (prin ntreptrunderea amorf a macromoleculelor filiforme), mbinarea care prin rcire revine la structura parial cristalin iniial. O mai mic parte din materialul topit este mpins spre exteriorul zonei de presiune unde formeaz o bavur.

Sudarea se face cu un nalt grad de mecanizare i automatizare a procesului propriu-zis, ceea ce asigur realizarea unei caliti deosebite.

Parametrii de baz ai procesului (temperatura, timpul i presiunea) sunt prestabilii de productorul de utilaj, n figura 22.5 prezentndu-se diagrama presiune-timp pentru o anumit temperatur de sudare.

Se sudeaz, curent, evi cu diametrul de la 40 pn la 250 mm.

De exemplu, la sudarea cu un utilaj specializat, parametrii pentru sudarea unei evi din PE, cu diametrul de 125 mm i grosimea peretelui de 10 mm, sunt:

- presiunea de adaptare (aliniere): 16,2 bar;

- presiunea de nclzire: 1,6 bar; - durata nclzirii: 114 secunde; - durata maxim pentru ndeprtarea nclzitorului: 8 secunde; - presiunea de sudare i rcire: 24,2 bar; - durata rcirii: 15 minute.

Fig. 22.1 Schema de obinere a polietilenei

a. b.

Fig. 22.5 Diagrama presiune-timp pentru o anumit

temperatur de sudare

Fig. 22.4 Schema sudrii prin electrofuziune

Fig. 22.2 Micrografia electronic

a unei structuri PEHD

Fig. 22.3 Schema sudrii

prin polifuziune

a.

b.

c.