Работа строительным феном | Технология сварки линолеума, пленок, листов, профилей, труб своими руками

Технология свари ПВХ-ткани основана на свойстве поливинилхлорида плавиться под действием сравнительно невысокой температуры. Швы получаются герметичными и по прочности равны основному материалу. Для работы не нужна профессиональная подготовка или сложное оборудование. Например, сварка тентов из ПВХ-полотен может проводиться в домашних условиях даже на самодельном аппарате.

Определение и назначение сварки феном

Классическое название метода сварки феном – сварка нагретым газом. Нагретым газом чаще всего является воздух. В связи с этим более распространенное наименование сварки с помощью фена – сварка горячим воздухом.

Сварка нагретым газом применяется к изделиям из любых термопластов 1-й и 2-й группы, т.е. к материалам, которые при нагреве способны перейти в вязко-текучее состояние, а после последующего остывания – в существенной мере сохранить свои первоначальные свойства. Если материал подвержен быстрому окислению при нагреве, в качестве нагретого газа рекомендуется применять азот.

Как и при любом другом способе сварки пластмасс, при сварке феном требуется нагрев свариваемых поверхностей (и, возможно, присадочного материала) и создание сварочного давления.

Нагрев в данном случае осуществляется горячим газом, который имеет низкую теплопроводность. Для обеспечения приемлемо быстрого нагрева материала температуру газа (воздуха) подбирают значительно выше температуры пластификации соответствующего термопласта. Оптимальная температура нагретого газа зависит от формы и размеров свариваемых изделий (например, от толщины пленки), от времени нагрева (от формы потока газа и скорости продвижения фена) и пр. Для примера, рекомендованная температура сварки ПВХ ткани около 500°C (см.4.2), что как минимум на 300°C выше температуры начала термодеструкции ПВХ. А что если ПВХ ткань не гладкая, а рифленая? Таким образом, риск частичной термодеструкции материала при сварке феном выше, чем при других технологиях сварки.

Способ создания сварочного давления при сварке феном зависит от формы свариваемых изделий и применяемого сопла. Фактически, сварка горячим воздухом – это 4 различные технологии:

• Т.н. сварка присадочным прутком, отдельным от горелки (определение из DVS 2207-3). Сварка выполняется феном с простым круглым соплом, которое не имеет контакта со сварочным прутком. Если сварочный пруток (и, соответственно, свариваемые изделия) из жесткого материала, то сварочное давление можно обеспечить нажимом относительно холодной части прутка в направлении, перпендикулярном сварному шву (см.п.3.2). Такой метод применяется для сварки феном профилей, труб и листов из непластифицированного ПВХ, изотактического ПП, ПЭ высокой плотности и т.п.
• Сварка присадочным прутком, отдельным от горелки, но применительно к мягким материалам. Это технология сварки линолеума. Обеспечить сварочное давление при этой технологии можно только вдавливая нагретый сварочный пруток в подготовленную канавку специальным профильным роликом (см.п.3.3).
• Т.н. сварка нагретым газом ленточным швом. В русской интерпретации – прутковая сварка соплом быстрой сварки (см.п.3.4). Сварочный пруток подается в специальное входное отверстие сопла и успевает глубоко прогреться внутри него на пути к свариваемым деталям. Сварочное давление создается за счет прижима нагретого сварочного прутка носиком сопла.
• Технология сварки геомембран (определение из DVS 2225-1). Технология применима как для сварки гидроизоляционных мембран, так и для сварки ткани или пленки. Листы мембраны, ткани или пленки укладывают внахлест на жесткое основание, между слоями помещают плоское сопло фена. Сварочное давление создают, прикатывая верхний слой к нижнему мягким термостойким валиком (см.п.4.1).

Ни одна из технологий прутковой сварки не может обеспечить стабильное и точно нормированное сварочное давление. Следует добавить высокий риск перегрева материала при сварке феном, а также большую зависимости результата от человеческого фактора. Если сравнивать сварное соединение двух расположенных встык труб или листов, выполненное двумя разными технологиями – сваркой встык нагретым инструментом и сваркой нагретым газом, то нужно еще вспомнить, что фен обеспечивает только локальный нагрев; а это значит, что передняя часть шва всегда горячее задней, и это приводит к дополнительным напряжениям в готовом сварном соединении.

В связи с вышесказанным при стыковом расположении труб или листов прочность соединения, выполненного нагретым газом с присадочным прутком, оценивается не более чем в 60% прочности исходных изделий. По этой причине сварка труб феном допускается только если это не напорный трубопровод.

В случае сварки полиэтиленовой пленки, ПВХ ткани и т.п. материалов внахлест прочность соединения можно регулировать увеличением ширины шва. Однако здесь другая опасность: нагреву и частичной термодеструкции подвергаются не только непосредственно свариваемые поверхности, но и околошовные зоны – они и являются «слабым звеном». Это «звено» тем слабее, чем больше материал подвержен термодеструкции. Тем не менее, сварка нагретым газом с помощью строительного фена остается самой популярной технологией сварки ПВХ тканей и пленок при изготовлении или ремонте тентов, баннеров и пр.

Ручная сварка

При ручной сварке, прежде чем приступить к соединению материалов, нужно сварить обрезки ПВХ пленки, потренировавшись на них. Отрегулировав температуру и прижим, можно приступать к работе с основным материалом.

По возможности все швы нужно делать в горизонтальной плоскости, тогда можно точно отрегулировать усилие прижима. Используемое сопло должно быть 20 мм, а ролики 20 и 40 мм.

Для получения качественного шва необходимо предварительно прогреть свариваемый участок ПВХ пленки, слегка придавливая его роликом. Сама сварка производится следующим образом.

Фен перемещается вдоль линии соединения. Сопло и соответственно ролик находятся под углом 45 ° к краю пленки, при этом нужно избегать перегрева нижнего слоя материала.

Если требуется сварка широкого шва, то она производится по методу предварительного сваривания. Сначала формируется шов в глубине, на расстоянии 2 см от края ПВХ пленки.

Затем осуществляется окончательное формирование шва. На последней стадии нужно следить за тем, чтобы верхний край сопла выходил за границу пленки на 3 мм.

Ролик передвигают параллельно срезу сопла, следя, чтобы расстояние между ними было 10-15 мм.

Оборудование для сварки нагретым газом

Требования к сварочным фенам прописаны в Приложении 2 к DVS 2207-3 (Германия), а также в EN 13705:2004 (ЕС). В нашей стране ввод в действие ГОСТа на оборудование для сварки нагретым газом и экструзионной сварки запланирован на 2016г. Документ в первом приближении уже готов, на основании идентичного перевода EN 13705.

Самые существенные требования нормативов:

• Плавная регулировка мощности нагрева;
• Рукоятка из материала, стойкого к ударным и температурным нагрузкам;
• При установке сварочного сопла, которое создает серьезное сопротивление воздуху, поток воздуха должен оставаться достаточным для технологии сварки нагретым газом;
• В случае перегрева выше порогового значения (например, при перекрытии потока воздуха) система защиты должна отключать нагрев;
• Нагрев должен включаться только если включена подача воздуха. Нагрев должен отключаться без отключения подачи воздуха.

Эти формальные требования проводят границу между сварочными фенами и термопистолетами, которые еще называют термовоздуходувками.

Сварка нагретым газом применяется для строительных, технических и промышленных целей. Кроме сварки, мощные сварочные фены имеют широкое применение: отжиг старой краски, термоусадка, пайка и распайка и пр. Чтобы подчеркнуть отличие сварочного фена от термопистолета, термовоздуходувки или фена для волос, сварочный фен называют строительным феном, техническим или промышленным феном. Это неофициальная терминология, не закрепленная нормативными документами.

Поскольку строительные и технические фены рассчитаны на большие объемы профессиональной работы, кроме перечисленных нормативных требований, они имеют еще следующие отличия от термопистолетов и термовоздуходувок:

• Мощный мотор и большая эффективная крыльчатка обеспечивают большой поток и давление воздуха;
• Ротор хорошо сбалансирован, не вызывает вибрации, не утомляет руку и продлевает ресурс графитовых щеток;
• Нагревательная спираль расположена не на крючках, относящихся к корпусу фена, а внутри сменного керамического нагревательного элемента;
• Многочисленные и разнообразные сопла, предлагаемые со строительными и техническими фенами, не подходят к стандартному посадочному диаметру термопистолетов. Это сделано намеренно: термопистолет не может справиться с сопротивлением сварочного сопла потоку воздуха, поток упадет катастрофически, и термопистолет в отсутствие защит от перегрева просто сгорит.

Производители предлагают строительные, технические и промышленные фены в виде трех групп оборудования:

• Ручные фены;
• Автоматизированные сварочные аппараты;
• Стационарные промышленные нагреватели газа.

2.1. Ручные строительные и технические фены

EN 13705:2004 и прототип ГОСТ разделяют ручное оборудование для сварки нагретым газом на 2 отдельных группы – оборудование с внешней подачей воздуха (газа) и оборудование со встроенным нагнетателем воздуха. Схема строительного фена с внешней подачей воздуха формально включает рукоятку, нагревательный элемент и корпус нагревателя, шланг подачи воздуха и кабель электропитания. Схема фена строительного со встроенным нагнетателем отличается тем, что не включает шланг, зато включает собственно нагнетатель.

При любой схеме строительные фены, как правило, рассчитаны на нагрев воздуха до температуры в пределах 700°C. На этот пороговый уровень настроено устройство защиты, отключающее нагрев.

Основные технические характеристики встроенного нагнетателя воздуха – максимальное создаваемое давление и максимальный поток. А фактический поток воздуха зависит от совокупного сопротивления потоку, прежде всего в нагревателе и в установленном сопле. Производитель рассчитывает таким образом, что если никакое сопло на фен не установлено, поток будет максимальным, тогда даже при настройке мощности нагрева на максимум пороговая температура воздуха никогда не будет достигнута. А если установлено самое маленькое для этого фена сопло, поток снизится, и при максимальной мощности нагрева пороговая температура достигается легко. Тут уже нужно крутить ручку настройки нагрева, чтобы достичь требуемой температуры воздуха.

Существуют фены с обратной связью по температуре и с автоматическим регулятором температуры воздуха, а не мощности нагрева. Однако следует понимать, что такой регулятор способен поддерживать стабильной только температуру воздуха в месте установки датчика. А не температуру воздуха на выходе из сопла, которая сильно зависит от установленного сопла.

Так или иначе, первое, что нужно точно понять перед покупкой – для чего нужен строительный фен. В зависимости от целевого применения строительного фена радикально отличаются его основные параметры – максимальная мощность нагрева (т.е. мощность нагревательного элемента), поток воздуха (сопротивление потоку в нагревателе) и посадочный диаметр для сопел.

• Небольшой поток и мощность нагрева (около 1,5 кВт) – для прутковой сварки (сварка ПВХ профиля, сварка труб или листов, сварка линолеума). Технология сварки тента или баннера внахлест – очень ограниченно, небольшим плоским соплом, для ремонта тента своими руками. Сменные сопла для таких технологий сварки имеют посадку Ø32 мм.
• Посадка для сопел Ø32 мм, но поток больше и, соответственно, мощность нагрева выше (в районе 3 кВт) – идеально для технологии сварки ПВХ ткани или полиэтиленовой пленки своими руками. Оговорка «своими руками» означает, что для профессиональной сварки тентов или баннеров лучше все-таки использовать автоматизированные аппараты сварки нагретым газом.
• Самый большой поток воздуха, широкий выход из нагревателя с посадкой Ø50 мм для сопел, высокая мощность нагрева – это вообще, как правило, не для сварки. Широкий пучок горячего воздуха используют для быстрого и равномерного прогрева больших поверхностей: для снятия напряжений после прутковой сварки, для отжига краски и т.п. Тем не менее, широкие плоские сопла для сварки ПВХ пленки и ткани внахлест для таких фенов тоже предусмотрены.

Специфическое применение строительного фена может формировать предпочтения к конструкции нагнетателя воздуха. На примере фенов FORSTHOFF:

• Серия SOFT – коллекторный двигатель, сравнительно небольшая крыльчатка. Поток воздуха оптимальный для большинства работ, выполняемых строительным феном.
• Серия TUBE – коллекторный двигатель, увеличенная крыльчатка. Увеличенный поток воздуха для специфического применения строительного фена.
• Серия VENTO – асинхронный двигатель, увеличенная крыльчатка. Поток воздуха – некий средний между оптимальным и увеличенным. Главное преимущество в долговечном асинхронном двигателе, используется для огромных объемов работы с промышленным феном.

Коллекторный двигатель по определению имеет меньший ресурс, чем асинхронный, поскольку графитовые щетки постоянно трутся о контактный коллектор, стираются сами и изнашивают коллектор. За счет высокоточной сборки коллектора и тщательной балансировки ротора производителям удается довести ресурс щеток до более чем полутора тысяч часов работы, а ресурс коллектора (а значит, ротора целиком) – до 2-3 комплектов щеток.

У асинхронного мотора другая проблема – его удельная мощность на единицу объема и массы мотора несколько меньше, чем у коллекторного. Т.е. при одинаковой мощности асинхронный мотор обычно чуть крупнее. Для ручного оборудования это серьезный недостаток. Для устранения этого недостатка производители используют улучшенную (и более дорогую) схему расположения обмоток, снижающую рассеивание магнитного потока.

Если с помощью строительного фена предполагается выполнять прутковую сварку, т.е. мощность нагревателя 1,5 кВт оптимальна, то потребитель может выбирать между двумя схемами построения строительного фена – нагреватель со встроенным нагнетателем воздуха или легкий компактный нагреватель с внешней подачей воздуха через шланг.

Аппарат со встроенным нагнетателем представляет собой вполне законченную функциональную единицу и удобен для работы в полевых условиях.

Аппарат без нагнетателя воздуха рассчитан на подачу газа от внешнего источника – баллона со сжатым азотом или др. газом, мобильного нагнетателя воздуха, переносного компрессора или заводской сети сжатого воздуха. Достоинства:

• Незаменимость для сварки азотом или др. газом;
• Возможность тщательной фильтрации и осушения газа перед нагревом;
• Малый вес и габариты;
• Полное отсутствие вибрации.

Недостатки:

• Если работа строительным феном затрагивает большую площадь (например, сварка линолеума), таскать за собой шланг с нагнетателем может оказаться неудобно;
• Минимальный работоспособный комплект (аппарат без нагнетателя плюс мобильный нагнетатель воздуха) обходится заметно дороже, чем аппарат со встроенным нагнетателем.

Сварка с прутком

Кроме сваривания внахлест существует метод сварки пленочных материалов с использованием прутка. Выбор метода зависит от толщины и свойств материала.

Например, при укладке линолеума из ПВХ требуется сваривание с использованием присадочного прутка. Линолеум предварительно готовят. Он должен быть плотно уложен на пол.

Все стыки должны подгоняться без образования щелей или зазоров. Качественный шов без использования специального оборудования очень трудно. Обычный фен сделать это не способен из-за значительной толщины линолеума.

Требуется специальное приспособление и оборудование. Перед свариванием прутком кромки необходимо подготовить, расплавленный пруток обеспечит их надежное соединение. Образовавшиеся наплывы удаляют специальным ножом.

2.2. Автоматизированные аппараты для сварки нагретым газом

EN 13705:2004 и прототип ГОСТ называют автоматизированные аппараты «Оборудованием для непрерывной сварки рулонных материалов», таким образом конкретизируя их область применения. Схема такого оборудования включает тележку с электрическим приводом, строительный фен с нагнетателем воздуха, кабель электропитания, при необходимости комплектуется катушкой для присадочного материала. Упоминание о катушке сделано в связи с тем, что к рулонным материалам относят не только пленки и ткани, свариваемые нахлесточным швом, но и линолеум, который сваривается встык мягким шнуром.

Автоматизированные аппараты реализуют ту же технологию сварки линолеума, ПВХ ткани или полиэтиленовой пленки, что и ручные строительные фены. Но позволяют выжать из технологии весь ее потенциал за счет того, что выдерживают на постоянном уровне не только температуру воздуха, но и сварочное давление и скорость движения (т.е. время нагрева каждой точки материала).

К недостаткам автоматизированного оборудования для сварки нагретым газом можно отнести:

• неудобство или невозможность выполнения мелких нестандартных работ, например, ремонт тентов путем приварки заплат;
• узкую специализацию аппаратов; специализацию можно расширить сменным навесным оборудованием, но ведь с другим обвесом – это по сути другой автоматизированный аппарат.

Какими достоинствами обладают

Повсеместное распространение ПВХ-ткани стало возможным благодаря ряду преимуществ:

• водоотталкивающие свойства обеспечивают герметичность без применения дорогих материалов при строительстве гидроизоляционных объектов;
• стойкость к агрессивным веществам обеспечивает сохранность ПВХ-ткани даже при длительной эксплуатации в их среде;
• стойкость к морозу и перепадам температуры предохраняет материал от растрескивания, деформации;
• стойкость к ультрафиолетовому излучению предохраняет ПВХ-ткань от выгорания при установке на улице в течение всего срока эксплуатации;
• небольшой вес удобен для монтажа своими руками без дополнительных приспособлений, хранения, разборки, перевозки для установки на новом месте;
• срок службы 5 — 7 лет даже в агрессивной среде под нагрузкой.

2.3. Стационарные промышленные нагреватели газа

Промышленные нагреватели газа предназначены для использования в технологических линиях. В связи с этим схема промышленных нагревателей газа чаще всего предельно проста – нагревательный элемент с крепежом. Нагнетатель воздуха не предусмотрен, предполагается подача газа или воздуха от внешнего источника. Даже шнур питания оборудован не вилкой, а контактами для стационарной коммутации.

Некоторые модели нагревателей снабжены регулятором мощности нагрева. Иногда – еще и защитным экраном нагревателя.

На нагреватель можно устанавливать любые сопла и таким образом использовать горячий воздух (газ) для самых разных целей, в т.ч. не связанных со сваркой.

Пред. 1

След.