Шовні або безшовні металопластикові труби або зварювання встик або нахлест

З легкої руки московського менеджера Васі Максимова металопластикові труби стали поділяти на «шовні» і «безшовні». Чи не особливо замислюючись, Василь переніс свій короткий досвід роботи на Луганській металлобазе в свою маркетингову політику. Така класифікація і щодо сталевих труб по суті не вірна, але щодо металопластикових труб і зовсім безглузда. Проте, класифікація прижилася.

Розподіл металопластикових труб на «шовні» і «безшовні» породило масу нісенітниць в маркетингових легендах менеджерів, і до сих пір вносить сум'яття в розум необізнаних покупців.

Давайте спробуємо розібратися в цьому питанні і повернути в класифікацію металопластикових труб здоровий глузд і технологічну основу.

МЕТАЛОПЛАСТИКОВІ ТРУБИ З АЛЮМІНІЄВИМ ШАРОМ зварених встик АБО Внахлест

Звичайно ж, безшовних металопластикових труб не існує. А існують дві базові технології виробництва металопластикових труб: за допомогою однієї з них виходить металопластикова труба з алюмінієвої 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

ДВІ ТЕХНОЛОГІЇ металопластикових труб

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

* За ісключеніемУкаіни, вУкаіни патентом на технологію володіє ТОВ «Екструзійні машини»

Завдяки одноосібного володіння патентом Unicor виріс в гігантський концерн з виробництва екструзійного обладнання, і світового лідера на ринку металопластикових труб (бренди Unipipe. Uponor). В даний час Unicor контролює близько 30% світового ринку металопластикових труб.

Суть англійською технологією досить проста:

- з алюмінієвої стрічки формується алюмінієва труба;

- краю сформованої труби зварюються внахлест ультразвуком;

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

Через одночасності процесів технологію іноді називають «суміщеної». Максимально досяжна продуктивність при цій технології обмежується максимально досяжної швидкістю ультразвукового зварювання, і в даний час складає близько 25 метрів хвилину. Устаткування досить компактно - довжина ліній 25 ... 45 метрів.

Англійська технологія виробництва металопластикових труб

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

Альтернативну технологію винайшли швейцарці, і це було єдиною можливістю вийти на європейський ринок екструзійного обладнання для виробництва металопластикових труб.

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

Швейцарська технологія виробництва металопластикових труб

Через послідовності процесів технологію іноді називають «роздільної». Металопластикові труби за швейцарською технологією виробляється в кілька етапів:

- спочатку екструдується внутрішня полімерна труба;

- на зовнішню поверхню отриманої труби наноситься розплав адгезиву;

- навколо отриманої труби з алюмінієвої стрічки формується, і «накочується» до адгезиву алюмінієва труба;

- краю алюмінієвої труби зварюються встик лазерної або аргонно-дугового (TIG) зварюванням;

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

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

В даний час обладнання по "англійської" технологією виробляється в Німеччині (Maintools) і Португалії (Fartrouven RD), по "швейцарської" - в Швейцарії (Maillefer), Італії (Tecnomatic).

МІФИ ПРО міцності зварних ШВА

Менеджерам з продажу «безшовних» металопластикових труб ми зобов'язані народженню міфів про те, що міцність безшовних труб значно вище, ніж «шовних». Порозуміються це тим, що краю труби зварюються самим «міцним» способом в стик, найнадійнішою TIG (або лазерним зварюванням), і тим, що в «безшовної» трубі алюмінієвий шар значно товщі ніж у «шовного».

Останні твердження, безумовно вірно, і до цього ми повернемося пізніше, але з міцність зварного шва - хибне оману.

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

Коефіцієнти міцності при різних способахсваркі алюмінієвого шару

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

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

ПІДСТУПНІ властивості «безшовні» 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 в стик.

В англійській технології цієї проблеми не існує, а в швейцарське хронічно хворе місце.

Справа в тому, що при виробництві металопластикових труб застосовується алюмінієва стрічка в кондиції напівм'яка в відпаленого стані (полунагортованная). При цій кондиції алюмінієва стрічка добре формується, і не рветься при високих швидкостях виробництва. Для досягнення необхідної кондиції виробники алюмінію отжигают алюмінієву стрічку при температурах 350 ... 380 С.

При зварюванні в нахлест ультразвуком зона зварного шва нагрівається до порівняно невеликих температур 0,3 ... 0,5 температури плавлення алюмінію (близько 198 ... 330 градусів за Цельсієм).

Процес з'єднання, власне, не зварювання в звичайному сенсі, а є процесом виникнення під впливом ультразвуку дифузійних міжатомних зв'язків між двома поверхнями металу. Слабкий розігрів в 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.

За швейцарською технологією алюмінієвий шар зварюється встик при температурах набагато вище температури плавлення алюмінію (тобто понад 660 С). Зрозуміло, після зварювання в зоні зварного шва утворюється внутрішню напругу.

Зазвичай, зварене за допомогою TIG або лазерного зварювання виріб, для усунення виниклих напружень в зварному шві, отжигают при температурах 350 ... 380 С.

Однак, при виробництві металопластикової труби відпалювати зварений шов неможливо. По крайней мере, ніхто такого способу поки не винайшов.

Ще одна проблема швейцарською технологією зі зварюванням алюмінієвого шару встик також пов'язана з високими температурами зварювання.

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

За швейцарською технологією алюмінієвий шар зварюється безпосередньо на повністю сформованої внутрішньої пластикової труби, 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 в цілому. І є ще однією причиною типового розриву «безшовної» труби по шву.

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

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

Типові характеристики поширеного адгезіваYparex

(Yparex B.V. (DSM Group)

Багато розробники ведуть пошуки збільшення адгезії в металопластикових трубах, і можна очікувати, що в найближчі 1,5 ... 2 роки на ринку з'являться металопластикові труби зі стійкістю до розшарування на рівні 100 ... 150 Н / см.

Для чого це потрібно?

Добре відомо, що будь-яка гетерогенна система тим міцніше, чим вище міцність між її шарами. Тобто збільшення адгезійної міцності між шарами металу і полімеру в трубі підвищує міцність самих металопластикових труб, збільшує їх довговічність, і дозволяє створювати надійні і 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 і властивості адгезивов, 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 Агдезіви екструдується безпосередньо на внутрішню і зовнішню поверхні алюмінієвого шару. При цьому не виникають пухирі в адгезивному шарі, і забезпечується стабільна стійкість до розшарування.

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

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

Але з внутрішнім шаром існує системна технологічна проблема: прикатать до готової пластикової труби з нанесеним на її поверхню адгезивом алюмінієву стрічку без бульбашок практично не можливо. Тобто отримати високу адгезію між внутрішньою пластикової трубою і алюмінієвим шаром, практично, досягти не можливо.

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

В металопластикових трубах з алюмінієвим шаром звареним внахлест застосовується досить тонка алюмінієва фольга, наприклад, в 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 Гостовский кордон, наприклад, зварена внахлест металопластикова труба DEEPIPE типу PERT - Al - PERT при температурі 95 С розривається при тиску 40 ... 50 атм. (По ГОСТ досить 13 атм.)

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

Цілком очевидно, що відмінності в товщині алюмінієвого шару тягне різну собівартість металопластикових труб. Знаючи геометрію труби, а вона визначена стандартами, нескладно порахувати собівартість метра труби при різних технологіях їх виготовлення.

Для повноти картини в калькуляції собівартості крім розрахунку вартості матеріалів, ми врахували додаткові фактори:

- Вартість обладнання (лінія з ультразвукової зварюванням Металополімери 5.4 варто 740 000 EUR. Лінія з стикового TIG зварюванням Tecnomatic - 3 500 000 EUR);

- Займану площу (довжина Металополімери-5.4. - 28 м. Tecnomatic - 80 м.);

- Зарплату операторів (Металополімери-5.4. - 2 оператора з низькою кваліфікацією, Tecnomatic - 5 висококваліфікованих операторів).

Калькуляція собівартості металопластикової труби діаметром 16 мм.

Собівартість металопластикової труби з алюмінієвим шаром звареним встик щонайменше на 30% вище, ніж труба зі зварюванням алюмінієвого шару внахлест.

Зрозуміло, для розрахунку повної собівартості треба врахувати загальновиробничі, загальногосподарські та маркетингові витрати, витрати на оплату праці адміністративного та допоміжного персоналу. Зазвичай вони складають 23 ... 30% від вище наведених витрат.

Ймовірно, незабаром побутові суперечки про «шовних» і «безшовних» трубах, або зварених встик або внахлест підуть в минуле.

Сучасного споживача все менше і менше цікавлять технологічні і технічні подробиці. Його приваблюють розкручені бренди, зрозумілий кінцевий результат.

А це означає, що виробникам металопластикових труб доведеться вдумливо вибирати технологію й устаткування для виробництва, формувати політику контролю за якістю, і ховати це за муаром оригінальних маркетингових стратегій, щоб через кілька років не втратити репутацію своїх торговельних марок, і довіри до надійності продукції, що випускається ними продукції .

Іноді здається, що створити привабливий бренд складніше ніж створити нову технологію.

ТОВ "Екструзійні машини"