يعد البولي بروبيلين (ص) وفلوريد البولي فينيلدين (PVDF) من أكثر المواد البلاستيكية الحرارية استخدامًا على نطاق واسع في المعالجة الكيميائية وتصنيع أشباه الموصلات ومعالجة المياه والأنابيب الصناعية. على عكس الأنابيب المعدنية التي تعتمد على الوصلات الملولبة أو الفلنجات أو المواد اللاصقة، يتم عادةً ربط أنابيب ص وPVDF باستخدام الانصهار الحراري. من بين طرق الدمج المختلفة، يعد اللحام بالصهر المقبس هو الأسلوب المفضل للأقطار الأصغر - التي تصل عادةً إلى 4 بوصات (110 ملم). ولكن كيف يمكن لآلة لحام المقبس إنشاء وصلة دائمة مانعة للتسرب بين قطعتين من البلاستيك؟ تجمع هذه العملية بين التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والتسخين في الوقت المناسب، والإدخال المتحكم فيه لربط الأنبوب جزيئيًا وتركيبه في مكون واحد متجانس. يعد فهم هذه العملية أمرًا ضروريًا لأي شخص يقوم بتركيب أو صيانة أنظمة الأنابيب البلاستيكية الحرارية.
قبل وصف تشغيل الآلة، من المفيد فهم العلوم الأساسية. لحام الانصهار المقبس لا يستخدم الغراء أو المذيبات أو الأختام الميكانيكية. وبدلاً من ذلك، يستخدم الحرارة لإذابة أسطح كل من الأنبوب والوصلة، ثم يضغطهما معًا بحيث تنتشر سلاسل البوليمر من جزء إلى الجزء الآخر.
اللدائن الحرارية مثل PP وPVDF مصنوعة من جزيئات طويلة تشبه السلسلة. وعندما يتم تسخينها فوق درجة انصهارها، تصبح هذه السلاسل متحركة. عندما يتم ضغط سطحين منصهرين معًا، تختلط السلاسل عبر الواجهة. وعندما يبرد المفصل، تتبلور السلاسل من جديد وتتشابك لتشكل مادة متصلة. يكون اللحام الناتج قويًا مثل - أو أقوى - من مادة الأنبوب الأصلية عندما يتم إجراؤه بشكل صحيح.
تم تصميم المقبس لربط الأنبوب في التركيب الذي يحتوي على مقبس غائر. يحتوي مقبس التركيب على قطر داخلي أكبر قليلاً من القطر الخارجي للأنبوب. تقوم آلة اللحام بتسخين الجزء الخارجي من الأنبوب والجزء الداخلي من مقبس التركيب في وقت واحد. بعد التسخين، يتم إدخال الأنبوب في المقبس ويتم الاحتفاظ به حتى تصلب المادة. وهذا يخلق وصلة قوية وناعمة مع عدم وجود خرزة لحام داخلية يمكن أن تحد من التدفق.
تتكون آلة اللحام النموذجية من عدة مكونات أساسية تعمل معًا لإنتاج لحامات متسقة.
قلب الآلة عبارة عن لوح تسخين مسطح مطلي بالألومنيوم أو مطلي بالتفلون. تحتوي هذه اللوحة على سطحين ساخنين: أحدهما لنهايات أنابيب التسخين والآخر لمآخذ التسخين. يتم التحكم في درجة الحرارة بدقة بواسطة منظم الحرارة أو جهاز التحكم الرقمي. بالنسبة للPP، درجة حرارة التسخين النموذجية هي 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت). بالنسبة لـ PVDF، تكون درجة الحرارة أعلى قليلاً عند 270-280 درجة مئوية (518-536 درجة فهرنهايت) بسبب نقطة انصهار PVDF الأعلى.
يتم ربط الأدوات القابلة للتبديل بلوحة التسخين. هذه تأتي في أزواج:
يتم تصنيع هذه الأدوات بأبعاد دقيقة لكل قطر أنبوب (على سبيل المثال، 20 مم، 25 مم، 32 مم، 40 مم، 50 مم، 63 مم، 75 مم، 90 مم، 110 مم).
تعمل المشابك اليدوية أو الهيدروليكية على تثبيت الأنبوب والتركيب في محاذاة أثناء التسخين والإدخال. المحاذاة الصحيحة أمر بالغ الأهمية؛ المفاصل المنحرفة تخلق نقاط ضعف.
يضمن توقف العمق إدخال الأنبوب تمامًا بالعمق الصحيح في مقبس التركيب. يقيس مقياس عمق الإدخال مدى دفع الأنبوب أثناء مرحلة اللحام.
تشتمل معظم آلات دمج المقبس الحديثة على مؤقتات مدمجة للتحكم في:
تتبع عملية اللحام الفعلية تسلسلًا صارمًا. يجب تنفيذ كل خطوة بشكل صحيح لتحقيق مفصل موثوق.
قبل حدوث أي تسخين، يجب تجهيز نهاية الأنبوب:
باستخدام مقياس العمق أو قياس عمق مقبس التركيب، قم بوضع علامة على الأنبوب عند عمق الإدخال الصحيح. تعمل هذه العلامة كمؤشر مرئي أثناء خطوة الإدراج. عادة ما يكون العمق مساويًا لعمق التجويف مطروحًا منه 1-2 مم للسماح بتمدد المادة.
قم بتشغيل آلة لحام المقبس واضبط جهاز التحكم في درجة الحرارة على القيمة الصحيحة للمادة:
اسمح للآلة بالاستقرار عند درجة الحرارة. تحتوي معظم الآلات على ضوء أخضر "جاهز". لا تبدأ اللحام حتى تستقر درجة الحرارة لمدة 5-10 دقائق على الأقل.
قم بتركيب شياق الأنبوب (دبوس التسخين) وأداة تسخين المقبس لقطر الأنبوب المحدد. تأكد من أنها نظيفة وخالية من بقايا البلاستيك المنصهر. يجب استبدال أو إعادة طلاء الأداة المطلية بطبقة غير لاصقة تالفة.
ضع نهاية الأنبوب على شياق الأنبوب وادفعه إلى العمق المحدد. وفي الوقت نفسه، ادفع مقبس التركيب إلى أداة تسخين المقبس. يجب أن يكون كلا الجزأين مثبتين بالكامل على أدوات التسخين الخاصة بهما. ابدأ تشغيل المؤقت بمجرد أن يكون كلا الجزأين في مكانهما.
تختلف أوقات التسخين حسب المادة وقطر الأنبوب :
| قطر الأنبوب (مم) | وقت التسخين PP (بالثواني) | وقت تسخين PVDF (بالثواني) |
|---|---|---|
| 20 | 5-7 | 6-8 |
| 25 | 7-9 | 8-10 |
| 32 | 9-12 | 10-14 |
| 40 | 12-15 | 14-18 |
| 50 | 15-18 | 18-22 |
| 63 | 18-22 | 22-26 |
| 75 | 22-26 | 26-30 |
| 90 | 26-30 | 30-35 |
| 110 | 30-35 | 35-40 |
هذه الأوقات هي المبادئ التوجيهية. اتبع دائمًا جداول الشركة المصنعة لآلة اللحام والشركة المصنعة للأنابيب.
في نهاية وقت التسخين، قم بإزالة الأنبوب والوصلة بسرعة من أدوات التسخين الخاصة بهم. يجب أن يكون وقت التغيير — الفاصل الزمني بين الإزالة والانضمام — قصيرًا قدر الإمكان، وعادةً ما يكون أقل من 5 إلى 10 ثوانٍ. إذا كان وقت التغيير طويلاً جدًا، فإن الأسطح المنصهرة تبرد ولن تندمج بشكل صحيح.
أدخل طرف الأنبوب الساخن على الفور في مقبس التركيب الساخن بحركة واحدة سلسة ومستمرة. ادفع حتى تتم محاذاة علامة العمق الموجودة على الأنبوب مع حافة المقبس. لا تقم بتحريف الأنبوب أثناء الإدخال؛ يمكن أن يؤدي الالتواء إلى خلق فراغات أو توزيع ذوبان غير متساوٍ.
بمجرد إدخال الأنبوب بالكامل، حافظ على الضغط المحوري المستمر على المفصل (قوة الإمساك) لمنع الأنبوب من التراجع أثناء تقلص المادة أثناء التبريد. يعتمد وقت التبريد على قطر الأنبوب والمواد:
| قطر الأنبوب (مم) | وقت تبريد PP (بالثواني) | وقت تبريد PVDF (بالثواني) |
|---|---|---|
| 20 | 30-45 | 35-50 |
| 25 | 40-60 | 45-70 |
| 32 | 50-75 | 60-90 |
| 40 | 60-90 | 75-105 |
| 50 | 75-105 | 90-120 |
| 63 | 90-120 | 105-135 |
| 75 | 105-135 | 120-150 |
| 90 | 120-150 | 135-165 |
| 110 | 135-165 | 150-180 |
أثناء التبريد، لا تحرك أو تزعج المفصل. يمكن أن تؤدي الحركة المبكرة إلى حدوث تشققات أو روابط ضعيفة.
بعد وقت التبريد، فحص المفصل. يجب أن يظهر اللحام المناسب للمقبس:
في حين أن الخطوات الأساسية هي نفسها لكلتا المادتين، إلا أن هناك اختلافات مهمة.
| الملكية | PP (البولي بروبيلين) | PVDF (فلوريد البولي فينيلدين) |
|---|---|---|
| نقطة الانصهار | 160-170 درجة مئوية (320-338 درجة فهرنهايت) | 170-180 درجة مئوية (338-356 درجة فهرنهايت) |
| درجة حرارة اللحام الموصى بها | 260 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية | 275 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية |
| نافذة المعالجة (الوقت قبل التدهور) | واسعة (دقائق) | ضيق (ثواني) |
| الحساسية لارتفاع درجة الحرارة | معتدل | عالي (يطلق غاز HF) |
| وقت التسخين المطلوب لنفس القطر | أقصر | أطول (10-15% أكثر) |
يتطلب PVDF تحكمًا أكثر دقة لأن نافذة المعالجة الخاصة به أضيق. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة PVDF حتى 10 درجات مئوية إلى تدهور المواد وإطلاق غاز فلوريد الهيدروجين، وهو مادة سامة ومسببة للتآكل.
PP متسامح نسبيًا بشأن الأكسدة السطحية. ومع ذلك، يشكل PVDF طبقة رقيقة مؤكسدة عند تعرضه للهواء. يجب إزالة هذه الطبقة ميكانيكيًا أو تنظيفها كيميائيًا قبل اللحام مباشرة. تتطلب بعض المواصفات كشط طرف الأنبوب بمكشطة خاصة مباشرة قبل التسخين.
آلات لحام الانصهار المقبس تأتي في تكوينين رئيسيين.
في الآلة اليدوية، يتحكم المشغل في قوة الإدخال والضغط باليد. هذه شائعة في الإصلاحات الميدانية والأقطار الأصغر (حتى 63 ملم).
المزايا :
العيوب :
تستخدم الآلات الأوتوماتيكية أسطوانات هيدروليكية للتحكم في سرعة الإدخال وضغط الضغط. يقوم المشغل بتعيين المعلمات، وتقوم الآلة بتنفيذ عملية اللحام.
المزايا :
العيوب :
حتى مع وجود آلة جيدة، فإن التقنية السيئة تؤدي إلى لحامات معيبة.
| عيب | المظهر | السبب | الوقاية |
|---|---|---|---|
| اندماج غير مكتمل | سطح أملس ولكن المفصل ينفصل تحت الضغط | وقت التسخين غير كافٍ أو درجة الحرارة منخفضة جدًا | اتبع الجدول الزمني للتدفئة. التحقق من درجة الحرارة |
| ارتفاع درجة الحرارة (حرق) | اللون بني/أسود، مادة هشة | درجة الحرارة مرتفعة جدًا أو وقت التسخين طويل جدًا | آلة المعايرة؛ تقليل وقت التسخين |
| الفراغ (جيب الهواء) | فقاعة أو فجوة مرئية في حبة اللحام | التواء الأنابيب أثناء الإدراج أو التلوث | أدخل بشكل مستقيم دون التواء؛ نظيفة تماما |
| اللحام البارد | يبدو المفصل صحيحًا ولكن قوته منخفضة | وقت التحول too long; surfaces cooled before joining | تقليل وقت التغيير (<5 إلى 10 ثوانٍ) |
| الإدراج غير كاف | لا يصل الأنبوب إلى عمق المقبس الكامل | قوة الإدخال منخفضة جدًا أو علامة العمق غير صحيحة | استخدم توقف العمق؛ ممارسة الضغط الكافي |
| اختلال | الأنابيب والتركيبات غير متحدة المحور | الأجزاء غير مثبتة بشكل صحيح | استخدام المشابك المحاذاة. تحقق قبل التسخين |
تعتبر كلتا المادتين آمنتين للحام بشكل عام، ولكن توجد مخاطر محددة.
عند ارتفاع درجة حرارته فوق 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت)، يتحلل PVDF ويطلق غاز فلوريد الهيدروجين (HF). يعتبر HF شديد السمية ويؤدي إلى تآكل الجهاز التنفسي. لا تسخن أبدًا مادة PVDF. إذا شممت رائحة حادة ومزعجة أثناء لحام PVDF، توقف فورًا، وقم بتهوية المنطقة، وافحص الماكينة بحثًا عن مشاكل التحكم في درجة الحرارة.
بالنسبة لأنظمة أنابيب PP وPVDF الحرجة (المصانع الكيميائية، والمياه فائقة النقاء، ومصنع أشباه الموصلات)، يجب اختبار اللحامات.
لحام مقبول :
رفض اللحام :
للتحقق من صحة إجراءات اللحام، يتم إجراء الاختبارات التدميرية:
بالنسبة للأنظمة أثناء الخدمة، تتضمن طرق الاختبار غير الإتلافي ما يلي:
| المعلمة | PP | PVDF |
|---|---|---|
| درجة حرارة اللحام | 260 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية | 275 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية |
| وقت التسخين factor (relative to PP) | 1.0× | 1.15-1.20× |
| وقت التبريد factor | 1.0× | 1.10-1.15× |
| حساسية للتلوث | منخفض | عالية |
| الحساسية لارتفاع درجة الحرارة | معتدل | عالية جدا |
| نوع الماكينة الموصى به للعمل المهم | يدوي أو أوتوماتيكي | تلقائي (مفضل) |
| المظهر المرئي للحام الجيد | أوف وايت، حبة ماتي | شفافة إلى بيضاء، حبة لامعة |
| منتج التحلل السام | الأكرولين (مهيج) | فلوريد الهيدروجين (شديد السمية) |
| تطبيقات نموذجية | الصرف الكيميائي، العادم، الماء منزوع الأيونات | الماء عالى النقاء، والمواد الكيميائية عالية النقاء، وأشباه الموصلات |
Q1: هل يمكن استخدام نفس آلة لحام المقبس لكل من PP وPVDF؟
نعم، ولكن يجب عليك تغيير إعداد درجة الحرارة واستخدام أدوات دمج منفصلة لكل مادة. يتطلب PP 260 درجة مئوية؛ يتطلب PVDF درجة حرارة 275 درجة مئوية. لا ينبغي أن يتم تبادل أدوات التسخين (الشياق والمقابس) بين المواد دون تنظيف شامل، حيث أن PP المتبقي على الأدوات يمكن أن يلوث لحام PVDF. تحتفظ العديد من المرافق بمجموعات أدوات مخصصة لكل مادة.
س 2: كيف أعرف ما إذا كان لحام المقبس على PVDF جيدًا بدون اختبار مدمر؟
الفحص البصري هو الطريقة الأساسية. يظهر لحام PVDF الجيد خرزة موحدة وشفافة إلى بيضاء حول حافة المقبس بالكامل. يجب أن تكون الحبة ناعمة وخالية من الفقاعات. إذا كانت الخرزة بنية أو سوداء، فهذا يعني أن المادة محمومة. إذا كانت الخرزة بيضاء حليبية ذات سطح خشن، فقد تكون المادة ملوثة أو تم تبريدها بسرعة كبيرة. بالنسبة للأنظمة الحيوية، يمكن إجراء فحص غير مدمر بالموجات فوق الصوتية بواسطة فنيين معتمدين.
س 3: ما هو الحد الأقصى لقطر الأنبوب الذي يمكن ربطه مع لحام المقبس؟
عادةً ما يتم استخدام دمج المقبس لأقطار الأنابيب التي تصل إلى 110 مم (4 بوصات). بالنسبة للأقطار الأكبر (125 ملم وما فوق)، يفضل استخدام اللحام التناكبي لأنه يتطلب قوة أقل وينتج وصلة أقوى للأنابيب الكبيرة. توفر بعض الشركات المصنعة أدوات دمج مقابس يصل حجمها إلى 160 مم (6 بوصات)، ولكنها نادرة وتتطلب آلات هيدروليكية قوية.
س 4: لماذا يكون لمفاصل PVDF في بعض الأحيان مظهر أبيض طباشيري بعد اللحام؟
يشير المظهر الأبيض الطباشيري عادةً إلى التبريد السريع أو التلوث بالرطوبة. إذا تم تبريد المفصل بسرعة كبيرة (على سبيل المثال، في تيار هوائي أو على سطح بارد)، فإن PVDF يتبلور بطريقة تشتت الضوء، ويظهر باللون الأبيض. هذه الحالة تسمى "أحمر الخدود". في حين أن هذا لا يشير بالضرورة إلى ضعف اللحام، فإنه ينبغي التحقيق فيه. تأكد من أن بيئة اللحام خالية من التيارات الهوائية وأن الأنابيب والوصلات جافة قبل اللحام. بعض المظهر الأبيض أمر طبيعي بالنسبة لـ PVDF.
س 5: هل يمكنني لحام PP إلى PVDF باستخدام آلة دمج المقبس؟
لا، إن PP وPVDF عبارة عن مواد غير متوافقة مع اختلاف نقاط الانصهار والتركيبات الكيميائية ومعاملات التمدد الحراري. لن تندمج معًا على المستوى الجزيئي. تؤدي محاولة لحامها إلى إنشاء رابطة ميكانيكية ضعيفة ستفشل تحت الضغط أو تغير درجة الحرارة. استخدم التركيبات الميكانيكية (الملولبة أو ذات الحواف أو المثبتة) لربط اللدائن الحرارية المختلفة.
س6: كم مرة يجب أن أقوم باستبدال أدوات الدمج (شياق التسخين والمقابس)؟
استبدل أدوات الدمج عندما يظهر الطلاء غير اللاصق (PTFE أو ما شابه) تآكلًا أو تقشيرًا أو تلفًا واضحًا. استبدلها أيضًا إذا تراكمت عليها بلاستيك مخبوز لا يمكن إزالته بدون تنظيف كاشط (مما يؤدي إلى إتلاف الطلاء). بالنسبة للمرافق عالية الاستخدام (اللحام اليومي)، تدوم الأدوات عادة من 6 إلى 12 شهرًا. للاستخدام العرضي، قد تستمر الأدوات لعدة سنوات. قم دائمًا بتخزين الأدوات نظيفة ومحمية من التلف.
س 7: ما هو وقت التحول المقبول لحام الانصهار المقبس؟
يجب أن يكون وقت التحول — من إزالة الأجزاء من المدفأة إلى إكمال عملية الإدخال — قصيرًا قدر الإمكان. بالنسبة لـ PP، يكون الحد الأقصى لوقت التغيير عادةً 10 ثوانٍ. بالنسبة لـ PVDF، تكون المدة من 5 إلى 8 ثوانٍ. إن تجاوز هذه الأوقات يسمح للأسطح المنصهرة بأن تبرد إلى ما دون درجة حرارة الاندماج، مما يؤدي إلى "اللحام البارد" الذي يبدو صحيحًا ولكن قوته منخفضة جدًا. تدرب على حركة الإدخال قبل التسخين لضمان السرعة.
س 8: هل أحتاج إلى استخدام إجراء لحام مختلف لـ PVDF في الطقس البارد (أقل من 5 درجات مئوية)؟
نعم. تزيد درجات الحرارة المحيطة الباردة من معدل تبريد المادة المنصهرة. بالنسبة لـ PVDF الملحوم بدرجة حرارة أقل من 5 درجات مئوية (41 درجة فهرنهايت)، قم بزيادة وقت التسخين ووقت التبريد بنسبة 15-20%. تتطلب بعض المواصفات اللحام داخل حاوية ساخنة عندما تنخفض درجات الحرارة المحيطة إلى أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). استشر دائمًا إرشادات اللحام في الطقس البارد الخاصة بالشركة المصنعة للأنابيب.
س 9: لماذا تدخن آلة دمج المقبس الخاصة بي أحيانًا أثناء لحام PP؟
من الطبيعي وجود كمية صغيرة من الدخان أو البخار أثناء لحام PP، خاصة من اللحام الأول في اليوم حيث تحترق الرطوبة المتبقية أو التلوث. ومع ذلك، يشير الدخان الزائد ذو الرائحة الحادة إلى ارتفاع درجة الحرارة. تحقق من درجة حرارة الجهاز باستخدام مقياس حرارة منفصل. إذا تجاوزت درجة الحرارة 270 درجة مئوية بالنسبة لـ PP، فقم بتقليل نقطة الضبط وأعد معايرة وحدة التحكم.
س 10: هل يمكن إصلاح لحامات المقبس إذا فشلت في الفحص؟
لا، لا يمكن إعادة صهر اللحام وإعادة دمجه لأن المادة قد خضعت بالفعل لتغيرات جزيئية. طريقة الإصلاح الوحيدة هي قطع الوصلة الفاشلة واللحام في قسم جديد من الأنبوب باستخدام وصلتين جديدتين لدمج المقبس (أو تركيب موحد). قم دائمًا بفحص اللحامات مباشرة بعد التبريد؛ تعد إعادة صياغة المفصل الفاشل أكثر تكلفة بكثير من إعادته بشكل صحيح في المرة الأولى.
