شرح آلات لحام المقبس: العملية والمكونات والتطبيقات

A آلة لحام الانصهار المقبس هو أ أداة ربط حرارية تستخدم لتوصيل الأنابيب والتجهيزات البلاستيكية الحرارية بشكل دائم - الأكثر شيوعًا PPR وHDPE وPVDF - عن طريق تسخين كل من حنفية الأنبوب ومقبس التركيب في نفس الوقت، ثم الضغط عليهما معًا لتشكيل رابطة على المستوى الجزيئي. والنتيجة هي وصلة قوية مثل أو أقوى من الأنبوب نفسه لا يوجد مثبتات ميكانيكية، ولا مواد لاصقة، ولا توجد مسارات للتسرب . تشرح هذه المقالة بالضبط كيفية عمل العملية، ومما تتكون الآلة، وأين يتم استخدامها في مختلف الصناعات.

كيف تعمل عملية لحام المقبس الانصهار

يعمل لحام المقبس عن طريق تسخين سطحين من البلاستيك الحراري المتزاوجين إلى درجة حرارة ذوبانهما، ثم ربطهما تحت ضغط متحكم فيه قبل أن يبردا. تعتمد العملية على الانتشار البيني لسلسلة البوليمر - عندما يتصل سطحان من اللدائن الحرارية المنصهرة ببعضهما البعض، تتشابك سلاسلهما الجزيئية وتندمج مع تصلب المادة، مما يؤدي إلى تكوين مفصل متجانس.

تتبع العملية القياسية أربع مراحل دقيقة:

1. التحضير: يتم قطع نهاية الأنبوب بشكل مربع وتنظيفه. يتم مسح كل من حنفية الأنبوب ومقبس التركيب بكحول الأيزوبروبيل لإزالة التلوث الذي قد يمنع الترابط.
2. التدفئة: يتم دفع الحنفية والمقبس في نفس الوقت إلى القوالب الذكور والإناث لأداة التسخين، ويتم الاحتفاظ بها لفترة تسخين خاصة بالمواد. لأنابيب PPR في قطر 20 ملم ، وهذا عادة 5 ثواني ; عند 63 ملم، يمتد إلى 24 ثانية .
3. الانضمام: تتم إزالة كلا المكونين من أداة التسخين ويتم دفعهما معًا على الفور بحركة واحدة مستقيمة - دون التواء - خلال فترة الانتقال المسموح بها، عادةً 2-4 ثواني اعتمادا على قطر الأنبوب ودرجة الحرارة المحيطة.
4. التبريد: يتم تثبيت المفصل تحت ضغط خفيف لفترة تبريد محددة قبل التعامل معه أو اختبار الضغط. يتطلب وصلة PPR مقاس 20 مم تقريبًا 2 دقيقة التبريد؛ تتطلب الأقطار الأكبر ما يصل إلى 8 دقائق .

الانحراف عن هذه المعلمات الزمنية هو السبب الرئيسي لفشل المفصل. يؤدي التسخين المنخفض إلى عدم كفاية عمق الذوبان ; يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تدهور المواد وانهيار تجويف المقبس، وكلاهما يضر بسلامة المفصل.

المكونات الأساسية لآلة لحام المقبس

تتكون آلة لحام صهر المقبس الكاملة من عدة مكونات مترابطة. إن فهم كل واحدة منها يساعد المشغلين على اختيار المعدات المناسبة وتحديد الأعطال بسرعة.

عنصر التسخين ووحدة التحكم بدرجة الحرارة

لوحة التسخين هي قلب الماكينة - وهي عبارة عن لوحة من الألومنيوم أو الحديد الزهر مع عناصر مقاومة كهربائية مدمجة. يحافظ على درجة حرارة سطحية دقيقة، عادة ما بين 250 درجة مئوية و 270 درجة مئوية لطاعون المجترات الصغيرة ، و 220 درجة مئوية - 230 درجة مئوية للبولي إيثيلين عالي الكثافة . تستخدم آلات الجودة وحدة تحكم PID (مشتق نسبي-تكاملي) للحفاظ على درجة الحرارة داخلها ±5 درجة مئوية ، وهو أمر بالغ الأهمية للحصول على جودة لحام متسقة طوال يوم العمل بأكمله.

سطح التسخين مطلي بمادة PTFE (بولي تترافلوروإيثيلين) لمنع البلاستيك المنصهر من الالتصاق بالأداة وتلويث اللحامات اللاحقة.

قوالب المقبس والحنفية (إدراج اللحام)

يتم تركيب قوالب الذكور (الحنفية) والأنثى (المقبس) القابلة للتبديل على لوحة التسخين وتتوافق مع أقطار الأنابيب المحددة. يتم تصنيع القوالب بتفاوتات مشددة - عادةً ± 0.1 ملم - لضمان عمق الذوبان الصحيح وتناسب التداخل أثناء الانضمام. تشتمل معظم مجموعات الماكينات على قوالب تتراوح من 20 ملم إلى 63 ملم للآلات اليدوية، مع الآلات الهيدروليكية التي تغطي ما يصل إلى 160 ملم أو أكبر .

يجب استبدال القوالب عندما يتآكل طلاء PTFE الخاص بها، حيث أن المعدن العاري يسبب التصاق البلاستيك الذي يؤدي إلى تمزق المواد وتلوث المفاصل.

إطار الآلة وملزمة دعم الأنابيب

يتم استخدام أدوات دمج المقبس المحمولة للعمل بقطر صغير يصل إلى حوالي 40 ملم . بالنسبة للأقطار الأكبر، فإن الإطار المثبت على المقعد أو الإطار القائم على الأرضية يحافظ على محاذاة الأنبوب والتركيب أثناء التسخين والربط، مما يمنع اختلال المحاذاة الزاوي الذي يسبب ضعف المفاصل. تضمن آلية ملزمة الأنبوب أو المشبك بقاء محور الأنبوب صحيحًا طوال العملية.

نظام إمدادات الطاقة والمؤشر

تعمل الآلات القياسية على 230 فولت / 50 هرتز أو 110 فولت / 60 هرتز طاقة أحادية الطور، مع تصنيف عناصر التسخين بين 650 واط و 2000 واط اعتمادا على حجم الجهاز. يؤكد ضوء المؤشر الجاهز أو الشاشة الرقمية وصول لوحة التسخين إلى درجة حرارة التشغيل - عادة في الداخل 8-15 دقيقة من بدء التشغيل. تشتمل الآلات الاحترافية على دوائر حماية من الحرارة الزائدة التي تقطع الطاقة إذا تجاوزت اللوحة الحدود الآمنة.

مواد الأنابيب المتوافقة ومعاملات اللحام الخاصة بها

لحام المقبس ليس عملية مقاس واحد يناسب الجميع. تحتوي كل مادة من اللدائن الحرارية على نطاق مميز لدرجة حرارة الذوبان، وينتج عن استخدام الإعدادات الخاطئة إما وصلات غير مندمجة أو متدهورة. يجب أن يتم تكوين الجهاز للمواد المحددة التي يتم لحامها.

أنواع آلات لحام المقبس

تتوفر آلات دمج المقبس في ثلاثة تكوينات رئيسية، كل منها يناسب أحجام الأنابيب وبيئات الإنتاج المختلفة.

أداة دمج المقبس اليدوية/اليدوية

مصممة لأقطار الأنابيب من 20 ملم إلى 40 ملم تعد الأدوات المحمولة هي النوع الأكثر استخدامًا في خدمات السباكة والبناء. يمسك المشغل لوحة التسخين بيد واحدة بينما يقوم في نفس الوقت بدفع الأنبوب وتركيبه على القوالب. فهي خفيفة الوزن (عادة 0.8-1.5 كجم )، المحمولة، والتكلفة بين 30 دولارًا و 200 دولارًا للمجموعات الاحترافية. تعتمد سرعة التشغيل بشكل كامل على تقنية المشغل، مما يجعل التدريب مهمًا للحصول على جودة لحام متسقة.

آلة نصف أوتوماتيكية مثبتة على مقاعد البدلاء

تستخدم لأقطار من 50 ملم إلى 110 ملم ، تقوم هذه الآلات بتركيب لوحة التسخين على حامل ثابت بعربات منزلقة لتوجيه الأنبوب وتركيبه على القوالب تحت قوة متحكم بها ومتساوية. وهذا يقلل من الخطأ البشري في المحاذاة وقوة التسخين - وكلاهما نقاط فشل شائعة عند الأقطار الأكبر. الآلات في هذه الفئة تكلف عادة 300 دولار - 1500 دولار وهي معدات قياسية في ورش تصنيع الأنابيب المسبقة.

آلة دمج المقبس الهيدروليكي

للأنابيب البلاستيكية الحرارية ذات القطر الكبير من 90 ملم إلى 160 ملم أو أكثر تستخدم الآلات الهيدروليكية مكابس تعمل بالطاقة لتطبيق قوة ربط دقيقة. الضغط اليدوي في هذه الأقطار غير متناسق ويتطلب جهدًا بدنيًا؛ يضمن التشغيل الهيدروليكي أن يتم تصنيع المفصل بقوة موحدة في كل مرة. تُستخدم هذه الآلات في البنية التحتية للمياه البلدية، وبناء المصانع الصناعية، ومشاريع الري واسعة النطاق. يتراوح سعرها من 2000 دولار إلى 8000 دولار اعتمادا على قدرة القطر ومستوى الأتمتة.

التطبيقات الرئيسية عبر الصناعات

يتم استخدام آلات لحام المقبس حيثما يجب أن توفر أنظمة الأنابيب البلاستيكية الحرارية أداءً خاليًا من التسرب وعمر خدمة طويل. فيما يلي أهم مجالات التطبيق.

السباكة السكنية والتجارية

تعتبر أنابيب PPR المرتبطة بدمج المقبس هي التقنية السائدة لتوزيع المياه الساخنة والباردة في المباني السكنية في جميع أنحاء أوروبا والشرق الأوسط وآسيا. يمكن لمفصل دمج المقبس المصنوع بشكل صحيح في PPR أن يتحمل درجات حرارة التشغيل المستمرة البالغة 70 درجة مئوية عند 10 بار ودرجات حرارة متقطعة تصل إلى 95 درجة مئوية مما يجعلها مناسبة لكل من دوائر التدفئة المنزلية والمياه الساخنة تحت الأرضية.

الأنابيب الكيميائية الصناعية

تُستخدم أنظمة الأنابيب PVDF وPP-H المرتبطة بدمج المقبس في مصانع الكيماويات، ومرافق تصنيع أشباه الموصلات، وتصنيع الأدوية حيث قد تؤدي الأنابيب المعدنية إلى تآكل سائل العملية أو تلويثه . PVDF على وجه الخصوص مقاوم للمواد الكيميائية العدوانية بما في ذلك الكلور والأحماض والمذيبات، وتحافظ وصلات الدمج المقبس على المقاومة الكيميائية الكاملة دون إدخال مواد حشية أو مواد مانعة للتسرب يمكن أن تتسرب إلى تيار التدفق.

البنية التحتية للمياه والري البلدية

يتم استخدام أنابيب HDPE المرتبطة بدمج المقبس (للأقطار الصغيرة) أو الدمج التناكبي (للأنابيب الكبيرة) على نطاق واسع في توزيع مياه الشرب وأنظمة الصرف الصحي وشبكات الري الزراعية. المفصل مسار التدفق الكامل - لا توجد نتوءات داخلية من التركيبات - يقلل من فقدان الضغط ويمنع تراكم الرواسب، وهي ميزة رئيسية مقارنة بالبدائل ذات الحواف أو الملولبة في خطوط الأنابيب طويلة المدى تحت الأرض.

أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والمياه المبردة

يتم استخدام أنابيب PPR وPE-RT (البولي إيثيلين المقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة) المرتبطة بدمج المقبس بشكل متزايد في حلقات الماء المبرد HVAC ووصلات وحدة ملف المروحة في المباني التجارية. تتميز الوصلات بأنها لا تحتاج إلى صيانة، ومقاومة للتآكل، وفعالة حرارياً - وهي خصائص تجعلها مفضلة على النحاس أو الفولاذ الكربوني في الأنظمة الميكانيكية الحديثة للبناء.

المقبس الانصهار مقابل الانصهار المؤخرة مقابل الانصهار الكهربائي: متى يتم استخدام كل منهما

يعد دمج المقبس أحد طرق لحام الأنابيب البلاستيكية الحرارية الثلاثة الأساسية. يعتمد اختيار العملية الصحيحة على قطر الأنبوب، وظروف الموقع، وإمكانية الوصول إلى المفاصل.

اندماج المقبس هو الطريقة الأسرع والأكثر فعالية من حيث التكلفة للأقطار التي تقل عن 110 مم في أماكن يمكن الوصول إليها. يُفضل الصهر الكهربائي في عمليات الإصلاح أو في الخنادق المحصورة حيث لا يمكن وضع معدات المحاذاة. يهيمن اندماج المؤخرة على أعمال البنية التحتية ذات القطر الكبير حيث يبرر حجم المفصل وقت الدورة الأطول والآلات الأثقل.

العوامل الحاسمة التي تحدد الجودة المشتركة

حتى مع استخدام المعدات الصحيحة، تعتمد جودة الوصلات على التحكم المستمر في العديد من متغيرات العملية. هذه هي العوامل الأكثر مسؤولية عن الفشل في وصلات الدمج الملحومة ميدانيًا:

• دقة درجة الحرارة: يمكن أن تؤدي لوحة التسخين التي تعمل بدرجة حرارة أقل من 15 درجة مئوية إلى تقليل قوة المفصل بنسبة تزيد عن 30%. تحقق دائمًا من درجة حرارة اللوحة باستخدام مقياس حرارة ملامس قبل البدء في لحام الإنتاج.
• نظافة السطح: يؤدي وجود الزيت أو الرطوبة أو الغبار الموجود على الأنبوب أو سطح التركيب إلى خلق فراغات في واجهة اللحام. يعد التنظيف باستخدام كحول الأيزوبروبيل مباشرة قبل التسخين أمرًا غير اختياري.
• وقت الانتقال: النافذة بين إزالة المكونات من أداة التسخين واستكمال الوصلة هي 2-4 ثواني لمعظم أحجام الأنابيب. يؤدي تجاوز ذلك إلى حدوث مفصل "بارد"، حيث تعود الأسطح إلى التصلب قبل اكتمال الاندماج.
• درجة الحرارة المحيطة: تعمل البيئات الباردة (أقل من 5 درجات مئوية) على تسريع عملية تبريد السطح وتقصير وقت الانتقال المسموح به. يجب تمديد أوقات التسخين بمقدار 50% ويجب على المشغلين حماية منطقة العمل من الرياح.
• المحاذاة المحورية: أي اختلال زاوي أثناء الربط يخلق تركيزًا غير متساوٍ للضغط في المفصل. بالنسبة للأقطار التي تزيد عن 40 مم، استخدم دائمًا أداة محاذاة ميكانيكية.