저밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파이프를 하나의 파이프라인으로 연결하는 데에는 탈착식과 고정식 등 다양한 방법이 사용됩니다. 그중 가장 신뢰할 수 있는 방법 중 하나는 HDPE 파이프를 용접하는 것입니다.
용접 작업에는 여러 가지 방법이 있으며, 각 방법은 특정한 기술을 사용하여 수행됩니다.
영구 연결 - HDPE 파이프 용접
대구경 HDPE 파이프에는 영구 연결 방식만이 유일하게 허용되는 옵션입니다. 이 방식은 고온에서도 유지될 수 있는 높은 수준의 기밀성을 보장합니다.
폴리에틸렌은 넓은 온도 범위에서 점성이 있고 유동성이 좋은 상태를 유지하며 용융 점도가 낮기 때문에 용접이 용이합니다.
영구 연결을 구축하는 방법에 관계없이 다음과 같은 요구 사항이 적용됩니다.
- 연결된 두 파이프의 변위 각도는 벽 두께에 대한 비율로 10%를 초과해서는 안 됩니다.
- 접합 이음매는 연결되는 부분의 외부 표면보다 위에 위치해야 합니다.
- 이음매 비드는 흠잡을 데 없는 품질로 제작되어야 하며, 높이는 벽 두께에 따라 2.5~5mm 범위에서 다양할 수 있습니다.
용접에는 크게 맞대기 용접, 소켓 용접, 전기융착 용접 세 가지 유형이 있습니다. 각 기술을 자세히 살펴보겠습니다.
파이프 맞대기 용접
맞대기 용접은 HDPE 파이프를 영구적으로 접합하는 가장 일반적인 방법입니다. 이 기술은 동일한 직경의 두 파이프 끝을 접합하는 방식입니다. 접합되는 파이프의 벽 두께 또한 동일해야 합니다.
압력 배관 연결 작업은 높은 정밀도와 정확도가 요구되므로 특수 전기 유압 및 기계 장비를 사용하여 산업 현장에서 수행됩니다.
수동 용접은 압력이 없는 파이프라인에서만 허용됩니다.
맞대기 용접의 특징:
- 이 방법은 벽 두께가 4.5~5mm 이상이고 직경이 50mm인 파이프에 사용됩니다.
- 용접 작업은 평평하고 안정적인 표면에서 수행됩니다.
- 실외에서 작업을 수행할 경우, 주 배관에 바람이 들어오는 것을 막기 위해 배관 끝을 마개로 막아야 합니다. 바람은 온도 조건을 악화시키고 작업 품질을 저해합니다.
- 연결할 부분은 안팎으로 깨끗해야 합니다. 이물질이나 먼지라도 있으면 고품질 연결이 불가능합니다. 용접 장치의 클램프 또한 마찬가지로 깨끗해야 합니다.
- 온도 조절을 위해 시험 용접으로 1~2회 용접을 해보는 것이 좋습니다. 파이프라인 맞대기 용접 경험이 없는 경우, 이를 통해 용접 공정의 원리와 특징을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.
- 연삭 전에는 절삭 디스크를 철저히 닦아야 하며, 연삭 후에는 파이프 치수가 규격에 맞는지 확인해야 합니다.
- 맞대기 용접에 가장 적합한 주변 온도 범위는 -15°C에서 +45°C입니다.
산업용 맞대기 용접 절차:
- 용접 작업을 시작하기 전에 용접할 부분을 용접할 표면에 수직으로 절단합니다. 절단면의 끝부분은 철저히 세척하고 탈지한 후 다듬습니다.
- 파이프는 용접기에 고정되고 신중하게 중앙에 맞춰지며 변형 및 손상 여부를 검사합니다.
- 압연 파이프 재료의 끝부분은 재료를 부드럽게 하기 위해 장치를 사용하여 가열합니다.
- 녹은 끝부분을 서로 맞대고 고압으로 압착합니다. 이 과정은 폴리에틸렌이 식을 때까지 계속됩니다.
- 관절이 식으면 기계를 제거합니다.
맞대기 용접 후 이음매는 완벽하게 매끄럽고 대칭적입니다. 이 연결부는 견고한 파이프라인만큼 강력한 접합부를 제공합니다. 위에서 설명한 공정을 완료하려면 두 사람이 필요합니다.
맞대기 용접 시 다음 사항을 피하십시오.
- 녹은 끝부분의 날카로운 연결;
- 움직이고 꼬이는 파이프;
- 틈의 존재;
- 갑작스러운 온도 변화;
- 접합되는 부위의 열 분포가 고르지 않음;
- 연결 부위의 급속 냉각.
HDPE 파이프는 동일 등급의 재질로 용접하는 것이 권장되지만, 경우에 따라 다른 등급의 파이프를 연결해야 할 필요가 있습니다.
과도한 압축은 파이프라인 내부에 더 큰 축적물을 생성하여 완성된 라인의 성능을 저하시킨다는 점을 명심하십시오. 압력이 충분하지 않으면 용접 시간이 더 오래 걸립니다. 이 긴 대기 시간 동안 가열된 폴리에틸렌이 식을 시간을 확보할 수 있습니다.
용접 작업을 시작할 때는 다양한 파이프라인에 권장되는 힘과 압력이 담긴 표와 용접 매개변수를 맞춰야 합니다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 맞대기 용접 매개변수 표:
압출기를 사용하여 각도를 조절하여 파이프라인을 맞대기 용접하는 방법
압출 용접은 합금되지 않은 재료 강도의 70% 이상에 해당하는 강도를 가진 접합부를 생성합니다. 이 방법은 동일한 재질로 된 부품을 용접할 때만 사용됩니다.
압출 용접은 다음 장비를 사용하여 수행됩니다.
- 발열체;
- 나사;
- 공기 공급 시스템;
- 과립을 저장하는 용기와 첨가제를 눌러주는 압착기.
특징 및 작업 수행 절차:
- 배관을 청소하고 기름때를 제거한 후, 결함이 있는지 점검하십시오.
- 용접할 부품의 끝부분을 필요한 모양으로 만들어 주세요.
- 용접할 표면을 압출기에서 나오는 뜨거운 공기로 가열하십시오.
- 압출기에서 용융된 용접봉(과립 또는 와이어)을 슈를 이용하여 움직임을 제어하면서 접합부에 공급합니다. 이때 발생하는 압력으로 용접봉이 파이프 재질에 용접됩니다.
압출 용접 이음매는 강제로 냉각시키지 않고 자연스럽게 식혀야 합니다. 이 용접 기술은 중력식 파이프라인 설치에 사용됩니다. 벽 두께는 최소 6mm 이상이어야 하며, 그렇지 않으면 제품이 변형될 수 있습니다.
이음쇠와 커플링을 이용한 소켓 용접 방식
소켓 용접은 직경이 다른 파이프를 연결할 수 있게 해줍니다. 연결은 직경이 더 작은 파이프를 직경이 더 큰 주 파이프에 삽입하여 이루어집니다. 커플링을 사용하여 연결부를 단단히 고정함으로써 견고하고 안전한 연결을 만들 수 있습니다.
절차는 맞대기 용접과 동일합니다. 사용하는 도구만 다릅니다.
연결 시 HDPE 파이프와 피팅/커플링의 용접 사용:
- 파이프 절단기;
- 교정기;
- 모따기 기계;
- 노즐이 장착된 용접 장비.
엘보우를 만들려면 티 피팅이 필요할 수도 있습니다. 파이프의 열팽창으로 인해 커플링 사이에 밀폐가 잘 됩니다.
소켓 용접 절차:
- 연결 부품을 분해하십시오.
- 접합할 부분의 끝을 깨끗하게 다듬고 모서리를 비스듬하게 깎아냅니다.
- 대칭적인 원을 얻기 위해 보정 작업을 수행하십시오.
- 깨끗하고 기름기가 제거된 끝부분을 피팅에 삽입하고 용접기에 연결한 후 가열하십시오.
그 결과, 부품들이 하나의 표면으로 접합됩니다. 소켓 용접은 벽 두께가 최대 5mm인 부품에 사용됩니다. 특히 맞대기 용접 장비 접근이 어려운 파이프라인 구간에 적합합니다.
용접에 필요한 것은 무엇인가요?
용접 작업은 특수 장비(1차 및 2차 장비 모두)를 필요로 하는 첨단 기술 공정을 포함합니다.
공구 및 용접 장비를 선택할 때는 용접 방법과 HDPE 파이프의 매개변수를 고려해야 합니다.
도구 및 장비
HDPE 소재를 사용할 경우, 장치의 모든 발열체는 비점착성 재질이어야 합니다. 이렇게 하면 용접 후 세척이 필요 없어집니다. 모든 장치에는 일반적으로 제어 표시기와 온도 조절 장치가 장착되어 있습니다.
기본 용접 장비:
- 소켓 방식용 수동 용접;
- 맞대기 접합기;
- 장착 부품;
- 발열체;
- 클램프는 가공 또는 압착 과정에서 물체를 제자리에 고정하는 데 사용되는 스탠드입니다.
거의 모든 폴리에틸렌 용접기는 가볍고 작동하기 쉬우며, 발열체 교체도 간편합니다.
용접 장치가 사용됩니다.
- 기계적인;
- 오토매틱;
- 유압식.
발열체는 PTFE 층으로 코팅된 원형 판입니다. 온도 및 전원 표시등과 퓨즈가 내장되어 있으며, 특수 조절기를 사용하여 온도를 설정할 수 있습니다.
직경이 400mm를 초과하는 제품을 용접할 때는 다음과 같은 장비가 사용됩니다.
- 맞대기 이음새;
- 소켓 연결;
- 전기융착 연결.
범용 유압 장치는 특히 유용합니다. 필요한 모든 기능이 포함되어 있어 최소한의 시간으로 여러 용접 작업을 수행할 수 있기 때문입니다.
유압 장치용 추가 도구:
- 위치 조절 장치;
- 산화물 침전물 제거용 요소;
- 모따기 공구;
- 톱 - 고속도로를 분리하기 위해;
- 수평 조절 장치;
- HDPE용 벤딩.
위에서 설명한 용접 방법을 사용할 때는 모든 도구를 완비하는 것이 필수적입니다. 장비 중 하나라도 소홀히 하면 용접 품질이 떨어지거나 심지어 결함이 생길 수 있습니다.
연결용 부속품
용접 이음쇠는 직경이 다른 파이프를 포함하여 여러 파이프를 연결하고 파이프라인에 분기 및 굴곡부를 만드는 데 사용되는 부품입니다. 이음쇠는 재질이 다른 압연 파이프를 연결하는 데에도 사용할 수 있습니다.
이러한 종류의 요소는 다음과 같습니다.
- 용접 및 주조. 이 부품들은 특수 맞대기 용접기를 사용하여 파이프에 연결됩니다. 주로 파이프라인의 굴곡부나 굽은 부분에 사용되며, 견고한 재질과 동등한 강도의 연결을 제공합니다.
이러한 연결 부품은 저렴하고 내구성이 뛰어나며 다양한 종류로 제공됩니다. 한 번 연결하면 시스템을 분해할 필요가 없습니다. 제조업체는 십자형 연결구, 감속기, 티형 연결구, 다양한 각도의 요소 등 다양한 연결 부품을 제공합니다. - 전기융착 부속품. 이 제품은 여러 개의 파이프를 한 번에 연결할 수 있습니다. 폴리에틸렌 하우징 내부에 와이어 발열체가 내장되어 있으며, 파이프를 이 연결구에 삽입하면 고온에서 발열체가 녹아 안정적이고 기밀한 연결을 만들어냅니다.
압축식 연결구도 있지만 용접에는 적합하지 않습니다. 밀봉재가 있는 이 폴리에틸렌 부품은 용접 없이 분리 가능한 연결부를 만드는 데 사용됩니다. 중간 정도의 밀폐성을 제공합니다.
HDPE 파이프
HDPE(저압 폴리에틸렌) 파이프는 2MPa 미만의 저압에서 제조됩니다. 완성된 소재는 밀도가 낮아 가볍기 때문에 설치 및 연결이 용이합니다.
HDPE의 특징:
- 탄력. 이 소재들은 늘어나는 성질을 가지고 있어 고온이나 기계적 스트레스(예: 얼음 마개가 형성될 때 발생하는 압력)로 인해 발생할 수 있는 변형으로 인한 파열을 방지합니다.
- 유연성. HDPE 파이프는 문제없이 구부릴 수 있는데, 이는 복잡한 형태의 파이프라인을 제작할 때 매우 중요한 요소입니다.
- 신뢰할 수 있음. HDPE는 내구성이 뛰어나고 오일을 포함한 부식성 환경에 대한 저항성이 우수합니다. 녹이 슬지 않으며 수격 현상을 잘 흡수합니다.
이러한 파이프에는 여러 종류가 있습니다.
- 냉수 공급용입니다. 세로 방향으로 푸른 줄무늬가 있습니다. 내부 벽은 매끄러워 염분이나 침전물이 쌓이지 않습니다.
- 가스. 이 제품들은 유량 용량이 크고 수명이 길며 고압을 견딜 수 있습니다. 노란색 세로 줄무늬가 특징입니다.
- 난방 및 온수 공급용. 이 제품들은 유리섬유로 보강되었으며 고강도 폴리에틸렌으로 만들어졌습니다.
- 골판형 이중 구조. 이 제품들은 물 배수 및 하수 처리에 사용되는 소켓형 파이프입니다. 내구성이 매우 뛰어나고 설치가 간편하며 부식성 환경에도 강합니다.
작업 단계
PDN 파이프의 용접 공정이 지연 없이 진행되고 파이프라인의 장기적인 작동을 보장하는 고품질 용접 결과를 얻으려면 특정 순서에 따라 진행해야 합니다.
HDPE 파이프 용접 전 준비 작업
용접을 시작하기 전에 몇 가지 준비 단계를 완료해야 합니다. 이 단계를 올바르게 수행하면 용접 중에 공구가 부족하거나, 결함을 수정하거나, 기타 문제에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
용접 준비:
- 용접 대상 요소의 직경에 맞춰 HDPE 파이프, 패스너, 클램프 및 기타 부품을 구매하여 용접 현장으로 배송합니다.
- 용접 장비를 놓을 공간을 정리하고 비워 두십시오.
- 용접할 이음쇠와 파이프 끝부분을 가공할 때는 기계적인 방법을 사용하십시오.
용접 장비는 특별한 주의가 필요합니다. 정상 작동 여부를 점검하고 사용 전에 준비해야 합니다.
용접 장비 준비 방법:
- 용접기 구성품 전체를 점검하십시오. 접지 및 전기 배선이 제대로 작동하는지 확인하고, 엔드페이서의 절삭날이 날카로운지 점검하십시오.
- 발전기를 준비하세요. 연료를 채우고 작동 여부를 테스트하세요.
- 스크레이퍼, 플래너, 히터 등 모든 장비 부품의 먼지를 깨끗이 제거하십시오. 붙어 있는 폴리에틸렌 찌꺼기를 모두 제거한 다음, 모든 표면의 기름때를 용제로 제거하십시오.
- 용접기의 유압 시스템 오일 레벨과 슬라이딩 클램프 작동 상태를 점검하십시오. 장비의 움직이는 부품에는 특수 윤활유를 사용하여 윤활하십시오.
- 제어 및 측정 장비의 작동 방식을 확인하십시오.
맞대기 용접 표준
최근까지 러시아에서는 HDPE 용접에 대한 규제 체계와 관련하여 여러 문서가 동시에 시행되면서 혼란이 있었습니다.
2013년부터 맞대기 용접 장비 및 기술에 대한 GOST 표준이 시행되었습니다. 이는 수입산 저급 용접 장비가 폐기되거나 구매가 중단되었다는 의미는 아니지만, 러시아 제조업체들이 장비 품질을 향상시키도록 장려하고 있습니다.
현행 GOST 55276 R 55276-2012(플라스틱 파이프 및 부속품)는 러시아에서 HDPE 맞대기 용접 기술을 통일하는 데 기여했습니다.
주의해야 할 사항:
- GOST R 55276. 기존의 저압 용접 기술과 더불어, 이전에는 미국에서만 시행되었던 고압 HDPE 용접을 합법화합니다. 이 방식은 특수 장비가 필요하지만 용접 주기 시간을 크게 단축시켜 줍니다.
- GOST R 55276. 이 제품은 실제 용접공이 아닌 HDPE 용접용 기술 도면 개발자와 같은 기술자를 위해 설계되었기 때문에 건설 현장에 특히 적합하지 않습니다.
- GOST R 55276. 이는 기존 국내외 규정에서 부과하는 제한 사항을 다루지 않습니다. 특히 러시아에서는 파이프라인 용접이 영하의 온도에서 이루어져야 한다는 점을 고려할 때, 주변 온도 범위가 +5°C에서 +45°C에 이르는 것이 주요 문제입니다.
또 다른 차이점은 파이프 벽 두께가 70mm로 제한되어 있다는 점인데, 오늘날 생산되는 파이프의 벽 두께는 90mm 이상입니다.
우리는 맞대기 용접을 직접 수행합니다.
특수 용접기를 사용하면 HDPE 파이프를 직접 맞대기 용접할 수 있습니다. 폴리에틸렌을 연화시켜 견고한 이음매를 형성하는 방식으로 연결됩니다. 이는 가장 간단한 방법이며 동일한 직경의 파이프에만 적합하지만, 이 또한 일정 수준의 기술과 숙련도가 필요합니다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파이프라인의 맞대기 용접은 반드시 자격을 갖춘 용접공이 수행해야 하며, 그렇지 않으면 연결부의 정밀도와 신뢰성을 확보하기 어렵습니다.
수동 맞대기 용접 절차:
- 장비를 준비하고, 용접기를 점검하고, 작동 상태를 확인합니다.
- 파이프를 자를 때 용접 부위를 만들기 위해 폴리에틸렌 부분을 몇 밀리미터 정도 남겨두고 여유 있게 자르십시오.
- 끝부분을 깨끗하게 다듬어 완벽하게 매끄러운 모서리를 만들어 접촉이 잘 되도록 하십시오.
- 파이프 재료를 용접기에 넣고 중앙에 오도록 위치시키세요.
- 용접할 부재 사이에 발열체를 놓습니다. 부재 끝부분이 녹을 때까지 가열합니다. 가열 시간은 재료의 품질과 부재의 벽 두께에 따라 달라집니다.
- 발열체를 제거한 후 즉시 양쪽 끝을 서로 눌러 붙입니다. 누르는 데 필요한 힘과 압력은 레버 또는 유압 구동 장치를 통해 발생합니다.
- 폴리에틸렌 파이프가 식을 때까지 기다리십시오. 용접 부위를 점검하여 재료가 덧대어지거나 직경이 변하지 않았는지 확인하십시오.
직경이 큰 제품을 용접해야 하는 경우, 자동 용접기를 사용하는 것이 좋습니다. 자동 용접기는 각 부분을 정확하게 중앙에 맞춰 접합해 줍니다.
봉제선 품질 관리
용접이 완료되면 용접 이음매를 육안으로 검사하여 품질을 확인합니다. 용접 이음매의 품질 특성에 대해서는 GOST 표준이 적용됩니다.
요구 사항:
- 용접부는 용접된 부분의 외면 높이에서 전체 길이에 걸쳐 균일해야 합니다.
- 용접 이음매가 접합면 위로 돌출되는 것은 허용되며, 이음매 높이는 다음과 같습니다.
- 벽 두께가 5mm인 경우 돌출부는 2.5mm를 넘지 않습니다.
- 두께가 6~20mm인 경우 최대 이음매 높이는 5mm입니다.
- 연결부는 정확히 중앙에 위치해야 하며, 연결될 표면의 변위가 감지될 경우, 그 변위는 연결되는 파이프 벽 두께의 10%를 초과해서는 안 됩니다.
전문가들의 추천
HDPE 파이프 용접 경험이 풍부한 용접공들은 용접 과정에서 극도의 주의를 기울이고 접합부의 품질을 꼼꼼히 점검할 것을 권고합니다. 접합부의 밀폐성과 파이프라인의 수명은 용접의 정확성에 달려 있습니다.
전문가 팁:
- 파이프 단면이 타원형이 아닌지 확인하십시오. 타원형이면 용접 품질이 크게 저하됩니다.
- 플라스틱 파이프를 압연할 때는 녹은 가장자리가 완전히 굳을 때까지 재료를 단단히 고정해야 합니다.
- 용접부는 용접되는 부재의 표면 위로 돌출된 균일한 비드 형태여야 하며, 비드의 높이는 (위 표에 표시된) 표준을 준수해야 합니다.
- 너트를 사용하는 체결 부품은 설계 한계 이상으로 조여서는 안 됩니다. 과도한 힘은 파이프에 손상을 줄 수 있기 때문입니다.
- 작업을 시작하기 전에 HDPE 용접 지침을 숙지하고 공정 매개변수를 꼼꼼히 살펴보십시오.
HDPE 파이프는 다양한 용도와 형태의 파이프라인 건설에 사용할 수 있는 현대적이고 경제적인 소재입니다. 특수 용접 장비를 사용하면 산업용 및 수작업 모두에서 신뢰할 수 있는 파이프라인을 구축할 수 있습니다.
