СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ Российский патент 2010 года по МПК F16L13/00 F16L47/00 

Описание патента на изобретение RU2396478C1

Область, к которой относится изобретение

Изобретение относится к сварке полимерных труб встык и может использоваться при сварке полиэтиленовых труб при более низких температурах окружающего воздуха, чем предусмотрено нормативными документами.

Уровень техники

Известно техническое решение (1. Сварка полимерных материалов: Справочник /К.И.Зайцев, Л.Н.Мацюк, А.В.Богдашевский и др.; Под общ. ред. К.И.Зайцева, Л.Н.Мацюк. - М.: Машиностроение, 1988. - 312 с.), заключающийся в оплавлении торцов трубы нагретым до или выше температуры плавления материала трубы инструментом, осаживании после удаления инструмента оплавленных торцов под давлением и выдерживании под этим давлением определенное время, диктуемое скоростью охлаждения и релаксационными процессами в сварном соединении. Недостатком данного технического решения является получение некачественного сварного соединения при низких температурах окружающего воздуха.

Известно техническое решение (2. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов СП 42-103-2003. - Издание официальное. - М.: ЗАО «ПОЛИМЕРГАЗ», 2004. - 84 с.), в котором при более широком интервале температур окружающего воздуха, чем от минус 15°С до плюс 45°С, сварочные работы рекомендуется выполнять в помещениях (укрытиях), обеспечивающих соблюдение заданного температурного интервала (п.6.48). Недостатком указанного способа является трудоемкость и большие затраты времени на строительство сооружения и на достижение регламентированной температуры воздуха внутри сооружения и на концах свариваемых полимерных труб.

Наиболее близким является техническое решение (3. Заявка на изобретение №2006144681/06(048773) от 14.12.2006), в котором при температурах окружающего атмосферного воздуха ниже нормативных перед сваркой температуру в зоне термического влияния свариваемых труб предварительно доводят до температуры из регламентированного температурного интервала путем предварительного нагревания другим инструментом, а охлаждение сварного шва и зоны термического влияния трубы производят в замкнутом ограниченном объеме, в котором принудительным образом поддерживают температуру вокруг сварного соединения равной регламентированному интервалу температуры окружающего воздуха. Недостатком технического решения является использование дополнительного инструмента для предварительного нагревания, приводящего к увеличению времени и усложнению технологии сварки, а также искусственное поддержание температуры в ограниченном объеме.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является получение качественного сварного соединения полимерной трубы без строительства специального сооружения при температурах окружающего воздуха ниже регламентируемых.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в получении при низких температурах окружающего воздуха сварного шва такого же качества, что и при сварке в регламентированном температурном интервале окружающего воздуха с использованием одного инструмента для оплавления.

Существенные признаки, характеризирующие изобретение.

Ограничительные: сварку производят путем оплавления торцов трубы до или выше температуры плавления материала инструментом, осаживании после удаления инструмента оплавленных торцов под давлением и выдерживании под этим давлением определенное время в замкнутом ограниченном объеме, обеспечивающем температуру окружающего воздуха вокруг сварного соединения из регламентированного интервала температуры окружающего воздуха.

Отличительные: время оплавления определяют, исходя из температуры окружающего воздуха, теплофизических свойств и геометрических данных трубы, по глубине проплавления торца трубы, достигаемой при нормированных температурах, а необходимый ограниченный объем определяют из условия обеспечения скорости охлаждения сварного соединения, достигаемой при нормированных температурах.

Известно, что зоной термического влияния считается пространственная область вблизи сварного шва, где температура материала выше температуры деструкции материала, которая, например, для полиэтилена ПЭ 63 и ПЭ 80 составляет 80°С (3. А.К.Родионов, Ф.И.Бабенко, Н.А.Коваленко и др. Трещиностойкость сварных стыковых соединений полиэтиленовых труб // Материалы. Технологии. Инструменты. - 2003. - Т.8, №3. - С.19-20). Учитывая то обстоятельство, что при сварке встык оплавлением деструкция полимера происходит на определенном участке, необходимо перед процессом сварки температуру этого участка довести до соответствующей температуры, предусмотренной нормативными документами. Анализ изменений во время распределения температуры по длине трубы показывает, что на этапе оплавления температурные поля в зоне термического влияния при температурах окружающего воздуха ниже нормативных и комнатной (регламентированной) температуры могут быть сближены увеличением продолжительности нагрева при оп-лавлении (4. О.А.Аммосова, А.И.Герасимов и Н.П.Старостин. Сварка полиэтиленовых труб встык при температурах воздуха ниже нормативных. Ч.1 // Пластические массы. - 2008, №9. - С.38-41). Регулирование скорости охлаждения сварного соединения путем использования теплоизоляционной камеры определенных размеров позволяет получить такую же скорость охлаждения сварного соединения, как при нормированных температурах окружающего воздуха, за счет теплоты сварного соединения, изменяя размеры теплоизоляционной камеры по длине при фиксированной высоте камеры (5. О.А.Аммосова, А.И.Герасимов и Н.П.Старостин. Сварка полиэтиленовых труб встык при температурах воздуха ниже нормативных. Ч.2 // Пластические массы. - 2008, №10. - С.45-46).

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена схема охлаждения сварного шва в замкнутом ограниченном объеме. На фиг.2 приведено изменение границы проплавления при различной температуре окружающего воздуха. На фиг.3 приведено изменение температуры воздуха в теплоизоляционной камере в период охлаждения сварного соединения при различных температурах окружающего воздуха.

Осуществление изобретения

Способ осуществляется следующим образом. Концы свариваемых труб центрируют по наружной поверхности и производят механическую обработку торцов соединяемых труб с целью обеспечения их плотного прилегания друг другу, а также для снятия окисленных поверхностных слоев. Затем концы труб приводят в непосредственный контакт с нагретым инструментом с соответствующей процессу сварки температурой. Продолжительность оплавления находят решением задачи теплопроводности, исходя из температуры окружающего воздуха, теплофизических свойств и геометрических данных трубы, по глубине проплавления торца трубы, достигаемой при нормированных температурах. Затем инструмент удаляют, а оплавленные торцы осаживают под давлением и выдерживают под этим давлением определенное время. Охлаждение производят в замкнутом ограниченном объеме 1 (фиг.1) определенных размеров, в котором за счет теплоты сварного соединения 2 поддерживается температура в регламентированном температурном интервале с использованием камеры из теплоизолирующего материала 3, расположенного между зажимами 4 трубы. Необходимый ограниченный объем определяют из условия обеспечения скорости охлаждения сварного соединения, достигаемой при нормированных температурах. Регулирование скорости охлаждения сварного соединения производят путем изменения длины L теплоизоляционной камеры вдоль трубы при фиксированной высоте h камеры, так как наибольший эффект достигается изменением соотношения площадей нагретой и холодной частей трубы.

Пример. Для сварки труб из полиэтилена ПЭ 80 ГАЗ SDR11 63×5,8 ГОСТ Р 50838-95 при нормированных температурах, например, при+20°С, продолжительность оплавления составляет 55 с. При этом расчетная глубина проплавления составляет 1,63 мм (фиг.2, кривая 5). При температуре окружающего воздуха -40°С такую же глубину проплавления можно достичь при продолжительности оплавления 96 с. (фиг.2, кривая 6). При этом температурные поля в зоне термического влияния практически совпадают.

Оплавленные торцы, после удаления инструмента, осаживают под давлением и выдерживают под этим давлением определенное время в замкнутом ограниченном объеме, обеспечивающем температуру окружающего воздуха вокруг сварного соединения из регламентированного интервала температуры окружающего воздуха. При этом учитывается, что увеличение длины L камеры при фиксированной высоте h способствует более быстрому снижению температуры в камере за счет увеличения поверхности трубы с более низкой температурой, чем увеличение высоты h камеры при фиксированной длине L. Расчетами найдены следующие размеры камеры: L=40 мм, h=20 мм, при котором температура воздуха в теплоизоляционной камере ограниченного объема за счет теплоты сварного соединения, например, трубы из полиэтилена ПЭ 80 ГАЗ SDR11 63×5,8 ГОСТ Р 50838-95 становится такой же, как в рекомендуемом для проведения сварочных работ интервале температуры окружающего воздуха (фиг.3). Кривые 7, 8 и 9 значения температуры воздуха в теплоизоляционной камере в период охлаждения сварного соединения длительностью 8 мин при температурах окружающего воздуха соответственно

-20°С, -30°С и -40°С находятся в области положительных значений температуры меньших, чем максимально допустимая температура +45°С.

Таким образом, температура в зоне термического влияния при любых низких температурах окружающего воздуха становится равной регламентированной температуре за счет теплоты сварного соединения. Произведенный в таких условиях сварочный шов обладает всеми прочностными свойствами сварного шва, полученного при температурном интервале, предусмотренном нормативными документами.

Похожие патенты RU2396478C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ 2006
  • Старостин Николай Павлович
  • Герасимов Александр Иннокентьевич
  • Аммосова Ольга Александровна
RU2343331C2
Способ сварки труб из термопластов 2016
  • Зуев Михаил Александрович
  • Македонски Стефан Георгиев
RU2665393C2
СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМИ ДЕТАЛЯМИ С ЗАКЛАДНЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ 2019
  • Старостин Николай Павлович
  • Герасимов Александр Иннокентьевич
  • Данзанова Елена Викторовна
  • Аммосова Ольга Александровна
RU2744141C2
СПОСОБ МУФТОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ 2010
  • Старостин Николай Павлович
  • Ботвин Глеб Владимирович
  • Данзанова Елена Викторовна
RU2450202C2
Способ сварки нагретым инструментом в раструб полимерных труб 2016
  • Старостин Николай Павлович
  • Аммосова Ольга Александровна
  • Васильева Мария Александровна
  • Ботвин Глеб Владимирович
  • Данзанова Елена Викторовна
RU2615890C1
СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ 2008
  • Герасимов Александр Иннокентьевич
  • Старостин Николай Павлович
  • Данзанова Елена Викторовна
RU2383811C1
Способ сварки полимерных труб 2018
  • Герасимов Александр Иннокентьевич
  • Данзанова Елена Викторовна
  • Старостин Николай Павлович
  • Аммосова Ольга Александровна
RU2687900C1
СПОСОБ МУФТОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВОЗДУХА 2023
  • Петров Дмитрий Дмитриевич
  • Ботвин Глеб Владимирович
  • Данзанова Елена Викторовна
  • Старостин Николай Павлович
  • Аммосова Ольга Александровна
  • Татаринов Максим Филиппович
RU2810859C1
СПОСОБ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2006
  • Фисенко Юрий Вячеславович
RU2312767C2
СПОСОБ СВАРКИ ВСТЫК ТРУБ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА (ТРУБ ПЭ-Х) 1999
  • Тобиас Вольфганг
  • Бернштайн Гунтер
RU2209137C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 396 478 C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ

Изобретение относится к области сварки полимерных труб встык оплавлением и может использоваться для сварки полиэтиленовых труб при низких температурах окружающего воздуха. Изобретение направлено на получение качественного сварного соединения без строительства специального сооружения. Указанный технический результат достигается за счет продления времени оплавления до достижения определенной глубины проплавления торца трубы, достигаемой при нормированных температурах, и поддержания скорости охлаждения сварного соединения за счет теплоты сварного соединения путем изменения соотношения холодной и прогретой частей сварного соединения внутри ограниченного объема при фиксированной высоте. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 396 478 C1

Способ сварки полимерной трубы, заключающийся в оплавлении торцов трубы нагретым до или выше температуры плавления материала инструментом, осаживании после удаления инструмента оплавленных торцов под давлением и выдерживании под этим давлением определенное время в замкнутом ограниченном объеме, отличающийся тем, что время оплавления продлевают до достижения определенной глубины проплавления торца трубы, достигаемой при нормированных температурах, а скорость охлаждения сварного соединения обеспечивают за счет теплоты сварного соединения путем изменения соотношения холодной и прогретой частей сварного соединения внутри ограниченного объема при фиксированной высоте.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2396478C1

RU 2006144681 A, 20.06.2006
СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ СТЫКА ТРУБОПРОВОДОВ В ПОЛИМЕРНОЙ ОБОЛОЧКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Энтони Коста
  • Кухтин Вячеслав Георгиевич
  • Фомин Николай Львович
RU2282781C2
Способ соединения стальных футерованных труб 1980
  • Балакиров Юрий Айрапетович
  • Горев Станислав Николаевич
  • Даи-Заде Казим Алимамед
  • Мамедов Фикрат Салимханович
  • Субботин Михаил Александрович
  • Ханларов Ага Мехти Гаджи
SU958759A1
Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор 1923
  • Петров Г.С.
SU2005A1
US 4619470 A, 28.10.1986
US 6524425 A, 25.02.2003.

RU 2 396 478 C1

Авторы

Старостин Николай Павлович

Аммосова Ольга Александровна

Герасимов Александр Иннокентьевич

Данзанова Елена Викторовна

Даты

2010-08-10Публикация

2008-12-15Подача