СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМУФТ Российский патент 2012 года по МПК F16L47/06 

Область применения

Изобретение относится к сварке полимерных труб.

Уровень техники

Известен способ сварки полимерных труб с помощью муфты (патент №4117311, US; патент №4349219, US), содержащей корпус из термопластика и электроспираль. Спираль расположена вблизи внутренней стенки и защищена тонким слоем материала корпуса муфты.

Известен способ сварки полимерных труб с помощью муфты (заявка №97111682/06, RU), содержащей пластмассовый корпус и две электроспирали. Электроспирали размещены в разных половинах корпуса.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ сварки полимерных труб с помощью муфты (патент №4147926, US), содержащей пластмассовый корпус и электроспираль. Спираль расположена на внутренней стенке корпуса. При сварке на электроспираль муфты подается постоянный ток, величина которого зависит от температуры окружающей среды, типа муфты, а также материала, диаметра и толщины стенки трубы. Мощность тока на электроспирале во время сварки не меняется.

Недостатки вышеперечисленных изобретений

При муфтовой сварке зазор между трубами и муфтой должен быть минимальным и равномерным вдоль плоскости соприкосновения. Например, при большом диаметре труб сложно обеспечить равномерный зазор между муфтой и трубами. На каком-то участке зазор будет больше регламентированного. Увеличенные зазоры приводят к дефектам сварки.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создания способа упрочнение сварочного слоя, при сварке полимерных труб с помощью муфт. А также возможность применения муфтовой сварки к трубам, технологический зазор между трубой и муфтой больше регламентируемого.

Технический результат

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении отрицательного влияния зазора между трубой и муфтой при сварке, упрочнении сварочного слоя за счет вытягивания волокон.

Технический результат достигается тем, что вдоль труб, впереди и сзади корпуса муфты, прикрепляются с помощью хомутов блоки, состоящие из двух катушек. Каждая из катушек намотана на сердечник в форме полуцилиндрического сегмента, вдоль его высоты. Сердечник выполнен из ферромагнитного материала.

Катушки соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки совпадали друг с другом. Цепь подключают к генератору переменного тока.

Сварку осуществляют подачей постоянного напряжения на электроспираль муфты на определенный период времени. Величина напряжения и период времени зависят от размера, толщины стенок труб, температуры окружающей среды, типа муфты.

Электроспираль можно изготовить из эмалированного провода. Регулируя частоту, амплитуду тока в катушках, а также местоположение блоков относительно муфты, при этом расстояние между муфтой и блоками должно быть одинаково, подбирают оптимальные параметры для продольных колебаний электроспирали. При частоте тока в генераторе, близкой к собственной частоте продольных колебаний электроспирали, можно использовать катушки с меньшей индуктивностью и снизить потребляемую мощность.

Полимерные расплавы не подчиняются основным законам гидродинамики и относятся к неньютоновским жидкостям, а именно к псевдопластикам. Вязкость полимерного расплава уменьшается с увеличением скорости течения. Это происходит потому, что вытягиваются молекулярные клубки, а значит изменяются структура жидкости и ее вязкость.

Псевдопластик - n<1, вязкость уменьшается при увеличении скорости сдвига.

- градиент скорости

σ - вязкость расплава;

α - коэффициент пропорциональности.

Во время сварки под действием магнитного поля катушек электроспираль совершает продольные колебательные движения, увлекая за собой приграничный слой полимерного расплава. От нагрева расплав расширяется, вязкость его уменьшается. В соответствии с формулой происходит дополнительное уменьшение вязкости расплава, повышение его текучести, что положительно влияет на заполнение технологического зазора между трубой и муфтой. Вытягивание полимерных волокон вдоль оси трубы приводит к упрочнению сварочного слоя.

Краткое объяснение чертежей

1. Расположение муфты, блоков с катушками на свариваемых трубах.

2. Схема подключения катушек к генератору.

Осуществление изобретения

Вдоль полимерных труб 1 (фиг.1), впереди и сзади корпуса муфты 3, прикрепляют с помощью хомутов 4 блоки, состоящие из двух катушек 2. Каждая из катушек 2 намотана на сердечник 5 в форме полуцилиндрического сегмента, вдоль его высоты. Сердечник 5 выполнен из ферромагнитного материала.

Катушки 2 соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки 2 совпадали друг с другом. Цепь подключают к генератору переменного тока 7 (фиг.2).

Сварку осуществляют подачей постоянного напряжения на электроспираль 6 муфты 3 (фиг.1) на определенный период времени. Величина напряжения и период времени зависят от размера, толщины стенок трубы 1, температуры окружающей среды, типа муфты 3.

Регулируя частоту, амплитуду тока в катушках 2, а также местоположение блоков относительно муфты 3, при этом расстояние между муфтой 3 и блоками должно быть одинаково, подбирают оптимальные параметры для продольных колебаний электроспирали 6 (фиг.2). При частоте тока в генераторе 7, близкой к собственной частоте продольных колебаний электроспирали 6, можно использовать катушки 2 (фиг.1) с меньшей индуктивностью и снизить потребляемую мощность.

Пример применения

Сварка труб ПЭ80 ГАЗ SDR 11 d63 была выполнена на аппарате FRIAMAT, производства компании FRIATEC, Германия. Применялась муфта+GF+ELGEF Plus, производство Германии с параметрами d63, R=1,5 Ом. Температура окружающей среды - +10°С. Регламентируемые параметры: время сварки t=40 сек, напряжение постоянного тока U=40 В. Частота тока в генераторе 5 Гц, общая аксиальная сила, действующая на катушку, 0,4 Н. Трубы были взяты с заведомыми дефектами. С наружной поверхности труб был снят слой 1 мм. Образы, вырезанные из сваренного соединения, сварка которого производилась с применением предложенного способа, при испытаниях стандартными методами - ISO/DIS 8085/3, ISO/DIS 11413 - показали лучший результат, чем сваренные по обычной технологии.

Источник информации

1. David I. Bower, An introduction to polymer physics, Cambridge University press, 2002, page 187-188.

Изобретение относится к сварке полимерных труб с помощью электромуфт и может использоваться при сварке полиэтиленовых труб разного диаметра. Способ сварки полимерных труб с помощью электромуфт включает подачу напряжения на электроспираль муфты на определенный период времени и охлаждение сваренного соединения до температуры окружающей среды. Вдоль полимерных труб, впереди и сзади корпуса муфты, соосно с трубами, прикрепляют блоки, состоящие из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник в форме полуцилиндрического сегмента вдоль его высоты. При этом катушки из двух блоков соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки совпадали друг с другом, причем цепь подключают к генератору переменного тока, при помощи которого, изменяя частоту, амплитуду тока в катушках, регулируют продольные колебания электроспирали. При использовании изобретения уменьшается отрицательное влияние зазора между трубой и муфтой при сварке, упрочняется сварочный слой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сварки полимерных труб с помощью электромуфт, включающий подачу напряжения на электроспираль муфты на определенный период времени и охлаждение сваренного соединения до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что вдоль полимерных труб впереди и сзади корпуса муфты соосно с трубами прикрепляют блоки, состоящие из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник в форме полуцилиндрического сегмента вдоль его высоты, при этом катушки из двух блоков соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки совпадали друг с другом, причем цепь подключают к генератору переменного тока, при помощи которого, изменяя частоту, амплитуду тока в катушках, регулируют продольные колебания электроспирали.

2. Способ сварки полимерных труб с помощью электромуфт по п.1, отличающийся тем, что регулирование амплитуды продольных колебаний электроспирали производят изменением местоположения блоков относительно муфты при одинаковом расстоянии между муфтой и блоком.

3. Способ сварки полимерных труб с помощью электромуфт по п.1, отличающийся тем, что электроспираль муфт изготовляют из эмалированного провода.