Способ контактной сварки труб из термопластов Советский патент 1984 года по МПК B29C27/06 

Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно к способам контактной сварки труб из термопластов, выполняемой при помощи нагревательного устройства.

Известен способ контактной сварки труб из термопластов, включающий нагрев торцов труб дисковым нагревателем, последующее сдавливание торцов труб и охлаждение, при котором перед сдавливанием торцов труб напротив сварного шва устанавливают изнутри вкладыш из эластичного материала .

Недостаток способа заключается в том, что он требует предварительной установки и извлечения вкладыша из сварного трубопровода. Кроме того, наружные кромки валика, примыкающие изнутри к внутренней поверхности трубы, не свариваются с ней, так как они образуются из цилиндрической поверхности труб, примыкающей к торцу, которая окислена кислородом воздуха, может быть загрязнена и имеет температуру ниже температуры плавления термопласта. Это снижает качество сварного соединения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ контактной сварки труб из термопластов, включающий нагрев торцов труб из термопластов, включающий нагрев торцов труб, нагрев околошовной зоны по длине до различных температур, уменьшающихся от торцов труб, последующее сдавливание торцов труб и охлаждение 2.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижение высоты внутреннего валика, образующегося по месту сварки, и требует повышенных затрат энергии на его осуществление.

Известным способом практически можно сваривать трубы с незначительной толщиной стенки (до 5-6 мм). Для труб из термопластов с толщиной стенки 6-40 мм и более этот способ не является эффективным, так как кольцевые нагреватели, расположенные снаружи трубы, нагревают лищь тонкий наружный слой материала, тогда как внутренняя поверхность трубы, где обычно зарождаются микротрещины, из-за низкого коэффициента теплопроводности термопластов остается холодной.

Целью изобретения является повышение прочности сварного соединения при сварке толстостенных труб и снижение затрат энергии.

Указанная цель достигается тем, что нагрев околошовной зоны по длине осуществляют со стороны внутренней поверхности труб до нагрева торцов труб, причем одновременно с нагревом околошовную зону калибруют, сдвигая излишки оплавленного материала в направлении от торцов труб и удаляя их в момент окончания нагрева торцов труб.

Такое осуществление способа обеспечивает снижение затрат энергии, так как не требуется дополнительный нагрев околошовной зоны по всей толщине трубы и на

значительной длине от торцов труб, нагрев же внутренней поверхности околошовной зоны производится кольцевыми нагревателями, нагрев которых выполняется непосредственно от дискового нагревателя. Прочность сварново соединения повышается за счет снижения высоты -внутреннего валика, поскольку излишки оплавленного материала, образованные при нагреве и калибровке сввариваемых труб нагревателями, удаляются в момент снятия торцов с устройства, а валик, вытесняемый из зоны сварного шва при сдавливании торцов труб, сваривается с оплавленной внутренней поверхностью околошовной зоны. При этом благодаря калибровке этой внутренней поверхности валик получает строго

симметричную и, следовательно, равномерную по периметру сварного шва фор.му.

На фиг. 1 изображен нагрев и калибрование внутренней поверхности околошовной зоны; на фиг. 2 - нагрев торцов труб

нагревателями; на фиг. 3 - снятие торцов труб с дискового нагревателя; на фиг. 4 - сдавливание торцов труб между собой; на фиг. 5 - сбор и удаление излишнего оплавленного материала с кольцевого ножа; на фиг. 6 - вид на кольцевой нож с торцовой

0 стороны.

Способ осуществляется следующим образом.

Свариваемые трубы 1 с предварительно обработанными торцами (фиг. 1) приближают к дисковому нагревателю 2, прижимая подвижные кольцевые нагреватели 3 к нему. Температура нагревателей 2 и 3 равна температуре сварки термопласта.

Подвижные нагреватели имеют снаружи слегка коническую поверхность, минимальный диаметр Dmin, которой равен минимальному внутреннему диаметру свариваемых труб 1, а макси.мальный диаметр Dmax - максимальному внутренне.му диаметру труб 1. По мере приближения свариваемых труб 1 к нагревателю происходит нагрев до тем5 пературы сварки внутренней поверхности околошовной зоны 4 и сдвиг излишек онлавленного материала 5 в направлении от торцов труб к задней кромке околощовной зоны. Таким образом, одновременно с нагревом околошовной зоны происходит ее калибро0 вание. Поскольку продолжительность нагрева околошовной зоны 4 вблизи торца трубы больше, чем продолжительность нагрева у задней кромки, и температура концевых нагревателей снижается по мере

е удаления от дискового нагревателя, нагрев околошовной зоны по длине происходит до разных температур.

После окончания калибрования внутренней поверхности околошовной зоны обработанные торцы труб 1 (фиг. 2) прижимают к дисковому нагревателю 2. При нагреве торцов труб и дальнейшем нагреве околошовной зоны излишки оплавленного материала 5 поступают выше цилиндрической поверхности трубы 1 и увеличивают количество оплавленного материала у задней кромки околошовной зоны 4.

Излишек оплавленного материала 5 поступает 8 зазор между нагревательным элементом 3 и кольцевым ножом 6. При этом концы труб 1 дополнительно прижимают к дисковому нагревателю 2 подвижные кольцевые нагреватели 3, расположенные на полуосях 7, на концах которых неподвижно закреплены кольцевые ножи 6.

При снятии торцов 1 с дискового нагревателя (фиг. 3) вследствие прилипания нагретого материала околошовной зоны 4 к поверхности кольцевого нагревателя 3 и обжатия этого нагревателя трубой 1 происходит перемещение его до упора в кольцевой нож 6, который осуществляет таким образом удаление излишнего материала 5 от трубы 1.

При сдавливании торцов труб 1 между собой (фиг. 4) образуется внутренний валик 8 за счет дополнительного вытеснения оплавленного материала из зоны нагретых торцов. При этом наружные кромки валика 8 по мере его образования свариваются с оплавленной внутренней поверхностью околошовной зоны 4. В конце процесса сварки образуется Т-образный сварной шов 9, состоящий из участка сварного щва между торцами труб 1 и участка сварного шва между валиком 8 и околошовной зоной 4.

Нагреватели (фиг. 5 и 6) после снятия с них торцов свариваемых труб 1 удаляют из зоны сварки. При этом в момент снятия торцов труб 1 с кольцевого нагревателя кольцевой нож 6 разделяет излишек оплавленного материала 5 на две части. Затем через полукруглые окна 10 кольцевого ножа 6 с помощью металлического крючка 11 производят зацепление материала 5 и удаление его через эти окна. Установленная между подвижным кольцевым нагревателем 3 и кольцевым ножом 6 тарированная пружина 12 возвращает кольцевой нагреватель 3 в первоначальное положение и прижимает его к дисковому нагревателю, 2, который за счет контактного теплообмена производит нагрев нагревателя 3 до температуры сварки. Усилие, возникающее при деформации пружины 12, принимается таким, чтобы оно было меньще усилия, необходимого для отрыва концов труб 1 от поверхности кольцевого нагревателя 3.

Пример. Для сварки труб из полиэтилена низкого давления наружным диаметром

110мм и татщиной стенки 10,0 мм типа «Т (ГОСТ 18599-73), имеющими колебания внутреннего диаметра 89,3-90,1 мм, использован дисковый нагреватель диаметром 160 мм и толщиной 20 мм. Кольцевые нагреватели в виде конических дисков имеют со стороны дискового нагревателя максимальный наружный диаметр 90,0 мм и минимальный наружный диаметр со стороны кольцевого ножа 89,0 мм при толщине 6 мм.

Кольцевой нож имеет наружный диаметр 89,0 мм и угол режущей кромки 15° при толщине 8 мм. Зазор между кольцевым ножом и подвижным нагревательным элементом составляет 4 мм. Тарированная пружи5 на при деформации на 4 мм дает усилие 5 кгс. Температура дискового нагревателя составляет 220 10°С и контролируется терморегулятором (не показан), температура кольцевого нагревателя составляет 190il5°C. При надвигании свариваемых концов

0 труб на нагреватели давление прижима составляет в начале процесса, когда происходит оплавление и калибрование околошовной зоны, 2 кгс/см. Продолжительность начального процесса 5-16 с в зависимости

5 от размеров внутреннего диаметра труб. После соприкосновения торцов труб с дисковым нагревателем давление прижима снижается до 0,5 кгc/cм, продолжительность нагрева торцов труб и околошовной зоны составляет 100-110 с.

0 При снятии торцов труб с дискового нагревателя удаляют излишки оплавленного материала высотой 2-8 мм (в зависимости от внутреннего диаметра труб). Продолжительность между снятием торцов с нагревателей и их соединением (технологичес5 кая пауза) равна 2-4 с.

При сдавливании торцов труб между собой величина сжатия равна 2 кгc/cм, продолжительность охлаждения сварного соединения составляет 10 мин, высота внутренQ него валика - 2-3 мм. При испытаниях сварных швов на растяжение и изгиб коэффициент сварки во всех случаях составляет 1.

Повышение прочности сварного соединения достигается не только за счет сниже5 ния величины концентрации напряжений в околошовной зоне, но также за счет снижения внутренних напряжений в этой зоне при нагреве кольцевым нагревателем изнутри.

При этом микротрещины, возникающие на внутренней поверхности трубы в околошовной зоне проникают через зону оплавления и гасятся в ослабленном слое материала на границе оплавления, а микротрещины около торца труб блокируются до5 полнительным валиком вытесненным из зоны нагрева торцов.

СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ТРУБ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ, включающий нагрев торцов труб, околошовной зоны по длине до различных температур, умень.шающихся от торцов труб, последующее славливание торцов труб и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повыщения прочности сварного соединения при сварке толстостенных труб и снижения затрат энергии, нагрев околошовной зоны по длине осуществляют со стороны внутренней поверхности труб до нагрева торцов труб, причем одновременно с нагревом околощовную зону калибруют, сдвигая излишки оплавленного материала в направлении от торцов труб и удаляя их в момент окончания нагрева торцов труб. СО 00 00 о 00