CN102848571B - 一种塑料薄壁管锥口热熔焊接装置及热熔焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种塑料薄壁管锥口热熔焊接装置及热熔焊接方法。其特征在于：所述的锥口热熔焊接装置包括锥口铣刀(1)和锥口加热板(2)；所述的锥口铣刀(1)具有呈30～60度夹角的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面；所述的锥口加热板(2)具有与锥口铣刀(1)匹配的呈30～60度夹角的内外两个加热面。本发明具有如下突出的技术效果：1.本锥口热熔对接工艺可以增加薄壁管的对接面积，提高热熔对接强度。2.本锥口热熔对接工艺的推广使用，使薄壁塑料管的大面积应用得以实现。3.本锥口热熔对接方法，可以校正塑料管子不圆度引起的对接面偏移现象，减少对接口不对称引发的质量事故。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管道领域，特别是涉及一种一种塑料薄壁管锥口热熔焊接装置及热熔焊接方法。
背景技术
随着PE塑料管线的普及，其PE塑料管的固有特性与金属管道不同引起的连接工艺问题越来越突出，特别是随着塑料原料性能的进一步提高、耐压强度的提升，管壁可以做得更薄后，这一矛盾更为显著。
60年代开始PE塑料原料的63级到90年代的80级所生产使用的管子管壁为SDR11(外径与壁厚之比)，由于目前PE塑料原料已提升至100级，所以管子壁厚可以做到SDR17(外径与壁厚之比)仍至更薄，按照国家标准GB13663资料显示以φ200mm管子为例，如果是63级原料生产的管子壁厚为18.2mm(管子外径/11＝18.2即SDR11)它的承压能力是1.0Mpa，如果采用100级原料生产，同样是200外径的管子它的壁厚等于200/17＝11.9mm，承压能力也是1.0Mpa，二者壁厚相差6.3mm，在同样承压能力、同样使用寿命的前提下，每米可节约材料3，143Kg，(63级材料与100级材料价格相差200/吨)。这里还不包括制造塑料薄壁管的能耗、人工、运输、资金流转等成本，经济效益、环境保护和社会效益是显而易见的。
关于使用性能和使用寿命相等的问题，这个结论早在2000年前巳被国际权威机构和中国国家化学建材测试中心大量实验数据所证实，并通过近5年来的国内各大燃气公司(如中燃、昆仑、港华、新奥、华润等)的实际使用，也进一步证实了这结论的正确。
目前制抑薄壁管使用的瓶颈主要是管道的连接问题，国标规定φ63以下的管子规格必须采用电熔连接方式，φ90以上规格可以采用热熔对接方式连接〔《CJJ63燃气管道操作规程》〕，由于电熔管件的使用成本太高，如果所有管道均采用电熔管件连接，其塑料管道的投入成本与金属管道相比，其优势就荡然无存，因此，各燃气公司除小规格外一般均采用热熔对接方式连接。鉴于现实状况SDR17系列的管壁较薄，热熔对接的接合面相对较少，而且塑料管子不可避免的不圆度也是平板对接的致命缺陷，其拉伸强度和抗地基沉降能力就会相应下降。因此目前均采用电熔套连接，又因为成本太高而产生矛盾。
甘肃科技2009年10月第25卷第19期公开了一种《PE管热熔对接技术施工技术》的现有技术，介绍了热熔对接操作要领，同时也指出了存在的问题和缺陷。该文献指出：在过去多个施工项目中都出现过焊道两边高低不一、接口严重错位、卷边不够、假焊等质量问题，而这些问题会直接影响到焊缝的连接，从而直接关系到燃气管道的运行效果和使用寿命。在施工实践中对这些问题我们应进行不断的探索，找出了其产生的原因并研究其解决方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题---平接热熔对接存在的焊道两边高低不一、接口严重错位、卷边不够的缺陷，申请人提供了一种塑料薄壁管锥口热熔焊接装置及热熔焊接方法。本发明焊接技术的重点是利用锥型铣刀的旋转功能对应铣削的管材或管件的断面自动调整中心，通俗的理解即铅笔卷笔刀原理，从而达到增加焊接面积、避免接口错位(见图4a、图4b)、减少事故隐患、保证接口质量的目的。
本发明之一的塑料薄壁管的锥口热熔焊接装置，是这样实现的：
本发明的锥口热熔焊接装置包括锥口铣刀1和锥口加热板2；
所述的锥口铣刀1具有呈30～60度夹角的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面；
所述的锥口加热板2具有与锥口铣刀1匹配的呈30～60度夹角的内外两个加热面。
所述的锥口铣刀1及所述的锥口加热板2的夹角优选为45度。
本发明的锥口热熔焊接装置还包括机架3、锥口铣刀1连接件4、锥口加热板2支架5、塑料薄壁管夹持件6、塑料薄壁管移动部件7；
所述的机架包括其两端的面板3.1、和连接并垂直于两端面板的几根横轴3.2；
所述的塑料薄壁管夹持件6将待焊接的分别穿过所述的机架两端的面板的两段塑料薄壁管固定在所述机架的中心，使得两段塑料薄壁管同轴、并且其中的一段塑料薄壁管与所述的塑料薄壁管移动部件7连接；
所述的锥口铣刀1连接件、锥口加热板2连接件各有一个提手1.4、2.4，各有一个穿过一根所述的横轴的圆孔1.5、2.5，使锥口铣刀1和锥口加热板2分别可以绕该横轴转动、脱离或者插入在待焊接的两段塑料薄壁管正中。
所述的塑料薄壁管移动部件连接液压、气动或者电动的动力设备。
所述的锥口铣刀1的锥底外围设有与动力电机1.2连接的齿轮1.1；
所述的锥口铣刀1的锥底通过轴承1.3与所述的锥口铣刀1连接件连接。
本发明之二是锥口热熔焊接装置的塑料薄壁管热熔焊接方法，所述的方法包括如下步聚：
1)将两个待焊接的塑料薄壁管分别用塑料薄壁管夹持件6固定，留好焊接用的有效长度；
2)将所述的塑料薄壁管移动部件7退到能放入锥口铣刀1的位置；
3)放入锥口铣刀1使之与两个待焊接的塑料薄壁管同轴，用所述的塑料薄壁管移动部件7推进锥口铣刀1与塑料薄壁管的面相贴后，控制所述的塑料薄壁管移动部件7呈渐进状态；
4)启动锥口铣刀1电机，所述的锥口铣刀1的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面分别定位切削两个待焊接的塑料薄壁管焊接面，直到焊接面与锥口铣刀1的角度一致后，关闭电机，退出铣刀锥口铣刀1；
5)在通过步骤4加工后的两个待焊接的塑料薄壁管之间放入加热板2，用所述的塑料薄壁管移动部件7使两个待焊接的塑料薄壁管的焊接面与加热板的两面相贴、加热；
6)到达加热时间退出加热板2，用所述的塑料薄壁管移动部件7进行两个待焊接的塑料薄壁管的承插对接，等热熔料有翻边出5-10mm的高度时停止前进，并停止所述的塑料薄壁管移动部件7工作，保持原状冷却10-30min。
在具体实施中：
在步骤(5)中，所述的加热焊接时间按照TSGD2001-2005《特种设备安全技术规范》中聚乙烯(PE)焊接工艺评定参数、试验及要求中表1-1的规定值。
所述的塑料薄壁管为高强的PE100材料制造的塑料薄壁管。
由于SDR11系列管子的管壁较厚，接口可以达到母体的材料强度，SDR17系列的管子管壁较薄，接合面较少，其强度很难达到要求，会给管道留下事故隐患。
锥口热熔连接的目的主要是提高焊接强度，因为采用高强的PE100材料制造的管材，在承压条件下管材的壁厚要比用PE80制造的管材壁厚薄三分之一强，这对热熔平面对接工艺带来了新的挑战，主要矛盾有以下几点：一是接合面减少，导致焊接面欠缺，二是薄壁管的椭圆度增加，使平面对接产生错位或部分错位(见图4b)，因为平面切削和加热没有中心支撑点，无法保证二个平面的同截面对接。如果仍然采用平接工艺，势必对管道留下事故隐患。要提高焊接强度，在不增加材料成本的基础上，将平面对接通过焊接机具的改造，实现锥口连接工艺，将能完全解决这一矛盾，焊接面改成45度角后(见图4c)，根据相关公式计算，可增加41％的焊接区域，大大提高接口强度，采用本工艺焊接的热熔接口，可避免对接错位留下的事故隐患，采用本工艺焊接的热熔接口，与平接口相比可提高纵向拉伸强度57％，采用本工艺焊接的热熔接口，与平接口相比可提高径向冲击强度46％，这对保证管线的安全运行将起到有力的保证作用。、
采用锥口焊接工艺主要有以下优点：
1、本工艺的实施，使PE100高强度材料的大面积应用得以实现。
2、本工艺的实施，在不增加焊接成本的前提下，能大幅度提高接口强度。
3、本工艺的实施，能有效防止薄壁管的对接错位。
4、本工艺的实施，能大量节约管道接口用材，降低成本。
由于本发明上述的特点，本发明具有如下突出的技术效果：
1.本锥口热熔对接工艺可以增加薄壁管的对接面积，提高热熔对接强度。
2.本锥口热熔对接工艺的推广使用，使薄壁塑料管的大面积应用得以实现。
3.本锥口热熔对接方法，可以校正塑料管子不圆度引起的对接面偏移现象，减少对接口不对称引发的质量事故。
附图说明
图1a本发明锥口铣刀示意图1。
图1b本发明锥口铣刀示意图2，即图1a的侧视图。
图2本发明锥口热熔焊接装置示意图。
图3a本发明锥口加热板示意图1。
图3b本发明锥口加热板示意图2，即图3a的侧视图。
图4a现有技术热熔平接的理想接口示意图。
图4b现有技术热熔平接的实际错位接口示意图。
图4c本发明的热熔锥型承插接口示意图。
具体实施方式
本发明的锥口铣刀，是在平板铣刀的基础上将铣刀的二个面改成具有45度角夹角的内外二个面，这种锥型铣刀)铣刀的外围设计滚珠轴承固定，利用电机的动力带动齿轮旋转铣刀，将管材或管件的二个待连接头固定在同一轴线上，切削出角度相等的一阴一阳承插口(图1)。
其中，锥口铣刀可以设计成独立的部件，利用人工取放在固定管材或管件的机架内，其优点是野外操作搬运方便，成本节约，缺点是操作受人为影响较大。
具体实施中可以设计成机架连体，操作方便，减轻劳动强度，配上升降油缸可实现自动化作业，缩短切换时间，保证焊口质量。见焊接机架示意(图2)
本实施例的锥口加热板可以用热传导较好的铝合金铸造，中间设计有电加热管，配上温度控制仪器，具体结构见(图3)
锥口加热板外型设计成有二个内外45度夹角的与铣刀角度相对应的二个面，加热板可以设计成独立部件，利用人力取放在固定管材或管件的机架内，其优点是野外操作搬运方便，成本节约，缺点是操作受人为影响较大。建议设计成机架连体，操作方便，减轻劳动强度，配上升降油缸可实现自动化作业，缩短切换时间，保证焊口质量。
工作步聚
(1)将两个待焊接的塑料薄壁管分别用塑料薄壁管夹持件6固定，留好焊接用的有效长度；
(2)将所述的塑料薄壁管移动部件7退到能放入锥口铣刀1的位置；
(3)放入锥口铣刀1使之与两个待焊接的塑料薄壁管同轴，用所述的塑料薄壁管移动部件7推进锥口铣刀1与塑料薄壁管的面相贴后，控制所述的塑料薄壁管移动部件7呈渐进状态；
(4)启动锥口铣刀1电机，所述的锥口铣刀1的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面分别定位切削两个待焊接的塑料薄壁管焊接面，直到焊接面与锥口铣刀1的角度一致后，关闭电机，退出铣刀锥口铣刀1；
(5)在通过步骤(4)加工后的两个待焊接的塑料薄壁管之间放入加热板2，用所述的塑料薄壁管移动部件7使两个待焊接的塑料薄壁管的焊接面与加热板的两面相贴、加热；
(6)到达加热时间退出加热板2，用所述的塑料薄壁管移动部件7进行两个待焊接的塑料薄壁管的承插对接，等热熔料有翻边出5-10mm的高度时停止前进，并停止所述的塑料薄壁管移动部件7工作，保持原状冷却10-30min。
Claims (8)
1.一种塑料薄壁管的锥口热熔焊接装置，其特征在于：
所述的锥口热熔焊接装置包括锥口铣刀(1)和锥口加热板(2)；
所述的锥口铣刀(1)具有呈30～60度夹角的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面；
所述的锥口加热板(2)具有与锥口铣刀(1)匹配的呈30～60度夹角的内外两个加热面。
2.如权利要求1的锥口热熔焊接装置，其特征在于：
所述的锥口铣刀(1)及所述的锥口加热板(2)的夹角为45度。
3.如权利要求1或2的锥口热熔焊接装置，其特征在于：
所述的锥口热熔焊接装置还包括机架(3)、锥口铣刀(1)连接件(4)、锥口加热板(2)支架(5)、锥口加热板(2)连接件、塑料薄壁管夹持件(6)、塑料薄壁管移动部件(7)；
所述的机架包括其两端的面板(3.1)和连接并垂直于两端面板的几根横轴(3.2)；
所述的塑料薄壁管夹持件(6)将待焊接的分别穿过所述的机架两端的面板的两段塑料薄壁管固定在所述机架的中心，使得两段塑料薄壁管同轴、并且其中的一段塑料薄壁管与所述的塑料薄壁管移动部件(7)连接；
所述的锥口铣刀(1)连接件、锥口加热板(2)连接件各有一个提手(1.4)、(2.4)，各有一个穿过一根所述的横轴的圆孔(1.5)、(2.5)，使锥口铣刀(1)和锥口加热板(2)分别可以绕该横轴转动、脱离或者插入在待焊接的两段塑料薄壁管正中。
4.如权利要求3的锥口热熔焊接装置，其特征在于
所述的塑料薄壁管移动部件连接液压、气动或者电动的动力设备。
5.如权利要求4的锥口热熔焊接装置，其特征在于
所述的锥口铣刀(1)的锥底外围设有与动力电机(1.2)连接的齿轮(1.1)；
所述的锥口铣刀(1)的锥底通过轴承(1.3)与所述的锥口铣刀(1)连接件连接。
6.如利用权利要求3～5之一的锥口热熔焊接装置的塑料薄壁管热熔连接方法，其特征在于，所述的方法包括如下步聚：
(1)将两个待焊接的塑料薄壁管分别用塑料薄壁管夹持件(6)固定，留好焊接用的有效长度；
(2)将所述的塑料薄壁管移动部件(7)退到能放入锥口铣刀(1)的位置；
(3)放入锥口铣刀(1)使之与两个待焊接的塑料薄壁管同轴，用所述的塑料薄壁管移动部件(7)推进锥口铣刀(1)与塑料薄壁管的面相贴后，控制所述的塑料薄壁管移动部件(7)呈渐进状态；
(4)启动锥口铣刀(1)电机，所述的锥口铣刀(1)的内锥形刀口和外锥形刀口两个刀面分别定位切削两个待焊接的塑料薄壁管焊接面，直到焊接面与锥口铣刀(1)的角度一致后，关闭电机，退出铣刀锥口铣刀(1)；
(5)在通过步骤(4)加工后的两个待焊接的塑料薄壁管之间放入加热板(2)，用所述的塑料薄壁管移动部件(7)使两个待焊接的塑料薄壁管的焊接面与加热板的两面相贴、加热；
(6)到达加热时间退出加热板(2)，用所述的塑料薄壁管移动部件(7)进行两个待焊接的塑料薄壁管的承插对接，等热熔料有翻边出5-10mm的高度时停止前进，并停止所述的塑料薄壁管移动部件(7)工作，保持原状冷却10-30min。
7.如权利要求6的塑料薄壁管热熔连接方法，其特征在于：
在步骤(6)中，所述的加热时间按照TSGD2001-2005《特种设备安全技术规范》中聚乙烯(PE)焊接工艺评定参数、试验及要求中表1-1的规定值。
8.如权利要求6的塑料薄壁管热熔连接方法，其特征在于：
所述的塑料薄壁管为高强的PE100材料制造的塑料薄壁管。
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