CN104191115B - 一种新型马鞍形管件及其电熔焊接时的连接固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料管道焊接技术，旨在提供一种新型马鞍形管件及其电熔焊接时的连接固定方法。该种新型马鞍形管件的主体是马鞍形的圆弧主体，支管设置在圆弧主体上，在圆弧主体上的支管两侧，各设有至少一个凸台；所述凸台的一侧设有至少一个螺钉孔，凸台的另一侧上设有咬合结构。本发明通过改进马鞍形管件结构，省去了原马鞍形管件的下半部分，改用一组柔性扎带进行预紧，充分保证了马鞍形管件在焊接过程中熔融区压力的稳定维持，解决了现有焊接条件下熔融区压力不足导致的焊接质量问题，降低了马鞍形管件焊接产品的报废率，节约了生产制造成本，提高了经济效益。

Description

一种新型马鞍形管件及其电熔焊接时的连接固定方法

技术领域

本发明是关于塑料管道焊接技术，特别涉及一种新型马鞍形管件及其电熔焊接时的连接固定方法。

背景技术

马鞍形管件一般有两类：鞍形分支管件；鞍形三通管件。马鞍形管件是实现主管线分支的主要管件，它的使用让输送管网呈现网络分布的多样性。在需要分支或实现三通的管路处，安装与管路规格对应的马鞍形管件，采用一定的焊接方式使得马鞍形管件与管路实现永久连接，并且保证连接处的强度以及密封性。马鞍形管件与主管路的主要焊接方式有热熔连接和电熔连接。

对于马鞍形管件的电熔连接，工程中常见的问题是管件与管道的连接处强度不足，出现虚焊的现象，导致剥离能降低，有时甚至是焊接后进行的试压也达不到相关标准的要求。这就使得产品的报废率升高，造成了经济损失，不仅增加了产品的成本，而且给管道系统带来巨大的安全隐患。出现这一问题的主要原因是马鞍形管件与主管道焊接过程中压力不足导致的：由于加工、运输、储存等原因，马鞍形管件内表面与相应管道的外表面并不完全贴合匹配；同时焊接过程中熔体会膨胀，且温度升高会使聚乙烯模量减小，致使焊接区域更容易发生变形。

目前我们已采取的措施包括：利用精度更高的数控铣削加工中心对马鞍形管件的内表面进行处理，让其达到完整的圆形；采用更为复杂的电阻丝布线工艺，改变熔融区各处的融化状态。但实际应用表明，这两种措施的效果也并不理想。究其原因主要是对焊接过程中材料热膨胀会产生多大的压力以及聚乙烯受热软化后能否维持焊接区压力这一复杂的材料热-结构耦合问题理解不足。在技术层面上，该问题的关键在于在焊接过程中在熔焊区维持一个相对稳定的熔融压力，所以不管是提高内表面的圆度或是改变布线工艺，仅改善了焊接的初始条件与焊接工艺过程，但并没有真正解决焊接压力不足的问题。针对该问题，工程中采用了加大马鞍形管件的螺栓预紧力等措施，但即使管件两侧已被螺栓完全约束，由于其约束的位置并非为最佳，熔融区的压力也不能得到很好地维持。因此，在尽可能经济的条件下，考虑从结构设计上解决马鞍形管件焊接压力不足的问题，应用前景看好。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够提高马鞍形管件的焊接质量和改变马鞍形管件焊接产品报废率高这一现状的马鞍形管件，以及电熔焊接时的连接固定方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种新型马鞍形管件，包括支管，所述新型马鞍形管件的主体是马鞍形的圆弧主体，支管设置在圆弧主体上，在圆弧主体上的支管两侧，各设有至少一个凸台；所述凸台的一侧设有至少一个螺钉孔，用于利用螺钉紧固柔性扎带的一端，凸台的另一侧上设有咬合结构，用于锁紧柔性扎带的另一端。

在本发明中，所述咬合结构采用通槽实现，通槽的内部设有啮合齿，用于柔性扎带的锁紧。

在本发明中，所述咬合结构的通槽入口和通槽出口分别设在凸台的侧面和顶面。

在本发明中，所述凸台设有两个，分别设置在圆弧主体上的支管两侧，且每个凸台上的螺钉孔设有两个。

在本发明中，所述凸台在主管道轴线方向上的长度，为能包围新型马鞍形管件焊接区域俯视图所围面积的最小圆直径的0.5～1倍。

在本发明中，所述凸台的宽度和高度，分别为凸台在主管道轴线方向长度的0.5～1倍。

在本发明中，所述新型马鞍形管件还包括柔性扎带，且柔性扎带的宽度与通槽相匹配。

在本发明中，所述柔性扎带的长度为新型马鞍形管件外壁圆弧所在圆周长的1.1～1.5倍。

在本发明中，所述柔性扎带采用耐腐蚀性材质的扎带，包括尼龙材质和不锈钢材质的扎带。

提供基于所述的一种新型马鞍形管件进行电熔焊接时的连接固定方法，用于保证新型马鞍形管件焊接熔融区的压力稳定，具体包括下述步骤：

(1)电熔焊接前，将新型马鞍形管件放置在主管道上；

(2)取至少两条柔性扎带，分别利用螺钉和凸台上的螺钉孔，将柔性扎带的一端固定在新型马鞍形管件的凸台上；再将柔性扎带的另一端绕过新型马鞍形管件以及主管道，穿过凸台上的咬合结构，进行拉紧，拉至柔性扎带产生的预紧力能使新型马鞍形管件与主管道贴合紧密；

(3)利用电熔焊机对马鞍形管件进行焊接操作，焊接结束并冷却完成后，即完成整个过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过改进马鞍形管件结构，省去了原马鞍形管件的下半部分，改用一组柔性扎带进行预紧，充分保证了马鞍形管件在焊接过程中熔融区压力的稳定维持，解决了现有焊接条件下熔融区压力不足导致的焊接质量问题，降低了马鞍形管件焊接产品的报废率，节约了生产制造成本，提高了经济效益。

附图说明

图1为DN110-SDR11马鞍形管件1/4几何模型示意图。

图2为DN110-SDR11马鞍形管件1/4几何模型焊接压力下的径向位移等值线图。

图3为DN110-SDR11马鞍形管件电熔焊接装配图。

图4为本发明中的新型马鞍形管件示意图。

图5为本发明中的凸台示意图。

图6为本发明中的凸台不同视角示意图。

图7为本发明中的新型马鞍形管件电熔焊接装配于主管道上的效果图。

图8为本发明中的新型马鞍形管件电熔焊接装配于主管道上的不同视角效果图。

图9为本发明中的新型马鞍形管件1/4几何模型示意图。

图10为本发明中的新型马鞍形管件1/4几何模型焊接压力下的径向位移等值线图。

图中的附图标记为：1马鞍形管件；2焊接区；3最大径向位移处；4最小径向位移处；5连接螺栓；6新型马鞍形管件；7过渡段；8凸台；9通槽入口；10通槽出口；11螺钉孔；12主管道；13螺钉；14柔性扎带。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图4所示的一种新型马鞍形管件6，主体是马鞍形的圆弧主体，支管设置在圆弧主体上，在圆弧主体上的支管两侧，各设有两个凸台8。

如图5、图6所示，凸台8的一侧设有两个螺钉孔11，用于利用螺钉13紧固柔性扎带14的一端；凸台8的另一侧上设有咬合结构，咬合结构采用通槽实现，通槽入口9和通槽出口10分别设在凸台8的另一侧面和顶面，且通槽的内部设有啮合齿，用于锁紧柔性扎带14的另一端。凸台8在主管道12轴线方向上的长度，为能包围新型马鞍形管件6焊接区2俯视图所围面积的最小圆直径的0.5～1倍；凸台8的宽度和高度，分别为凸台8在主管道12轴线方向长度的0.5～1倍。

柔性扎带14采用耐腐蚀性材质的扎带，包括尼龙和不锈钢等材质的扎带。柔性扎带14的宽度与通槽相匹配；柔性扎带14的长度为新型马鞍形管件6外壁圆弧所在圆周长的1.1～1.5倍；柔性扎带14的最小厚度应能保证所需预紧力作用时扎带满足强度要求。

本专利的新型马鞍形管件6与图1至图3所示的原马鞍形管件1相比，省去了下半部分，只保留了上半部分；并且对上半部分结构进行了一定的改进，包括在原马鞍形管件1支管两侧设置两个凸台8，还去掉了原马鞍形管件1用于螺栓紧固的凸缘结构，改为了方便与主管道12贴合的过渡段7。

如图7、图8所示，基于上述新型马鞍形管件6进行电熔焊接时的连接固定方法，用于保证新型马鞍形管件6焊接熔融区的压力稳定，具体包括下述步骤：

(1)电熔焊接前，将新型马鞍形管件6放置在主管道12上；

(2)取至少两条柔性扎带14，分别利用螺钉13和凸台8上的螺钉孔11，将柔性扎带14的一端固定在新型马鞍形管件6的凸台8上；再将柔性扎带14的另一端绕过新型马鞍形管件6以及主管道12，穿过凸台8上的咬合结构，进行拉紧，拉至柔性扎带14产生的预紧力能使新型马鞍形管件6与主管道12贴合紧密；

(3)利用电熔焊机对马鞍形管件进行焊接操作，焊接结束并冷却完成后，即完成整个过程。

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。以某公司型号为DN110-SDR11马鞍形管件为例，分析采用本发明提出的技术方案后的效果。

采用通用有限元软件对上述马鞍形管件1在进行电熔焊接时的受力进行分析，在焊接熔融区施加焊接时产生的压力。图2即为该条件下马鞍形管件1的径向位移等值线图，从图中可以发现，在现有的螺栓紧固的条件下，整个结构的径向位移以焊接区2为中心向周围区域减小，因此焊接区2有分离的趋势，这会导致熔融区压力难以稳定维持，致使焊接质量不能得到保证，表明此时螺栓紧固并不能很好地约束马鞍形管件1。图3所示为上述马鞍形管件1电熔焊接装配图(未画出主管道12)。

为了能够较好地限制马鞍形管件1的径向位移，给其焊接时熔融区提供一个稳定的压力环境，根据本发明提出的技术方案，采用以下具体实施方式：

图4所示为改进后的新型马鞍形管件6。进行电熔焊接前，将新型马鞍形管件6安放于主管道12上；取两条尼龙材质的柔性扎带14，通过螺钉13固定在分布于新型马鞍形管件6的支管两侧的凸台8上，如图5所示；后将柔性扎带14主体绕过新型马鞍形管件6以及主管道12，穿过凸台8上的通槽入口9和通槽出口10，进行拉紧，拉至柔性扎带14产生的预紧力能使新型马鞍形管件6与主管道12贴合紧密，最终效果如图7所示；利用电熔焊机对新型马鞍形管件6进行焊接操作，待冷却后，即完成整个过程。

再次采用通用有限元软件对本发明提出的新型马鞍形管件6焊接结构在进行电熔焊接时的受力进行分析，同样在焊接熔融区施加焊接时产生的压力。图10所示为该条件下新型马鞍形管件6的径向位移等值线图，图9所示为相应的新型马鞍形管件6的1/4几何模型图。对比两次的计算结果，发现后者约束条件下焊接区2径向位移的最大值大幅减小(为原结构的1/10)。由于柔性扎带14的夹持作用，该区域的径向位移值很小且变化不大，其平均值在熔融膨胀范围内，表明新的焊接结构能够使得马鞍形管件与主管道12贴合更加紧密，可以更好地维持焊接熔融区的压力，利于焊接质量的提高。因此，新电熔焊接结构不仅降低了焊接产品的报废率，还节省了原下半部分材料的生产制造成本，从而提高了经济效益。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型马鞍形管件，包括支管，其特征在于，所述新型马鞍形管件的主体是马鞍形的圆弧主体，支管设置在圆弧主体上，在圆弧主体上的支管两侧，各设有一个凸台；所述凸台的一侧设有一个螺钉孔，用于利用螺钉紧固柔性扎带的一端，凸台的另一侧上设有咬合结构，用于锁紧柔性扎带的另一端；

所述凸台在主管道轴线方向上的长度，为能包围新型马鞍形管件焊接区域俯视图所围面积的最小圆直径的0.5～1倍；凸台的宽度和高度，分别为凸台在主管道轴线方向长度的0.5～1倍。

2.根据权利要求1所述的一种新型马鞍形管件，其特征在于，所述咬合结构采用通槽实现，通槽的内部设有啮合齿，用于柔性扎带的锁紧。

3.根据权利要求2所述的一种新型马鞍形管件，其特征在于，所述咬合结构的通槽入口和通槽出口分别设在凸台的侧面和顶面。

4.根据权利要求2所述的一种新型马鞍形管件，其特征在于，所述新型马鞍形管件还包括柔性扎带，且柔性扎带的宽度与通槽相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种新型马鞍形管件，其特征在于，所述柔性扎带的长度为新型马鞍形管件外壁圆弧所在圆周长的1.1～1.5倍。

6.根据权利要求4所述的一种新型马鞍形管件，其特征在于，所述柔性扎带采用耐腐蚀性材质的扎带，包括尼龙材质和不锈钢材质的扎带。

7.基于权利要求1所述的一种新型马鞍形管件进行电熔焊接时的连接固定方法，用于保证新型马鞍形管件焊接熔融区的压力稳定，其特征在于，具体包括下述步骤：

(1)电熔焊接前，将新型马鞍形管件放置在主管道上；

(2)取至少两条柔性扎带，分别利用螺钉和凸台上的螺钉孔，将柔性扎带的一端固定在新型马鞍形管件的凸台上；再将柔性扎带的另一端绕过新型马鞍形管件以及主管道，穿过凸台上的咬合结构，进行拉紧，拉至柔性扎带产生的预紧力能使新型马鞍形管件与主管道贴合紧密；

(3)利用电熔焊机对马鞍形管件进行焊接操作，焊接结束并冷却完成后，即完成整个过程。