CN108149770B - 一种镶拼组合式大型塑料检查井井室及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镶拼组合式大型塑料检查井井室及其制备方法，包括多个扇形件、固定圈、横加强筋板和竖加强筋板，多个扇形件镶拼围设焊接成一个圆环筒，相邻扇形件通过燕尾尖头和燕尾凹槽相匹配，燕尾尖头和燕尾凹槽的角度为60‑90°，扇形件为偶数个，圆环筒外圈连接固定圈，圆环筒外圈上横向和竖向分别均匀焊接多个横、竖加强筋板。本发明扇形件燕尾型端面的配合起到焊接件固定定位作用,扇形件镶拼连接组合和固定圈捆绑收缩操作，解决焊接件压紧力和压紧机构问题；固定圈操作简单，其收紧压力可分解为扇形件镶拼组合的井室表面周向摩擦力和径向压力，可采用小模具批量完成大型或超大型井室的成型加工，实现大型井室的模块化、柔性化生产。
Description
技术领域
本发明涉及塑料检查井技术领域，具体是涉及一种镶拼组合式大型塑料检查井井室及其制备方法。
背景技术
近年来，在市政雨污水排放管网系统建设中，直径1000-1500mm、埋深高度2000-5000mm、壁厚10-15mm的大型塑料检查井的市场需求量越来越大，大型塑料检查井由井盖、井室和井座组成，其中，大型塑料检查井井室直径1000-1500mm、高度1000-5000mm，由于井室承载塑料检查井安装施工过程中的周围土壤侧压力，以及道路车辆的冲击压力,井室必须具备较强的抗拉和抗弯曲强度,为此,生产企业通常在井室外表面设置较多的加强筋板,而且,加强筋板的长宽尺寸较大。
一次性整体注塑成型是塑料检查井井室的传统生产方法，然而，具有较多加强筋板、直径1000mm以上、高度大于1000mm的大型塑料检查井井室的注塑模具设计制造和注塑成型困难,生产成本高，目前，大型塑料检查井井室还采用缠绕法电加热熔融焊接成型的加工方法，该方法存在焊接变形大、焊接强度差、加工效率低等问题。发明专利申请号：201610633920、201610885926，提供了一种大型塑料检查井的组合成型加工装置及其方法，其方法是将井座分解为主管和支承管，再由主管、支承管注塑或挤塑成型后，焊接组合成型井座，但是由于井座主要部件主管和支承管尺寸较大，特别是圆筒形主管和支承管的注塑或挤塑模具外形尺寸较大、结构复杂，模具设计和制造成本较高。
目前，塑料件采用激光透射焊接已大量应用，但是， 激光透射焊接时，塑料件相互固定和定位比较困难，而且激光焊接过程中的塑料件压紧力问题一般难以解决，设置塑料件压紧力的压紧机构和装置比较复杂，如专利申请号：201410496256.6、201120132653.7和201410496286.7等。
为此，我们提出一种镶拼组合式大型塑料检查井井室及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种镶拼组合式大型塑料检查井井室及其制备方法，解决了现有井座主要部件主管和支承管尺寸较大，特别是圆筒形主管和支承管的注塑或挤塑模具外形尺寸较大、结构复杂，模具设计和制造成本较高，以及现有塑料井室在进行激光透射焊接时，塑料件相互固定和定位比较困难，而且激光焊接过程中的塑料件压紧力问题一般难以解决，设置塑料件压紧力的压紧机构和装置比较复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种镶拼组合式大型塑料检查井井室，包括扇形件、固定圈、横加强筋板和竖加强筋板，所述扇形件设有多个，所述扇形件的两个竖向侧边分别为燕尾尖头和燕尾凹槽，燕尾尖头的尖头处角度和燕尾凹槽的凹槽处的角度为60-90°，多个所述扇形件镶拼围设焊接成一个圆环筒，并且相邻的扇形件通过燕尾尖头和燕尾凹槽相互匹配，燕尾型的方向一致为沿圆环筒周向的顺时针或逆时针方向，扇形件为偶数个，所述圆环筒的外圈均匀固定连接至少一个固定圈，所述圆环筒外圈上横向和竖向分别均匀焊接有多个横加强筋板和竖加强筋板。
进一步的，所述扇形件、横加强筋板和竖加强筋板分别通过塑料原材料挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形。
进一步的，所述扇形件周向宽度300-500mm、径向厚度10-15mm、长度1000-5000mm，扇形件的长度为井室高度，所述横加强筋板和竖加强筋板厚度为10-15mm、高度为20-50mm、长度为500-1000mm,相邻扇形件之间、圆环筒与横加强筋板和竖加强筋板之间分别采用激光透射焊接。
进一步的，所述固定圈为由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳，并且固定圈通过人工或机械装置捆绑在扇形件镶拼组合后的圆环筒外表面。
本发明还提供了一种镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，包括如下步骤：
①：各扇形件、横加强筋板和竖加强筋板由塑料原材料经过挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形加工方法获得，市场采购带料或软绳固定圈，塑料原材料采用热塑性塑料白色颗粒材料；
②：在各扇形件的燕尾尖头上和燕尾凹槽内喷涂激光吸收层，相邻扇形件的燕尾尖头与燕尾凹槽的相匹配处为燕尾型配合面，将各扇形件按序镶拼连接组合，固定圈捆绑收缩扇形件；
③：各扇形件按序由激光透射焊接相邻扇形件的燕尾型配合面而形成圆环筒井室；
④：在井室外表面、横加强筋板和竖加强筋板外表面的焊接面处均喷涂激光吸收层，激光透射焊接井室外表面横加强筋板和竖加强筋板；
⑤：将焊接完成后井室外壁上的固定圈拆除。
激光透射焊接相邻扇形件的燕尾型配合面的双侧面，采用单束激光分别焊接配合面的双侧面或双束激光同时焊接双侧面。
激光透射焊接采用连续型激光透射焊接，激光波长900-980nm、功率500-1500W、光斑直径10-15mm。
激光依次焊接相邻扇形件时，激光光束分别由井室的外侧和内侧透过井室壁焊接相邻扇形件的燕尾型配合面的双侧面焊缝，光束以90度角垂直辐照燕尾型配合面的双侧面焊缝的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为直线运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500-1000mm/min。
激光焊接各加强筋板时，激光由井室内侧透过井室壁焊接各加强筋板，激光焊接的光束以90度角垂直辐照各加强筋板与井室外壁接合端面的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为井室轴向直线运动和周向圆周运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500-1000mm/min。
激光焊接各扇形件和各加强筋板过程，采用自动控制系统控制机器人或机械自动装置控制激光焊接。
在本发明中，扇形件和加强筋板采用塑料原材料为原料，塑料原材料为PP、PE、PA、PC、PVC等热塑性塑料白色颗粒材料。加强筋板厚度与井室壁厚一致。
扇形件设计为井室圆周方向等分的环状片，通常至少6个以上的,扇形件的长度即井室高度，扇形件相互连接端面是以60-90度夹角的燕尾型槽面相互配合连接，燕尾型方向一致为顺时针或逆时针方向，扇形件燕尾槽配合面喷涂激光吸收层。
采用固定圈为由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳，PA材料强度和综合机械性能较好,而且,PA塑料原材料的激光透过率高，在焊接前，通过人工或机械装置捆绑在扇形件镶拼组合后的井室外表面上，焊接结束后，拆除固定圈；由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳固定圈,焊接时,既可以满足扇形件相互固定和定位，又方便操作使用,满足激光能量透过固定圈和扇形件被吸收层吸收热量的要求。
带料或软绳固定圈捆绑收缩操作的作用力，即收紧压力可以依次周向传递给镶拼组合的扇形件，收紧压力是可以分解为扇形件镶拼组合的井室表面周向摩擦力和径向压力，周向摩擦力和径向压力提供扇形件相互连接燕尾型端面的固定和定位作用力,相比较于现有其他激光焊接方法的压紧机构和装置，带料或软绳固定圈的作用优点是:压力传递均匀，对燕尾型焊缝的固定和定位作用效果好，操作简单，容易实施。每个固定圈捆绑收缩操作的收紧压力:5-10公斤。
相对于端面为直平面焊接,燕尾型配合面的双侧面焊接面积大，可以增强焊接强度一倍以上，而且，燕尾型配合面具有扇形件自定位作用，另外,在固定圈的收紧压力之下,可以减少扇形件焊缝配合间隙，增大配合面接触面积,提高扇形件焊接强度。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、大型塑料检查井井室,采用激光透射焊接方法，相对于其他焊接方法，焊接变形小，焊缝均匀、强度高，焊接效率高；
2、扇形件燕尾型端面相互配合起到了焊接件固定和定位作用, 扇形件镶拼连接组合和固定圈捆绑收缩操作后，也方便地解决了焊接件压紧力和压紧机构问题；固定圈操作简单，容易实施；固定圈收紧压力可以分解为扇形件镶拼组合的井室表面周向摩擦力和径向压力，周向摩擦力和径向压力也是提供扇形件相互连接燕尾型端面的固定和定位作用的压紧力；
3、相对于连接端面为直平面焊接,燕尾型配合面的双侧面焊接面积大，双侧面焊接可以增强焊接强度一倍以上，而且，燕尾型配合面有自定位作用，在固定圈的收紧压力之下,可以减少扇形件焊缝配合间隙，增大配合面接触面积，提高扇形件焊接强度；
4、扇形件设计为井室圆周方向等分的环状片，可以采用一副尺寸较小的挤塑模具完成井室所有扇形件的成型加工，降低挤塑模具设计与制造成本；而且井室高度和直径等尺寸不受限制，小模具可以批量完成大型或超大型井室的成型加工，实现大型井室的模块化、柔性化生产。
附图说明
图1为本发明一种镶拼组合式大型塑料检查井井室结构示意图；
图2为本发明实施例1一种镶拼组合式大型塑料检查井井室俯视图；
图3为本发明一种镶拼组合式大型塑料检查井井室的扇形件结构示意图；
图4为本发明实施例1一种镶拼组合式大型塑料检查井井室的扇形件俯视图；
图5为本发明实施例2一种镶拼组合式大型塑料检查井井室的俯视图；
图6为本发明实施例2一种镶拼组合式大型塑料检查井井室的扇形件俯视图。
图中标号为：1-扇形件、101-燕尾尖头、102-燕尾凹槽、2-固定圈、3-横加强筋板、4-竖加强筋板、5-燕尾型配合面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：参照图1至图4可知：一种镶拼组合式大型塑料检查井井室，包括扇形件1、固定圈2、横加强筋板3和竖加强筋板4，所述扇形件1有八个，所述扇形件1的两个竖向侧边分别为燕尾尖头101和燕尾凹槽102，燕尾尖头101的尖头处角度和燕尾凹槽102的凹槽处的角度为66°，八个所述扇形件1镶拼围设焊接成一个圆环筒，并且相邻的扇形件1通过燕尾尖头101和燕尾凹槽102相互匹配，所述圆环筒的外圈均匀固定连接有三个固定圈2，所述圆环筒外圈上横向和竖向分别均匀焊接有多个横加强筋板3和竖加强筋板4。
所述扇形件1、横加强筋板3和竖加强筋板4分别通过塑料原材料挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形，便于批量生产；所述扇形件1周向宽度350mm、径向厚度12mm、长度2000mm，所述横加强筋板3和竖加强筋板4厚度为12mm、高度为20mm、长度为500mm,分成多块加工，减小模具的生产成本；相邻扇形件1之间、圆环筒与横加强筋板3和竖加强筋板4之间分别采用激光透射焊接，焊接的结实牢固；所述固定圈2为由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳，并且固定圈2通过人工或机械装置捆绑在扇形件1镶拼组合后的圆环筒外表面，固定圈2采用捆绑的方式，便于所有配件焊接完成后拆除方便。
一种镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，包括如下步骤：
①：各扇形件1、横加强筋板3和竖加强筋板4由塑料原材料经过挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形加工方法获得，市场采购带料或软绳固定圈2，塑料原材料采用PP热塑性塑料白色颗粒材料；
②：在各扇形件1的燕尾尖头101上和燕尾凹槽102内喷涂激光吸收层，相邻扇形件1的燕尾尖头101与燕尾凹槽102的相匹配处为燕尾型配合面5，将各扇形件1按序镶拼连接组合，并用固定圈2捆绑收缩扇形件1；
③：各扇形件1按序由激光透射焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5而形成圆环筒井室；
④：在井室外表面、横加强筋板3和竖加强筋板4外表面的焊接面处均喷涂激光吸收层，激光透射焊接井室外表面横加强筋板3和竖加强筋板4；
⑤：将焊接完成后井室外壁上捆绑的固定圈2拆除。
激光透射焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5的双侧面，采用单束激光分别焊接配合面的双侧面。
激光透射焊接采用连续型激光透射焊接，激光波长900nm、功率500W、光斑直径10-15mm。
激光依次焊接相邻扇形件1时，激光光束分别由井室的外侧和内侧透过井室壁焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5的双侧面焊缝，光束以90度角垂直辐照燕尾型配合面5的双侧面焊缝的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为直线运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500mm/min。
激光焊接各加强筋板时，激光由井室内侧透过井室壁焊接各加强筋板，激光焊接的光束以90度角垂直辐照各加强筋板与井室外壁接合端面的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为井室轴向直线运动和周向圆周运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500mm/min。
激光焊接各扇形件1和各加强筋板过程，采用自动控制系统控制机器人或机械自动装置控制激光焊接。
扇形件1设计为井室圆周方向等分的环状片, 相邻扇形件1的燕尾尖头101与燕尾凹槽102的相匹配处为燕尾型配合面5，燕尾型方向一致为顺时针或逆时针方向。
喷涂激光吸收层的吸收层材料为黑漆，吸收层厚度为0.5-5微米。
实施例2：参照图1、图3、图5、图6可知：一种镶拼组合式大型塑料检查井井室，包括扇形件1、固定圈2、横加强筋板3和竖加强筋板4，所述扇形件1有十个，所述扇形件1的两个竖向侧边分别为燕尾尖头101和燕尾凹槽102，燕尾尖头101的尖头处角度和燕尾凹槽102的凹槽处的角度为86°，多个所述扇形件1镶拼围设焊接成一个圆环筒，并且相邻的扇形件1通过燕尾尖头101和燕尾凹槽102相互匹配，所述圆环筒的外圈均匀固定连接有三个固定圈2，所述圆环筒外圈上横向和竖向分别均匀焊接有多个横加强筋板3和竖加强筋板4。
所述扇形件1、横加强筋板3和竖加强筋板4分别通过塑料原材料挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形，便于批量生产；所述扇形件1周向宽度300mm、径向厚度15mm、长度2000mm，所述横加强筋板3和竖加强筋板4厚度为15mm、高度为30mm、长度为800mm,分成多块加工，减小模具的生产成本；相邻扇形件1之间、圆环筒与横加强筋板3和竖加强筋板4之间分别采用激光透射焊接，焊接的结实牢固；所述固定圈2为由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳，并且固定圈2通过人工或机械装置捆绑在扇形件1镶拼组合后的圆环筒外表面，固定圈2采用捆绑的方式，便于所有配件焊接完成后拆除方便。
一种镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，包括如下步骤：
①：各扇形件1、横加强筋板3和竖加强筋板4由塑料原材料经过挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形加工方法获得，市场采购带料或软绳固定圈2，塑料原材料采用PE热塑性塑料白色颗粒材料；
②：在各扇形件1的燕尾尖头101上和燕尾凹槽102内喷涂激光吸收层，相邻扇形件1的燕尾尖头101与燕尾凹槽102的相匹配处为燕尾型配合面5，将各扇形件1按序镶拼连接组合，并用固定圈2捆绑收缩扇形件1；
③：各扇形件1按序由激光透射焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5而形成圆环筒井室；
④：在井室外表面、横加强筋板3和竖加强筋板4外表面的焊接面处均喷涂激光吸收层，激光透射焊接井室外表面横加强筋板3和竖加强筋板4；
⑤：将焊接完成后井室外壁上捆绑的固定圈2拆除。
激光透射焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5的双侧面，采用双束激光同时焊接配合面的双侧面。
激光透射焊接采用连续型激光透射焊接，激光波长950nm、功率800W、光斑直径10-15mm。
激光依次焊接相邻扇形件1时，激光光束分别由井室的外侧和内侧透过井室壁焊接相邻扇形件1的燕尾型配合面5的双侧面焊缝，光束以90度角垂直辐照燕尾型配合面5的双侧面焊缝的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为直线运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度800mm/min。
激光焊接各加强筋板时，激光由井室内侧透过井室壁焊接各加强筋板，激光焊接的光束以90度角垂直辐照各加强筋板与井室外壁接合端面的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为井室轴向直线运动和周向圆周运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度800mm/min。
激光焊接各扇形件1和各加强筋板过程，采用自动控制系统控制机器人或机械自动装置控制激光焊接。
扇形件1设计为井室圆周方向等分的环状片, 相邻扇形件1的燕尾尖头101与燕尾凹槽102的相匹配处为燕尾型配合面5，燕尾型方向一致为顺时针或逆时针方向。
喷涂激光吸收层的吸收层材料为黑色涂料，吸收层厚度为0.5-5微米。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，镶拼组合式大型塑料检查井井室, 包括扇形件（1）、固定圈（2）、横加强筋板（3）和竖加强筋板（4），所述扇形件（1）设有多个，所述扇形件（1）的两个竖向侧边分别为燕尾尖头（101）和燕尾凹槽（102），燕尾尖头（101）的尖头处角度和燕尾凹槽（102）的凹槽处的角度为60-90°，多个所述扇形件（1）镶拼围设焊接成一个圆环筒，并且相邻的扇形件（1）通过燕尾尖头（101）和燕尾凹槽（102）相互匹配，燕尾型的方向一致为沿圆环筒周向的顺时针或逆时针方向，扇形件为偶数个，所述圆环筒的外圈均匀固定连接至少一个固定圈（2），所述圆环筒外圈上横向和竖向分别均匀焊接有多个横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）；
所述扇形件（1）、横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）分别通过塑料原材料挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形；
所述扇形件（1）周向宽度300-500mm、径向厚度10-15mm、长度1000-5000mm，扇形件（1）的长度为井室高度，所述横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）厚度为10-15mm、高度为20-50mm、长度为500-1000mm，相邻扇形件（1）之间、圆环筒与横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）之间分别采用激光透射焊接；
所述固定圈（2）为由PA塑料原材料制作的可收缩操作的带料或软绳，并且固定圈（2）通过人工或机械装置捆绑在扇形件（1）镶拼组合后的圆环筒外表面；
镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，包括如下步骤：
①：各扇形件（1）、横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）由塑料原材料经过挤塑成型或塑料原材料加工的板料切割并弯曲成形加工方法获得，市场采购带料或软绳固定圈（2），塑料原材料采用热塑性塑料白色颗粒材料；
②：在各扇形件（1）的燕尾尖头（101）上和燕尾凹槽（102）内喷涂激光吸收层，相邻扇形件（1）的燕尾尖头（101）与燕尾凹槽（102）的相匹配处为燕尾型配合面（5），将各扇形件（1）按序镶拼连接组合，固定圈（2）捆绑收缩扇形件（1）；
③：各扇形件（1）按序由激光透射焊接相邻扇形件（1）的燕尾型配合面（5）而形成圆环筒井室；
④：在井室外表面、横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）外表面的焊接面处均喷涂激光吸收层，激光透射焊接井室外表面横加强筋板（3）和竖加强筋板（4）；
⑤：将焊接完成后井室外壁上的固定圈（2）拆除。
2.根据权利要求1所述的镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，激光透射焊接相邻扇形件（1）的燕尾型配合面（5）的双侧面，采用单束激光分别焊接配合面的双侧面或双束激光同时焊接双侧面。
3.根据权利要求1或2所述的镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，激光透射焊接采用连续型激光透射焊接，激光波长900-980nm、功率500-1500W、光斑直径10-15mm。
4.根据权利要求3所述的镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，激光依次焊接相邻扇形件（1）时，激光光束分别由井室的外侧和内侧透过井室壁焊接相邻扇形件（1）的燕尾型配合面（5）的双侧面焊缝，光束以90度角垂直辐照燕尾型配合面（5）的双侧面焊缝的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为直线运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500-1000mm/min。
5.根据权利要求3所述的镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，激光焊接各加强筋板时，激光由井室内侧透过井室壁焊接各加强筋板，激光焊接的光束以90度角垂直辐照各加强筋板与井室外壁接合端面的吸收层，光束与光斑运动方向成90度，光斑运动轨迹与焊缝一致，为井室轴向直线运动和周向圆周运动，光斑直径等于焊缝宽度，光斑移动速度500-1000mm/min。
6.根据权利要求3所述的镶拼组合式大型塑料检查井井室制备方法，其特征在于，激光焊接各扇形件（1）和各加强筋板过程，采用自动控制系统控制机器人或机械自动装置控制激光焊接。
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