CN202895699U - 增强塑料复合管专用电熔焊机夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电熔焊接夹具，旨在提供一种增强塑料复合管专用电熔焊机夹具。该夹具包括用于定位的底座支架、由外至内依次设置的金属卡环、金属夹瓦和内层垫片；金属卡环为上下开合式结构，在闭合状态时其内壁的横截面呈圆形，并通过压紧装置固定于底座支架上；所述金属夹瓦包括至少两个部分，且在拼合之后构成一个环形管套结构；内层垫片包括至少两个部分，并在拼合之后构成一个环形管套结构。金属卡环完整地限制了电熔管件在焊接过程中的径向变形，并提供了径向压力，使管件与管材的界面在焊接过程中产生所需的熔融区压力；在不增加焊接成本的前提下显著提高了复合管的焊接成功概率，且制造容易，安装方便快捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电熔焊接夹具，用于增强塑料复合管的电熔连接，所连接复合管为多层复合结构，一般内层为塑料，中间层为增强件，外层也为塑料（如钢丝缠绕增强塑料复合管、玻璃纤维或芳纶缠绕增强塑料复合管、冲孔钢板增强塑料复合管等）。
背景技术
电熔连接是塑料复合管道的一种常用连接方式。塑料复合管道包括钢丝缠绕增强塑料复合管、玻璃纤维或芳纶缠绕增强塑料复合管、冲孔钢板增强塑料复合管等复合管。
复合管道的电熔连接方式与塑料管道相同，都是采用预埋有电阻丝的塑料制承插式电熔套筒。在开始焊接之前，先将管材承插入已定位的电熔管件，之后固定管材，避免管材、管件之间发生相对滑动，最后接通电熔焊机电源并按照焊接工艺要求控制焊接时间，使电熔套筒内预埋的电阻丝提供足够热量以加热电熔套筒内壁与管材外壁达到熔融，当通电加热时间足够且经过一定时间的冷却后，管材与管件之间将达到强度要求。在管道通电焊接过程中，加热时间、焊接区域温度与焊接界面压力是影响焊接强度的重要因素。塑料管道的电熔焊接工艺相对成熟，焊接加热时间遵循工艺要求确定，焊接区域温度主要由加热时间、塑料与电阻丝的热性能确定。
对于增强塑料复合管道，焊接时间同样遵循工艺要求，而焊接区域温度变化规律与塑料管道相近，因此焊接界面压力是塑料管道电熔焊接与复合管道电熔焊接的主要区别。相较于塑料管道的电熔焊接，复合管道电熔焊接产品合格率较低，主要原因是复合管道电熔焊接时焊接界面压力不足。塑料管道焊接过程中，套筒内壁与管材外壁受电阻丝加热而同时发生膨胀，因而两者之间的间隙并不会增大，但由于中间熔焊区材料本身的膨胀，从而在熔焊区形成焊接压力；复合管道焊接过程中，虽然套筒内壁与复合管材外壁也会受热膨胀，但由于管材中包覆有增强体，增强体刚度大、不易变形，限制了管材中塑料的受热膨胀，使得复合管材外表面在加热过程中无法自由变形，从而使管材与套筒之间间隙增大并导致焊接界面压力不足，这种情况下，即使焊接界面温度超过了熔融温度，管材外表面与套筒内表面也无法实现连接。
对于复合管道的电熔连接，现有的电熔管件结构与电熔焊机都未考虑焊接中对管件变形进行限制，因此复合管道电熔焊接过程中，管件会逐渐向外膨胀，导致焊接界面压力不足，极易产生焊接界面的虚焊，降低了电熔焊接可靠性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服和避免上述现有技术中存在的问题和不足，进而提供一种能限制管件膨胀、现场安装方便的用于复合管连接的电熔焊机专用夹具。
本实用新型解决技术问题的方案是：
提供一种增强塑料复合管专用电熔焊机夹具，包括用于定位的底座支架；该夹具包括由外至内依次设置的金属卡环、金属夹瓦和内层垫片；所述金属卡环为上下开合式结构，在闭合状态时其内壁的横截面呈圆形，并通过压紧装置固定于底座支架上；所述金属夹瓦包括至少两个部分，且在拼合之后构成一个环形管套结构；所述内层垫片包括至少两个部分，并在拼合之后构成一个环形管套结构。
作为一种改进，所述金属夹瓦至少有两层。
作为一种改进，所述内层垫片是非金属材质的垫片。
作为一种改进，所述压紧装置是紧固螺栓。
作为一种改进，所述内层垫片的外表面设凸起部分，金属夹瓦的内表面设有凹槽；内层垫片外表面的凸起部分与金属夹瓦内表面的凹槽实现过盈配合，使金属夹瓦与内层垫片连接后也无相对滑移。
作为一种改进，所述金属夹瓦的内表面设有凹槽，外表面设有凸起结构，且凸起部分的高度小于凹槽的深度；所述金属卡环的内壁设有凹槽，金属卡环的凹槽与金属夹瓦外表面的凸起结构相互配合，使金属卡环能充分压紧金属夹瓦。
作为一种改进，所述金属夹瓦外表面凸起部分的高度小于其内表面凹槽的深度。
作为一种改进，所述金属卡环内表面的凹槽深度大于金属夹瓦外表面凸起部分的高度。
与传统的纯塑料或增强的电熔管件相比，本实用新型的有益效果是：
（1）金属卡环完整地限制了电熔管件在焊接过程中的径向变形，并提供了径向压力，使管件与管材的界面在焊接过程中产生所需的熔融区压力；
（2）金属卡环的压紧方式没有改变焊接工艺，从而在不增加焊接成本的前提下解决了复合管焊接熔融区界面压力不足的难题，显著提高了复合管的焊接成功概率，且该夹具制造容易，安装过程只是在一般电熔管件外壁安装机械连接件，安装方便快捷。
附图说明
图1为本实用新型的截面示意图；
图2为本实用新型截面示意图的局部放大图；
图3为本实用新型的整体示意图；
图4为本实用新型的正视示意图。
图中的各附图标记： 1. 金属卡环；2. 内层垫片； 3. 电熔套筒；4. 金属夹瓦。
具体实施方式
本实用新型的夹具包括金属卡环1、金属夹瓦4、内层垫片2、底座支架，专用夹具的截面示意图如图1、2所示，一侧熔区长度为l，金属卡环1长度为δ。电熔套筒3由定位于底座支架的金属卡环1与金属夹瓦4压紧，如图3所示，在焊接过程中，电熔套筒3内壁与复合管材外壁受热发生熔融膨胀，电熔套筒3有向外膨胀趋势，但由于夹具的限制，电熔套筒3将承受径向外部压力，此径向压力将为电熔套筒3与复合管材提供所需焊接界面压力；所述金属卡环1定位于底座支架上，以使若干金属卡环1同轴排列；所述金属卡环1与电熔套筒3之间堆叠了若干层金属夹瓦4，以使所述装置能与不同外径的电熔套筒3相配合；所述的最内层金属夹瓦4与电熔套筒3之间有内层垫片2，内层垫片2一方面可避免金属夹瓦4对电熔套筒3外表面造成机械损伤，另一方面，在金属夹瓦4的压紧作用下，内层垫片2与套筒外表面可充分接触、紧密配合，使金属卡环1提供的外部压力能均匀分布于套筒外表面，从而使电熔套筒3与复合管材的焊接界面压力均匀分布。采用多层金属夹瓦4、内层垫片2夹紧的另一个原因是套筒外径有规定变化范围，但具体数值是没有统一固定，因此需要多层金属夹瓦4、内层垫片2进行调节以使管件被压紧。内层垫片2可以是塑料垫片。
本实用新型中金属卡环1的主体结构如图4所示，为上下开合式结构，金属卡环1闭合后由紧固螺栓或其他压紧装置提供金属卡环1的压紧力，金属卡环1压紧部分的壁厚为t；
为了适应电熔管件不同的熔区轴向长度，本实用新型中一件电熔套筒3需要2个金属卡环1，如图1、2所示。电熔套筒3某一侧焊接区的轴向长度为l，则金属卡环1的轴向长度δ≥l。为使金属卡环1压紧力能顺利传递到电熔套筒3，在一侧焊接热影响区内沿轴向可采用多件金属夹瓦4，数量为n，令单件金属夹瓦4的轴向长度为m，则金属夹瓦4长度应满足条件：m×n＝δ。
金属卡环1的内壁带有凹槽，如图2所示，凹槽与金属夹瓦4外壁面的凸起结构相互配合，使金属卡环1能充分压紧金属夹瓦4。为确保金属卡环1与金属夹瓦4之间压紧力的充分传递，建议金属卡环1内壁凹槽的深度h0大于金属夹瓦4外壁凸起部分的高度h1。
本实用新型中金属夹瓦4的结构是由环形管套径向剖开分成弧度为180°或其他弧度的制件而成。金属夹瓦4内表面有凹槽，外表面有凸起结构，且凸起部分的高度h1应小于凹槽的深度h2，以保证外层金属夹瓦4能将金属卡环1的压紧力充分传递给内层夹瓦，采用图1、2中的结构，当金属卡环1装配需要多层金属夹瓦4时，金属夹瓦4之间连接后无轴向相对滑移，如图2所示。内层垫片2材质为非金属，相对金属夹瓦4而言，其刚度小、变形大，因此内层垫片2外表面的凸起部分与金属夹瓦4内表面凹槽应实现过盈配合，以使金属夹瓦4与内层垫片2连接后也无相对滑移。
本实用新型中内层垫片2、金属夹瓦4的内径与厚度没有具体要求，各层夹瓦的厚度也无需相等，所采用夹瓦的径向层数、轴向数量也根据套筒外径、金属卡环1的尺寸确定，但在金属卡环1闭合后，紧固螺栓拧紧前或压紧装置压紧之前，内层垫片2、若干层夹瓦与金属卡环1装配完毕后，该总体结构的内径应等于相配合电熔套筒3的外径；
本实用新型在增强塑料复合管的电熔焊接过程中，安装操作步骤如下：
（1）将待连接复合管的端部进行表面清理和刮削氧化皮的预处理，然后将复合管插入至电熔套筒3的两端；
（2）将专用夹具的底座安放于复合管道与电熔套筒3下方，将打开的金属卡环1安装定位于底座上；
（3）将内层垫片2、金属夹瓦4依次堆叠于电熔套筒3外表面，闭合金属卡环1，拧紧紧固螺栓，使金属卡环1对电熔套筒3施加足够的压力，若金属卡环1的压紧力由某加压装置提供，则闭合金属卡环1后开启加压装置；
（4）卡环压紧电熔套筒3后，将电熔套筒3中预先埋设的电阻丝接通电源，按照常规的焊接工艺实施焊接，使电阻丝加热熔融待连接复合管外壁与电熔套筒3内壁，直至焊接结束、断开电源，经过足够长时间的冷却后，拆卸夹具。
本实用新型中涉及的焊接工艺与普通塑料管道焊接工艺大致相同，唯一区别是在焊接开始之前先装配好焊接专用夹具，令金属卡环1、金属夹瓦4挤压、包裹于电熔套筒3外壁，使得电熔套筒3外壁与夹瓦内壁贴紧或产生一定的预压缩。在电熔焊接过程中，金属卡环1可以限制电熔套筒3向外膨胀，从而使电熔套筒3与复合管道之间产生足够的焊接界面压力。
以下通过一个具体例子对本实用新型进行详细阐述：
本实例中以钢丝缠绕增强塑料复合管（简称PSP）为例介绍本专利如何应用于低压增强塑料复合管的电熔连接。以公称压力0.8MPa的PSP管材为例，其常用公称外径系列为110，140，160，200，225，250，560，630。根据CJ/T 189-2007《钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材及管件》可令相配合的电熔管件的外径及熔区长度如表1所示。
表1 各管材、管件外径
建议采用三种规格的金属卡环1，分别对应管材公称直径的范围为：110～160mm，200～250mm，560～630mm。即第一组为1号、2号、3号管件，第二组为4号、5号、6号，第三组为7号、8号。
以图2所示为例，假设金属夹瓦4在一侧焊接热影响区的数量n为2，在径向上有2层。对于1～3号管件，对应的金属卡环1的内径设定为230mm，壁厚t4为20mm，则金属卡环1与1号管件外壁面的间隙是40mm，1号管件采用内层垫片2厚度t1为10mm，金属夹瓦4型号有两种：内层金属夹瓦4内径为170mm、壁厚t2为15mm与外层金属夹瓦4内径为200mm、壁厚t3为15mm；金属卡环1与2号管件外壁面的间隙是25mm，2号管件采用内层垫片2厚度t1为5mm，金属夹瓦4型号有两种：内层金属夹瓦4内径为190mm、壁厚t2为10mm与外层金属夹瓦4内径为210mm、壁厚t3为10mm；金属卡环1与3号管件外壁面的间隙是10mm，3号管件采用内层垫片2厚度t1为10mm，不需要金属夹瓦4。
对于4～6号管件，对应的金属卡环1的内径设定为330mm，壁厚t4为30mm，则金属卡环1与4号管件外壁面的间隙是35mm，4号管件采用内层垫片2厚度t1为5mm，金属夹瓦4两种型号是：内层金属夹瓦4内径为270mm、壁厚t2为15mm与外层金属夹瓦4内径为300mm、壁厚t3为15mm；金属卡环1与5号管件外壁面的间隙是25mm，5号管件采用内层垫片2厚度t1为5mm，金属夹瓦4两种型号是：内层金属夹瓦4内径为290mm、壁厚t2为10mm与外层金属夹瓦4内径为310mm，壁厚t3为10mm；金属卡环1与6号管件外壁面的间隙是10mm，6号管件采用内层垫片2厚度t1为10mm，不需要金属夹瓦4。
对于7、8号管件，对于的金属卡环1的内径设定为750mm，壁厚t4为50mm，则金属卡环1与7号管件外壁面的间隙是40mm，7号管件采用内层垫片2厚度t1为10mm，金属夹瓦4两种型号是：内层金属夹瓦4内径为690mm、壁厚t2为15mm与外层金属夹瓦4内径为720mm、壁厚t3为15mm；金属卡环1与8号管件外壁面的间隙是15mm，8号管件采用内层垫片2厚度t1为15mm，不需要金属夹瓦4。
因此各夹瓦尺寸见表2所示。
表2 各层夹瓦尺寸与内层垫片2厚度
| 对应管件编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 内层夹瓦内径（mm） | 170 | 190 | 270 | 290 | 690 | |||
| 内层夹瓦厚度（mm） | 15 | 10 | 15 | 10 | 15 | |||
| 外层夹瓦内径（mm） | 200 | 210 | 300 | 310 | 720 | |||
| 外层夹瓦厚度（mm） | 15 | 10 | 15 | 10 | 15 | |||
| 内层垫片2内径（mm） | 150 | 180 | 210 | 260 | 280 | 310 | 670 | 720 |
| 内层垫片2厚度（mm） | 10 | 5 | 10 | 5 | 5 | 10 | 10 | 15 |
在本实例中一侧焊接熔区对应一件金属卡环1，各型号电熔管件对应的金属卡环1与内层垫片2的轴向长度可定为同一值δ，如图1、2所示，此处N＝1，即δ≥l。令1～3号金属卡环1轴向长度δ＝60mm，由n＝2确定对应所用金属夹瓦4轴向长度m＝30mm；4～6号金属卡环1的δ＝80mm，对应所用金属夹瓦4长度m＝40mm；7号、8号金属卡环1的δ＝250mm，则对应所用金属夹瓦4长度m＝125mm。
金属卡环1内表面凹槽深度h0设为5mm，则根据之前的要求，金属夹瓦4外表面凸起部分的高度h1为3mm，内表面凹槽的深度h2为4mm。
本实例中采用单一侧熔区对应一件金属卡环1，四件金属夹瓦4，实际生产应用中，也可采取一侧熔区两件卡环及其他数量的夹瓦，具体数量由电熔套筒3的尺寸、焊接熔区长度、加工难度与装配难度等确定。
需要说明的是，本实用新型所述电熔焊机专用夹具既可以单独成为一个机构，也可以配套集成于管材的固定装置之中。夹具中金属卡环1所采用的压紧方式，既可以如实施方案所述采用螺栓压紧，也可以采用其他如卡扣式或其他快速启闭的压紧方式。所采用的内层垫片2不限于实施方案中所述采用塑料材料，也可以使用其他如橡胶或其他具有弹性的柔软材料。本实用新型中规定金属卡环1的轴向长度只是一个具体的举例，为的是适应不同规格电熔套筒3具有不同轴向熔区长度的固定的需求，采用多个金属卡环1结构以适应不同熔区长度的设计方案也属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种增强塑料复合管专用电熔焊机夹具，包括用于定位的底座支架，其特征在于，该夹具包括由外至内依次设置的金属卡环、金属夹瓦和内层垫片；所述金属卡环为上下开合式结构，在闭合状态时其内壁的横截面呈圆形，并通过压紧装置固定于底座支架上；所述金属夹瓦包括至少两个部分，且在拼合之后构成一个环形管套结构；所述内层垫片包括至少两个部分，并在拼合之后构成一个环形管套结构。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述金属夹瓦至少有两层。
3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述内层垫片是非金属材质的垫片。
4.根据权利要求1至3任意一项中所述的夹具，其特征在于，所述压紧装置是紧固螺栓。
5.根据权利要求1至3任意一项中所述的夹具，其特征在于，所述内层垫片的外表面设凸起部分，金属夹瓦的内表面设有凹槽；内层垫片外表面的凸起部分与金属夹瓦内表面的凹槽实现过盈配合，使金属夹瓦与内层垫片连接后也无相对滑移。
6.根据权利要求1至3任意一项中所述的夹具，其特征在于，所述金属夹瓦的内表面设有凹槽，外表面设有凸起结构，且凸起部分的高度小于凹槽的深度；所述金属卡环的内壁设有凹槽，金属卡环的凹槽与金属夹瓦外表面的凸起结构相互配合，使金属卡环能充分压紧金属夹瓦。
7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于，所述金属卡环内表面的凹槽深度大于金属夹瓦外表面凸起部分的高度。
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