CS118992A3 - Process for making welded joints between polyolefin elements - Google Patents

Description

l ·5 » Y

! -r~ i . ? I í ' J > ; o c-. - 1 C3 < P f <- -Ϊ ífm í

ί < rn jN 1

Způsob vytváření svarových spojů mezi pdlv^UžCirio vvmi členy.-

Oblsst techniky

Vynález se týká způsobu vytváření svarových spojů mezipolyoleflnovými členy. Způsob je využitelný pro členy z poly-ethylenu a z jiných polyolefinů, například z polypropylenua z polybutylenu. Zvláště se pak týká způsobu vytváření sva=- - ý ,nových spojů členů, z nichž jeden je ze sesílovaného materiálu.

Dosavadní stav technik;/

Je výraznou vlastností zesilovaného materiálu, že přidosažení teplot, které normálně odpovídají teplotě tání, do-stávají kaučukovitý avšak stále pevný charakter; platí tonapříklad pro polyethylen. Je to proto, že se krystalickástruktura polyethylenu narušuje, trojrozměrné zesilováni po-lymeru však zůstátá v důsledku přítomných molekulárních příč-ných vazeb. Dalším důsledkem chování zesilovaného polyethylenupři "tavení" je změna optických vlastností.

Kepigmentovaný zesilovaný polyethylen má mléčně bílývzhled v důsledku lámání světla krystalickou strukturou ma-teriálu. Při teplotě kolem 130 °C se tato krystalická struk-tura bortí a základní polymerní struktura se dostává do amorf-ní fáze taveniny. V takovém stavu je materiál čirý jako sklo.

Pozorování této změny optického charakteru podnítilo myš-lenku využití radiační energie jakožto prostředku pro svařo-vání zesilovaného polyethylenu s nezesilovaným materiálem. K takovým svarům v podstatě dochází tak, že se povrchy dvoumateriálů uvádějí do vzájemného styku při teplotě, která jevyšší než jejich teploty krystalického tání. Pro vytvořenísvarů mezi zesilovaným polyethylenem, podléhajícím deformač-ním změnám, jako je srážení, je nutné zahřívat celý objemmateriálu, aby teplota hmoty materiálu byla vyšší, než je tep-lota krystalického tání.

Potřeba prohřátí zesilovaného produktu vyžaduje dodáníznačného množství tepla běžným elektrickým odporovým drátem ne-bo technikou horkého železa, přičemž je proces pomalý, jelikožje materiál špatným vodičem. Kromě toho předání tepelné energievedením vyžaduje teplotní gradient. Kapříklad pro zvýšenívnitřní teploty stěny na 140 °C pro uskutečnění svaru je třebaudržovat vnější povrch na teplotě nad 250 °C, při které může do-cházet k odbourání. Liyšlenka použití radiační energie k součas-nému prohřátí a svaru styčných ploch tyto problémy řeší. Zesilo-vaný polyethylen absorbuje, elektromagnetické záření o viditel-ných a infračervených frekvencích až do roztavení, kdy se sta-ne čirým, přičemž prochází větší množství záření. Pokud povrch,na který se navařuje, je sám pigmentovaný, zvyšuje se absorpceenergie na styčném povrchu. Hlavní tepelnou výhodou tohoto ře-šení je skutečnost, že doba prohřívání je kratší, teplota ven-kovního povrchu nestoupá nadměrně, celkové množství absorbovanéenergie je pro danou teplotu svařování menší, takže se může i snižovat nutné chlazení. Hlavní předností je, že svařovací zaříze-ní pro tento proces může být jednoduché a primitivní. Kromě to-ho se enrgie může dodávat jakožto radiační energie do bezpro-střední blízkosti svaru bez zřetele na polohu místa, ve kterémse má svar uskutečnit.

Americký patentový spis číslo 3 953059 popisuje způsob spo-jování trubek, přičemž jedna trubka je z polyethylenu o vysokéhustotě a připojuje se na stěnu druhé trubky rovněž z polyethy-lenu o vysoké hustotě. Ve stěně druhé trubky se vytvoří otvor,který má menší průměr, než je průměr první trubky. Spojovaný ko-nec první trubky se napřed rozšíří směrem ven. Pak se tentýž ko-nec za studená v zápustce zpěchuje ke zmenšení průměru koncetrubky. Zmenšený průběr konce polyethylenové trubky se pak za-sune do otvoru ve druhé trubce. Za studená napěchovaný konecprvní trubky se po regeneraci, díky její mechanické paměti, při-tlačí k původnímu průměru první trubky a tak se dosáhne těsnéhospoje uvnitř otvoru ve stěně druhé trubky. Nakonec se nanese o-kolo první trubky, v místech jejího spojení s druhou trubkou,tmel nebo lepidlo.

Dvě trubky při způsobu podle shora uvedeného amerického pa-tentového spisu číslo 3 953059 nejsou spojeny tavným svařová-ním. Způsob je popisován jako vhodný pro spojování kanalizač-ních trub, jasně se však nehodí, pro vytváření svarových spojůnapříklad v případě vodovodních a plynovodních trubek.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu vytváření svarových spojů mezi prvnímčlenem z polyolefinového materiálu a druhým členem ze zesilo-vaného materiálu podle vynálezu spočívá v tom, že se spojova-né členy uspořádají tak, že alespoň jedna část vnitřního po-vrchu jednoho člene obklopuje a je přivrácena k alespoň čás-ti vnějšího povrchu druhého člene, přičemž tento druhý členje teplem regenerovatelný a povrch tohoto druhého člene, vzdá-lený od těchto přivrácených povrchů spojovaných členů, se pod-robuje působení radiační energie tak, že alespoň v oblastipřivrácených částí povrchů tento druhý člen regeneruje směremk uvedenému prvnímu členu a vtlačuje se do styku s protileh-lým povrchem prvního člene tak, že protilehlé povrchy dosahu-jí teploty, při níž dojde k tavnému svaření. Při jednom provedení způsobu podle vynálezu se druhý členrozšíří, aby byl tepelně regenerovatelný.

Podle jiného provedení způsobu podle vynálezu se druhýčlen protáhne, aby byl tepelně regenerovatelný.

Oba tyto způsoby provedeni vynálezu jsou dále popsány veformě příkladu praktického provedení. Provedení blíže objasňu-jí připojené výkresy. Na obr. 1 je příčný řez a na obr. 2 jepodélný řez trubkami, uspořádanými konci k sobě ve spojce v poloze, připravené pro spojení spojkou, přičemž spojka je zezesilovaného materiálu a tvoří uvedený druhý člen, přičemžobě trubky tvoří první Člen. Na obr. 3 je podélný řez dokon-čeného spoje mezi oběma trubkami a spojkou z obr. 1 a 2. Naobr. 4 je trojrozměrný pohled na druhé provedení vynálezu,přičemž druhý člen má podobu protažené trubky, zasahující - 4 - do otvoru ve stěně trouby, tvořící první člen a na obr. 5 ε 6jsou řezy protažené trubky a části stěny trouby před spojeníma po ukončeném spojení. Příklad provedení vynálezu

Podle prvního provedení vynálezu, znázorněného na obr. 1až 3,jsou dvě polyethylenové trubky 10 a 12 uspořádány koncik sobě a koncové části těchto trubek jsou přemostěny dutouválcovou spojkou 14, zhotovenou ze zesilovaného polyethylenu.Trubky 10 a 12 tvoří první člen a spojka 14 tvoří druhý člen.Spojka 14 má vnitřní povrch vroubkovaný a je rozšířena tak,aby byla tepelně regenerovatelná. Spojka 14 má vnitřní průměrponěkud větší než 90 mm po expanzi, tedy vnitřní průměr asi92 mm, přičemž vnější průměr spojovaných trubek 10 a 12 je 90mm. Vnější průměr spojky 14 je jmenovitě 110 mm. K osvětlení vnějšího povrchu spojky 14 je uspořádána řa-da 150 W lamp 20. Lampy jsou rovnoměrně rozděleny po obvodu,jak patrno z obr. 1. Ke sledování teplot je použito termočlán-ků na vnějším povrchu spojky 14 θ na vnějším povrchu trubky 10.Teplo se šíří spojkou 14 kolmo k jejímu povrchu a po přibližně10 minutách se spojka 14 stává čirou a smrští se do stykus trubkami 10 a 1 2. Teplota trubky 10 překračuje 140 °C a vy-tvoří se tavný svarový spoj mezi spokou 14 θ trubkami 10 a 12.Jak je patrné z obr. 3, smrští se spojka 14 dostatečně k tomu,aby vnitřní povrch pronikl oxidovanou vrstvou vnějšího povrchutrubek 10 a 1 2, přičemž dojde k tavnému svaru se základním ma-teriálem trubek 10 a 1 2, ležícím pod povrchovou vrstvou. Vněj-ší povrchy trubek 10 a 12 nejsou nijak předem upraveny.

Toto uspořádání je základem způsobu spojování dvou trubek10 a 12 se spojkou 1_4, které není omezováno počáteční vzducho-vou mezerou mezi spokou 14 a trubkami 10 a 12.

Podle druhého provedení způsobu podle vynálezu, znázorně-ného na obr. 4 a 5, je prvním členem polyethylenová trubka 30s vnějším průměrem 125 mm. Po trubky 30 je vyříznut otvor 32 - 5 - o průměru 20 mm s otvor 32 je definován povrchem hrany 34 ot-voru 32. Druhým členem je trubka 40 ze zesilovaného materiáluo průměru 20 mm. Ka stroji pro zkoušku tahem se trubka 40 pro-táhne do vytažené části 42 s vnějším průměrem 10 mm. Vytaženáčást 42 se vloží do otvoru 32 a do trubky 40 se zavede projek-torová lampa 5_0, 12 V, 20 W, Vnitřní povrch trubky 40 je osvět-lován. a vytažená část 42 expanduje do styku s hranou 34λ Lam-pu 50 lze pak zastrčit do vytažené části 42. Vytažená část 42,přivrácená k povrchu hrany 34, je k této hraně přitlačována avytváří se tavný svarový spoj, znázorněný na obr. 6. V průběhurozšiřování vytažené části 42 přechází její vzhled ze zakalené-ho na čirý a světlo lampy 50 ýčinněji prochází polyolefinovýmmateriálem v rozhraní přiléhajících povrchů vytažené části 42.a povrchu hrany 34. V konečném spoji má trubka 40 téměř stej-ný průměr po celé délce. První člen, trouba 30,je mírně napě-chován v místech 52 a 54, kde jsou vytvořeny prstencovité "ná-kružky", obklopující trubku 40 a 42.

Popsaný spoj je užitečný v případě plynového potrubí, kdetrouba 30 je hlavní a trubka 40 je odbočkou od hlavního potru-bí ke spotřebiteli. Trubku 40 je možno prostrčit existující li-tinovou přípojkou /neznázorněno/, když je žádoucí zlepšení pří-pojky pomocí polyethylenové trubky.

Lampu 50 lze od spotřebitele prostrčit do otevřeného koncevytažené části 42 uvnitř trubky 30 nebo je možno ji zasunouthlavní trubkou 30 speciálně zkonstruovaným přístrojem k usku-tečnění svarového spoje uvnitř hlavní trubky 30. Po ukončeníspojování je možno přístroje použít k obrobení přečnívajícíhokonce vytažené části 42 v hlavní trubce 30, jak znázorněno naobr. 6.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný u velkých i malých trub. Hlavní trou- ba může mít průměr 1 m nebo více m a připojované trubky mohou mít průměr například 125 mm k připojení k hlavnímu potrubí.

Trubky se mohou spojovat spojkami o průměru alespoň 500 mm,

Dochází ke svarovým spojům polyolefinových trubek.

Claims (10)

1. 6

   1. Způsob vytváření svarových spojů mezi polyolefinovýmičleny přičemž je první člen z polyolefinového materiálu a dru-hý člen ze zesilovaného polyolefinového materiálu, vy zná-čů j í c í se tím, že se spojované členy uspořádajítak, že alespoň jedna část vnitřního povrchu jednoho členeobklopuje alespoň část povrchu druhého člene a je k němu při-vrácena, přičemž tento druhý člen je teplem regenerovatelný, a na povrch tohoto druhého člene, vzdálený od přivrácených po-vrchů spojovaných členů, se působí radiační energií, přičemžse alespoň v oblasti přivrácených částí povrchů druhý člen re-generuje směrem k uvedenému prvnímu členu a vtlačuje se dostyku s protilehlým povrchem prvního členu za dosahování tep-lot protilehlých povrchů, při nichž dojde k tavnému svaření.
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující setím, že jedním spojovaným členem je druhý člen a je expan-dován tak, aby byl tepelně regenerovatelný.
3. 3. Způsob podle nároku 2,vyznačující setím, že druhý člen má vnitřní povrch opatřený zoubky.
4. 4. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t í m , že druhý člen tvoří jiný člen a tento druhý člen jevytažen, aby byl tepelně regenerovatelný.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se t í m , že prvním členem je trubka definovaná stěnou a vnitř-ním povrchem protilehlých povrchů je hrana otvoru, vytvořenéhove stěně trubky.
6. 6. Způsob podle nároku 1 až 5, vyznačující setím, že radiační energií je infračervené světlo.
7. 7. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačujícíse t í m , že radiační energií je světlo prstence lampobklopujících druhý člen. - 7 -
8. 8. Způsob podle nároku 1, 4 nebo 5, vyznačujícíse t í m , že radiační energií je světlo, vydávané žárov-kou, zasunutou dovnitř druhého člene.
9. 9. Způsob podle nároku 1 v popise popsaný za pomoci obr. 1 až 3.
10. 10. Způsob podle nároku 1 v popise popsaný za pomoci obr. 4 a 5.