ES2332115T3

ES2332115T3 - Deposito a presion, moldeado por soplado, con conectador soldado por friccion.

Info

Publication number: ES2332115T3
Application number: ES99300787T
Authority: ES
Inventors: Michael Dulisse; Charles D. Poellet; Rick Fogle
Original assignee: Pentair Water Treatment OH Co
Current assignee: Pentair Water Treatment OH Co
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2010-01-26
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: CA2260656C; CN1161221C; KR20010040639A; WO1999039896A1; CA2260656A1; TW556662U; ATE439228T1; KR100655240B1; US6793095B1; EP0934815A2; EP0934815B1; EP0934815A3; DE69941238D1; JP2002502723A; CN1298341A

Abstract

UN RECIPIENTE PRESURIZADO, COMO EL REVESTIMIENTO DE DEPOSITOS, ESTA FORMADO POR UN EMPALME O INSERTO TERMOPLASTICO MOLDEADO POR INYECCION, Y UN RECIPIENTE TERMOPLASTICO MOLDEADO POR SOPLADO EN CALIENTE. UN REBORDE NO CILINDRICO DEL EMPALME CON UN SUSTANCIAL AREA SUPERFICIAL, SE SUELDA POR FROTAMIENTO RELATIVO CON UNA SUPERFICIE DE CONTACTO DE ACOPLAMIENTO, CONFORMADA SOBRE LA SUPERFICIE EXTERIOR DEL CUERPO DE RECIPIENTE, CONTIGUO A UN ORIFICIO DENTRO DEL QUE ES RECIBIDO EL INSERTO. EN UN MODO PREFERIDO DE REALIZACION, UN TRAMO PROTEGIDO DE LA PARED LATERAL VERTICAL DEL ORIFICIO FORMA UN CORDON DE SOLDADURA FUNDIDO, QUE CIRCULA EN UN CANAL PARA FUSIONAR EL REBORDE CON LA SUPERFICIE DE CONTACTO DE ACOPLAMIENTO.

Description

Depósito a presión, moldeado por soplado, con conectador soldado por fricción.

Antecedentes de la invención

Las vasijas fabricadas de materiales poliméricos, tales como los depósitos de resina para sistemas de tratamiento de agua, son conocidas en la técnica. De acuerdo con un procedimiento de fabricación convencional de las vasijas de este tipo, un cuerpo del depósito o revestimiento del depósito se moldea por soplado a partir de un material termoplástico. Una vez se ha completado el cuerpo, un inserto, tal como por ejemplo un conectador roscado, se fija al cuerpo moldeado por soplado por ejemplo mediante tornillos y, opcionalmente, un anillo de junta. Alternativamente, tales insertos pueden ser pegados con cola al exterior del cuerpo.

Estos procedimientos de la técnica anterior han probado ser caros y de una utilidad dudosa; los insertos fijados mediante tales procedimientos no han producido juntas suficientemente herméticas entre el cuerpo y el inserto, especialmente si la vasija se va a someter a una presión interna o a ciclos de temperatura durante la utilización.

Un intento de superar estas desventajas de la técnica anterior se describe en la patente americana de Liekens y otros US Nº 4,994,132. De acuerdo con la patente de Liekens, el cuerpo de la vasija a presión está moldeado por soplado a partir de una preforma o parisón alrededor de un inserto, el inserto estando suficientemente separado de la superficie interior de la preforma como para que no se dañe por el calor durante la formación de la pared lateral. Después de que se haya formado el cuerpo moldeado por soplado, pero antes de que se haya enfriado el cuerpo, el inserto se desplaza desde una posición muy en el interior de la cavidad hacia la superficie interior de un orificio en el cuerpo moldeado por soplado. El inserto se funde entonces con el material del cuerpo de termoplástico que rodea el orificio y se extrae el aparato que ha sostenido el inserto. El procedimiento de Liekens tiene las desventajas de que requiere una maquinaria de fabricación compleja y requiere que los componentes que se van a unir estén casi fundidos, creando de ese modo el peligro de la deformación y el dañado por calor de partes de las paredes laterales de la vasija alejadas del lugar de la fusión.

También es conocida una técnica denominada soldadura por fricción en ciertas aplicaciones de recipientes para soldar juntos dos componentes del recipiente. La patente americana US Nº 4,762,249 a favor de Fortuna y otros muestra una técnica para la soldadura por fricción de un extremo de un recipiente de termoplástico a un cuerpo del recipiente formado como un cilindro a partir de material compuesto. El cilindro tiene un cuerpo de cartulina y un recubrimiento de termoplástico. El recubrimiento del cilindro está soldado por fricción al extremo del recipiente. Los recipientes de este tipo son útiles para el envasado de fluidos que no estén a presión tales como zumo de naranja congelado y aceite. La patente US Nº 4,762,249 de Fortuna muestra una interfaz vertical (esto es, una la cual está alineada con el eje del cilindro) entre la capa de termoplástico del cilindro compuesto y el extremo del envase de termoplástico. Otras patentes americanas a favor de Fortuna muestran procedimientos de fabricación similares, tales como las patentes americanas US Nº 4,584,037 y 4,534,751. Las patentes americanas Nº 4,353,761 y 4,411,726 a favor de Woerz muestran un elemento extremo de termoplástico con un reborde que pende hacia abajo que está soldado por fricción a un recubrimiento termoplástico interior de un extremo abierto de un cilindro compuesto fabricado de cartulina recubierta de termoplástico. El reborde que pende hacia abajo o aleta tiene una ligera conicidad hacia dentro.

La patente americana US Nº 4,466,845 también a favor de Fortuna, muestra dos componentes de un recipiente moldeado por soplado (una parte superior y un fondo). Rebordes dispuestos verticalmente de las mitades superior y del fondo se ajustan juntas en un ajuste de interferencia y se sueldan juntas por fricción. Estos recipientes están descritos como relativamente pequeños y provistos para fluidos bajo presión tales como cerveza y soda.

La patente americana US Nº 4,606,470 a favor de Barlics muestra un cuello de un recipiente el cual está adaptado para estar permanentemente cerrado mediante soldadura por fricción a un cierre del recipiente. Particularmente, el documento US 4,606,470 expone un recipiente que tiene un orificio con una interfaz soldada formada alrededor del orificio. El recipiente incluye una parte sacrificatoria anular para formar un burlete soldado fundido en la interfaz de soldadura. También se describe un tapón provisto de una pared lateral, una parte inferior de la pared lateral estando dimensionada para ser recibida en el orificio. El tapón adicionalmente incluye una falda unida a la pared lateral por encima de la parte inferior, una interfaz de soldadura de la falda siendo complementaria a la interfaz de soldadura del recipiente. El cuello y el recipiente están soldados juntos por fricción, la parte sacrificatoria del recipiente formando un burlete de soldadura el cual se funde junto con las interfaces de soldadura de la falda y del recipiente. La soldadura por fricción ocurre a lo largo de una interfaz vertical y los finos generados por la soldadura por fricción se recogen en una cubeta provista para ese fin.

Ninguna es de estas referencias de la técnica anterior muestran la soldadura por fricción como un procedimiento de fabricación de vasijas grandes a presión de plástico, en donde la unión a lo largo de las interfaces cilíndricas puede no ser suficiente para mantener la integridad de la junta bajo presión a largo plazo.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona una vasija como se describe en la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

Aspectos adicionales de la invención y sus ventajas se pondrán de manifiesto a partir la siguiente descripción detallada, en la cual caracteres iguales identifican partes iguales y en los cuales:

La figura 1 es una vista en alzado parcial de un cuerpo de revestimiento de un depósito moldeado por soplado fabricado según la invención, versiones acortadas del cuerpo de revestimiento están representadas en líneas ocultas;

la figura 2 es una vista extrema del revestimiento representado en la figura 1 que ilustra el extremo opuesto al extremo abierto;

la figura 3 es una vista desde arriba de un inserto o conectador roscado de acuerdo con la invención;

la figura 4 es una vista en sección axial tomada sustancialmente a lo largo de la línea 4-4 en la figura 3;

la figura 5 es una vista en sección axial detallada de un inserto y un revestimiento del depósito de acuerdo con la invención, las imágenes el inserto y del revestimiento del depósito estando yuxtapuestas para mostrar el material que se va a sacrificar durante la soldadura por fricción;

la figura 6 es una vista en parte esquemática y en parte en alzado de una máquina de soldadura por fricción del revestimiento y el inserto del depósito de acuerdo con la invención;

la figura 7 es un detalle de la figura 6, que muestra un conjunto del cabezal de accionamiento del inserto de acuerdo con la invención;

la figura 8 es una vista esquemática de un cuerpo de revestimiento y un inserto de acuerdo con la invención con una parte de la pared lateral del revestimiento eliminada y el inserto representado en sección axial, ilustrando una primera etapa de montaje;

la figura 9 es una vista en sección esquemática similar a aquella representada en la figura 8 que ilustra una segunda etapa del montaje;

la figura 9a es un detalle a mayor escala de la figura 9;

la figura 10 es una vista en sección esquemática similar a las figuras 8 y 9 que muestra una etapa final del montaje;

la figura 10a es un detalle de la figura 10;

la figura 11 es una vista isométrica de una parte extrema de una vasija completa de acuerdo con una segunda forma de realización de la invención, mostrando la utilización de dos insertos;

la figura 12 es una vista desde el extremo de la vasija representada en la figura 11; y

la figura 13 es una vista lateral de la parte extrema de la vasija representada en la figura 11.

Descripción detallada de la forma de realización ilustrada

En la figura 1 se representa un componente del cuerpo de una vasija, tal como por ejemplo el cuerpo de revestimiento de un depósito 20. En la forma de realización ilustrada, el cuerpo de revestimiento del depósito 20 está formado alrededor de un eje 22. Un extremo 24 de una versión corta del revestimiento del depósito 20 se representa en líneas ocultas, la longitud entera de la versión corta del revestimiento del depósito 20 siendo un poco inferior a un pie (0,30 m). El cuerpo de revestimiento del depósito ilustrado 20 y cuerpos de revestimiento del depósito más largos provistos del mismo diámetro se pueden fabricar fácilmente utilizando la técnica de moldeado por soplado. Un revestimiento del depósito 20 de una longitud más larga (aproximadamente dieciocho pulgadas, 0,46 metros) tiene una pared extrema representada en líneas ocultas en 26. Los revestimientos del depósito de una longitud incluso más larga se pueden fabricar de acuerdo con la invención. Una pared lateral cilíndrica 28 del cuerpo de revestimiento del depósito 20 se puede extender hasta una distancia tal que el revestimiento del depósito pueda ser de tres pies (0,91 m) de longitud o más.

El cuerpo de revestimiento del depósito 20 está formado de un material termoplástico y en la forma de realización ilustrada está formado de un polímero de polietileno de alta densidad (HDPE) provisto de un peso específico de 0,940. Se pueden utilizar otros termoplástico compatibles que se fundan bajo calor por fricción, tal como por ejemplo ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) otros polímeros de estireno tal como por ejemplo SAN, polipropileno, nilón y óxido de polifenileno (PPO). El cuerpo de revestimiento del depósito 20 tiene una pared 30 la cual es suficientemente gruesa como para soportar un fluido bajo presión, tal como por ejemplo 1,3878 x 10^{3} Pa (200 libras por pulgada cuadrada).

El cuerpo de revestimiento del depósito 20 tiene paredes extremas curvadas 32 y 24 o 26 en cada uno de sus extremos axiales. Una pared extrema opuesta o no abierta 26 se ilustra en la figura 2 en vista en alzado.

El cuerpo de revestimiento 20 tiene un orificio 34 el cual comunica el interior del cuerpo de revestimiento 20 con el exterior. En la forma de realización ilustrada, el orificio circular 34 termina en la pared extrema 32 y está formado alrededor del eje del cuerpo 22. Por lo menos en la vecindad del orificio 34, una superficie exterior 36 de la pared extrema 32 está formada como una superficie de giro no cilíndrica, tal como por ejemplo la superficie curvada de forma convexa aplanada 36 representada en la forma de realización ilustrada. En formas de realización alternativas, la superficie 36 puede ser un disco, un paraboloide, un esferoide, una superficie tronco cónica o una forma más complicada, siendo de sección tanto continua de forma suave como discontinúa o escalonada y tanto vuelta hacia el exterior como invertida hacia el interior. Una superficie curvada generalmente de forma convexa 36 se prefiere debido a sus características de soporte de la presión y su relativa facilidad de fabricación mediante moldeado por soplado.

En formas de realización no ilustradas todavía adicionales, el orificio 34 no tiene que ser coaxial con el eje del cuerpo de revestimiento 22. En cambio puede estar formado un orificio 34 en una parte de la pared lateral cilíndrica 30, en tanto en cuanto la parte próxima de la superficie exterior de la pared lateral 30 se adapte a una superficie no cilíndrica de giro alrededor de un eje del orificio 34. En estas formas de realización alternativas, una protuberancia puede estar formada alrededor de la periferia del orificio 34 provista de una superficie la cual será el punto de partida desde la superficie exterior generalmente cilíndrica de la pared lateral 30.

La superficie exterior 36 tiene una parte deprimida 38 formada alrededor del orificio 34. La parte deprimida 38 tiene una superficie lateral superior o interfaz 41.

Un inserto representativo 42 para el cuerpo de revestimiento 20 se ilustra en las figuras 3 y 4 siendo un conectador roscado. Al igual que el cuerpo de revestimiento 20 el inserto está formado de un material termoplástico, tal como por ejemplo un polietileno de alta densidad; otros polímeros termoplásticos tales como copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), otros copolímeros de estireno tales como SAN, polipropileno, nilón y óxido de polifenileno (PPO) se pueden utilizar en cambio. De forma preferible, la viscosidad del inserto 42 en un estado fundido es mayor que la del cuerpo 20 a la misma temperatura, o por lo menos más alta que la composición del cuerpo 20 en la proximidad del orificio 34. La inclusión de partículas de fibra de vidrio en la composición del inserto 42 eleva su viscosidad en una cantidad suficiente como para causar el fundido por fricción y el desplazamiento de ciertas partes del material del cuerpo de revestimiento alrededor del orificio 34, mientras poco del material del inserto 42 es desplazado de ese modo. La inclusión de partículas de fibra de vidrio en el inserto también hace de superficies del inserto más abrasivas, mejorando el proceso de soldadura por fricción descrito más adelante en este documento. En la forma de realización ilustrada, la composición del inserto 42 es aproximadamente un 30% de fibra de vidrio, y el punto de fusión del inserto 42 es aproximadamente 204ºC. El punto de fusión del cuerpo de revestimiento 20 es aproximadamente 204ºC. En una forma de realización alternativa, la composición del inserto 42 se puede escoger para que tenga un punto de fusión más elevado que la composición del cuerpo de revestimiento 20.

Debido a su típica función como conectador a, por ejemplo, otros componentes de fontanería o que transportan fluidos, el inserto 42 está fabricado a tolerancias más estrechas que el cuerpo de revestimiento moldeado por soplado 20 y tiene una composición diferente, es decir, fibra de vidrio está moldeada en su interior. Por estas razones, el inserto 42 está formado mediante moldeado por inyección como un conjunto separado. El inserto ilustrado 42 es un conectador roscado, provisto de roscas 44 en una superficie cilíndrica interior 46 de una pared lateral principal que se extiende hacia abajo 48. Una superficie exterior 50 de la pared lateral 48 es cilíndrica desde una superficie anular, de ranura, límite superior o tope 52 hasta un extremo inferior 54 del inserto 42.

La superficie de ranura 52, la cual en la forma de realización ilustrada es un disco anular formado en un plano ortogonal al eje 22, está unida en una dirección radial hacia fuera mediante una superficie cilíndrica que pende hacia abajo 56, la cual se extiende hacia abajo una corta distancia tal como dieciséis centésimas de pulgada. En su término inferior la superficie que pende hacia abajo forma una esquina con una superficie que se extiende radialmente hacia fuera 58, la cual, en la forma de realización ilustrada, es ortogonal al eje 22 y se extiende hacia fuera en aproximadamente una décima de pulgada. Una superficie cilíndrica separada más hacia fuera adicional 59 se extiende desde el margen exterior de una superficie horizontal 58 hacia abajo hasta un punto 61. Desde este punto una superficie inferior o interfaz 60 de un reborde o falda 62 se extiende tanto hacia abajo como hacia fuera en un ángulo agudo con relación al eje 22. La interfaz 60 es una superficie no cilíndrica de giro alrededor del eje 22, de tal modo que será capaz de transmitir un componente sustancial de fuerza axial a la superficie 41 de la depresión 38 (figura 4), con la cual está diseñada para acoplarse. En la forma de realización ilustrada, la interfaz 60 está curvada de forma cóncava, una forma que es complementaria a la superficie curvada de forma convexa 41 de la depresión 32. La falda 62 termina en un margen exterior 64. La profundidad y el límite radial exterior de la depresión 38 y el grosor y el límite radial exterior de la falda 62 se escogen de tal manera que la falda 62, junto con el material fundido del proceso de soldadura por fusión, se ajustará en la depresión 38. De esta manera, la superficie exterior de la pared extrema de la vasija completada será sustancialmente continua.

Cuando el inserto 42 se yuxtapone en el orificio 34 al cual está diseñado que se va a unir, como se representa en la figura 5, se pone de manifiesto que una parte 68 de la pared lateral vertical o reborde 40 del cuerpo de revestimiento 20 no corresponde con el perfil del inserto 42. La parte 68 de la pared lateral 40 y en una menor medida un resalte del revestimiento 70 formado por debajo del mismo, se funden por la fricción generada por el contacto de la superficie superior 70 de la parte 68 con la superficie de la ranura 52 y la superficie giratoria 52 con respecto a las mismas y más tarde en el proceso de soldadura por fricción al entrar en contacto y girar la superficie del inserto 58 sobre el resalte 70 de la pared lateral 40 para formar un burlete de soldadura fundido. Este burlete fluido de material termoplástico fluye dentro de un canal 74 unido y definido por la superficie de interfaz inferior 60 de la falda 62, por una parte, y la superficie 41 de la depresión del techo, por la otra. Cuando el material fundido deja la zona en la cual se genera la fricción, se enfría y se vuelve a solidificar creando una soldadura circunferencial ancha resistente entre la superficie del inserto inferior 60 y la superficie lateral 41 de la depresión 38. Un labio extremo 76 de la depresión 38 sirve como un término de la depresión 38 y actúa para contener el material fundido.

La figura 6 es una vista en alzado de una parte de una máquina, indicada globalmente por 80, la cual está diseñada para soldar por fricción un inserto 42 dentro de un orificio 34 del cuerpo de revestimiento 20. La figura 6 muestra un inserto 42 recientemente fijado a un cuerpo de revestimiento 20 y la máquina 80 en una posición retraída. Un motor 82, el cual en la forma de realización ilustrada es un motor hidráulico lineal, que controla la posición horizontal de un bastidor 83. Fijado al bastidor 83 hay un cabezal giratorio 86 el cual está adaptado para ser girado mediante un motor giratorio 84, también montado en el bastidor 83 a una gama elevada de velocidades, tal como por ejemplo 4000 rpm. Un mecanismo de agarre, representado esquemáticamente en 87, el cual, por ejemplo, puede ser un mecanismo de agarre autocentrante en bloque en V en el cual las caras de estrechamiento del bloque en V están dispuestas en planos los cuales son paralelos al eje 22 y los cuales forman intersección entre sí, fija el cuerpo de revestimiento 20 y su orificio 34 con respecto al eje 22 tanto axialmente como angularmente. El cabezal giratorio 86 está dispuesto para que sea coaxial con el orificio 34. Un inserto 42 se coloca en el cabezal 86. El cabezal 86 se hace girar entonces y el cilindro 82, el cual preferiblemente tiene una carrera que es paralela al eje 22, desplazar el cabezal giratorio 86 hacia el cuerpo 22.

Ciertas características estructurales del cabezal giratorio 86 se muestran con más detalle en la vista en alzado de la figura 7. Una placa de inserto del cabezal de accionamiento 88 incluye un inserto central 90 el cual está insertado dentro de la boca del conectador 42. Un resalte 92 del conectador 42 (figura 3) se inserta dentro de un canal de recepción anular 94. El resalte 92 está equipado con una serie de superficies de chaveta o de llave 96, las cuales en la forma de realización ilustrada son prolongaciones semi-cilíndricas convexas formadas en la pared lateral exterior del resalte 92. Estas superficies de chaveta 96 ajustan en el interior de respectivas superficies de chaveta o de llave cóncavas el 98 en la placa del inserto del cabezal de accionamiento 88. Las superficies de chaveta 98 están formadas en una superficie interior de una pared lateral exterior 100 de la placa del inserto del cabezal de accionamiento 88.

Con referencia otra vez a la figura 6, el cabezal de accionamiento 86 está fijado por ejemplo por medio de espárragos 102 a un mecanismo de embrague 104. El mecanismo de embrague 104 imparte selectivamente un momento de torsión al cabezal de accionamiento 86 desde el motor giratorio 84, tal como por ejemplo un motor hidráulico. En la forma de realización ilustrada, una bomba 106 está conectada a través de una tubería 108 a un puerto hidráulico 109, y una tubería de retorno del fluido hidráulico 110 acopla un puerto hidráulico 112 de vuelta a la bomba 106. Un sensor de presión hidráulica 114 está instalado en la tubería 108 para detectar la presión de la tubería 108. La bomba 106 está accionada por un suministro de energía eléctrica 116.

Se puede utilizar cualquiera o ambas de las dos trayectorias de control si el motor hidráulico 84 imparte una fuerza de giro al cabezal de accionamiento 86. Primero, una tubería de detección 110 puede conectar el sensor de presión 114 a un control 120, el cual controla el embrague 104 mediante una trayectoria de control apropiada 122. El control del embrague 104 se puede hacer por medio de válvulas hidráulicas y una trayectoria de la señal del impulso de amplitud modulada en el mismo. En lugar o además, el sensor de presión 114 puede estar conectado a través de una tubería de detección 124 al suministro de potencia conmutable 116; si la presión cuando es detectada por el sensor 114 se hace muy alta, la potencia suministrada por el suministro de potencia 114 a la bomba 106 en la línea de potencia 126 se interrumpirá. Puesto que la presión del fluido como es detectada por el sensor 114 está relacionada con el momento de torsión que es aplicado por el cabezal de accionamiento 86, el sensor 114 mide eficazmente el momento de torsión del cabezal de accionamiento y el suministro de potencia 116 o control 120 puede utilizar la señal del sensor 114 para detectar efectivamente si existe un incremento en el momento de torsión del cabezal de accionamiento 186 por encima de un límite previamente determinado, indicativo a su vez del inicio de la fusión del burlete soldado fundido en el interior del canal 74.

Alternativamente, el proceso de soldadura por fricción simplemente se puede temporizar y terminar al final de un límite de tiempo previamente determinado ajustable.

El cilindro hidráulico lineal 82 tiene puertos hidráulicos 128 y 130 para controlar el accionamiento del cilindro lineal 82. El fluido hidráulico es suministrado al cilindro 82 mediante controles eléctricos apropiados y válvulas hidráulicas (no representadas); en una forma de realización, una bomba 106 puede suministrar fluido hidráulico a presión a todos los motores hidráulicos de la máquina. El cilindro 82 está montado en un tornillo de ajuste mecánico 132 para ajustar su carrera y su posición.

Volviendo a la figura 7, el cabezal de accionamiento 86 incluye además un resorte de compresión helicoidal 134 sobre cual está sostenida la placa del inserto del cabezal de accionamiento 88. El resorte helicoidal 134 está dispuesto entre la placa del inserto 88 y una placa de fijación del cabezal de accionamiento 136. El resorte 134 está provisto para regular la fuerza axial distribuida por el cabezal de accionamiento 86 contra el cuerpo de revestimiento 20. El resorte helicoidal 134 reside en el interior de un elemento cilíndrico 138 el cual termina en una superficie delantera anular o extremo 140. El extremo 140 ayuda a definir un régimen de movimiento indicado en 142. En tanto en cuanto la superficie trasera 144 de la placa del inserto 88 está dentro del régimen de movimiento 142, la fuerza aplicada por el cabezal de accionamiento 86 al inserto 42 y al cuerpo cilíndrico 20 estará determinada sustancialmente por la fuerza comprensiva provista por el resorte helicoidal 134. En tanto en cuanto la superficie 144 está dentro del régimen de movimiento 142, la fuerza comprensiva ejercida por el cabezal de accionamiento 86 será proporcional al desplazamiento hacia atrás de la superficie 144 desde la posición ilustrada y la constante de elasticidad del resorte de compresión 134. La carga de resorte de la placa de acoplamiento 88 evita la transmisión de una fuerza axial excesiva al inserto 42 y al cuerpo de revestimiento 20 y asegura que los dos componentes del revestimiento 20 y 42 están bajo una compresión constante durante la soldadura por fricción.

Las figuras 8-10a ilustran etapas sucesivas en un proceso de soldadura por fricción de acuerdo con la invención. La figura 8 muestra una primera etapa de este proceso. El inserto 42 se ajusta en la placa del inserto del cabezal de accionamiento 88 y es girado alrededor del eje del orificio 22, tal como por ejemplo en el sentido de las agujas del reloj y es avanzado axialmente hacia el cuerpo de revestimiento 20 por el cilindro lineal 82 (figura 6). La siguiente etapa está representada en la figura 9 en la cual la superficie de la ranura 52 del inserto 42 ha hecho contacto con la superficie superior 72 de la parte sacrificatoria 68. Como se representa en el detalle ilustrado en la figura 9a, en esta condición existe todavía un espacio entre el resalte 66 del reborde vertical 40 y la superficie horizontal 58 del inserto 42. Cuando las superficies 52 y 72 hacen contacto, la parte sacrificatoria 68 del reborde 40 empezará a fundirse debido al calor generado por la fricción giratoria. El material fundido fluye en el interior del canal 74 entre la interfaz del inserto 60 y la superficie lateral 41 de la depresión 38.

La figura 10 ilustra el inserto 42 y el cuerpo de revestimiento 20 en una última etapa del proceso de unión. En esta configuración, las superficies 66 y 58 (figura 10a) están en contacto una con la otra. Las superficies 66 y 58 proporcionan una interfaz fundida adicional, separada de la parte sacrificatoria 68, la cual forma una superficie de soldadura o de unión adicional. Esta segunda superficie de soldadura es importante para evitar la separación del inserto del cuerpo de revestimiento durante el ciclo térmico de la vasija completada. Puesto que la forma y el perfil de la sección del inserto 42 son necesariamente diferentes de la forma y el perfil del cuerpo de revestimiento del depósito 20, y puesto que las composiciones de los dos componentes son diferentes, se dilatarán y flexionarán de modos diferentes a medida que la vasija es calentada y enfriada. Esta flexión diferencial, si no se combate, puede causar la separación y el fallo. La provisión de una superficie de unión separada del burlete soldado sacrificatoria 68 y la interfaz de la falda 41/60 resiste una flexión diferencial y mantiene la dilatación y la contracción térmica de los dos componentes de forma geométricamente más congruente. El proceso completo de unión, desde el principio del giro hasta completar la soldadura, lleva aproximadamente tres segundos.

Una principal ventaja técnica conferida por la presente invención es que se utiliza un burlete de soldadura 150 para unir el inserto al cuerpo cilíndrico 20 a través de una interfaz relativamente grande 41/60. Este procedimiento de unión es suficientemente resistente como para soportar presiones internas en interior de la vasija de varios cientos de libras por pulgada cuadrada. El proceso de unión del inserto 42 al cuerpo 20 se puede realizar con un equipo mecánico relativamente simple, durante un tiempo relativamente corto y sin una deformación ni un daño estructural significantes debido a la deformación por calor de los componentes que se van a unir.

Las figuras 11-13 ilustran una segunda forma de realización 200 de la invención en la cual dos insertos, un inserto del conectador primario 202 y un inserto del conectador lateral 204, han sido unidos a una pared extrema curvada 206 de un componente de vasija de revestimiento del cuerpo del depósito cilíndrico 208. El conectador primario 202 está soldado por fricción a la pared extrema 206 utilizando el proceso anteriormente descrito y utilizando una parte deprimida 36 alrededor de un orificio 34 en el cual es recibida una falda del inserto curvada hacia abajo 62. Al igual que antes, un eje 22 del conectador 202 es coaxial con el eje del componente de la vasija 208.

Un eje 210 de un segundo orificio 212, sin embargo, no es coaxial con el eje de la vasija sino que forma un ángulo con el mismo. La superficie exterior de la pared extrema 206 parte de su forma esferoidal generalmente alargada en una protuberancia plana 214. Mientras la superficie de la protuberancia 214 está representada como un plano el cual es ortogonal al eje 210, se puede conformar a cualquier superficie de giro alrededor de un eje 210. La protuberancia 214 no está formada, en la forma de realización ilustrada, como una depresión con un labio, sino que puede ser de otra forma de realización. Como se representa en la figura 13, el inserto lateral 204 tiene una simple superficie anular lana 216 la cual está soldada por fricción a la protuberancia 214. En esta y otras formas de realización, la falda del conectador lateral 204 debe adaptarse a la forma de la superficie de giro que forma por lo menos una parte de la protuberancia 214.

Mientras han sido descritas e ilustradas en los dibujos formas de realización preferidas de la invención y sus ventajas, la presente invención no está limitada por las mismas sino únicamente por el ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Una vasija comprendiendo:

un componente del cuerpo de la vasija de termoplástico (20) provisto de una superficie exterior (36) y un orificio (34), el orificio (34) comunicando la superficie exterior (36) del cuerpo (20) con un interior del mismo, el orificio (34) estando provisto de un margen y un eje (22);

una interfaz de soldadura (41) formada alrededor del margen de la superficie exterior (36), la interfaz de soldadura (41) formada como una superficie no cilíndrica de giro alrededor de un eje (22);

una parte sacrificatoria anular (68) el componente del cuerpo (20) para formar un burlete de soldadura fundido en la interfaz de soldadura (31);

un componente de inserto (42) provisto de una pared lateral (48), una parte inferior (54) de la pared lateral (48) dimensionada para ser decidida en el orificio (74); y

una falda (62) funcionalmente conectada a la pared lateral (48) por encima de la parte inferior (54) de la misma y formada para extenderse radialmente hacia fuera desde la misma, una interfaz de soldadura (60) de la falda (62) formada como una superficie no cilíndrica de giro la cual es complementaria a la interfaz de soldadura (41) del componente del cuerpo de la vasija (20), el inserto (42) y el componente del cuerpo de la vasija (20) estando soldados juntos por fricción, la parte sacrificatoria (68) del componente del cuerpo de la vasija (20) formando un burlete de soldadura el cual se funde junto con las interfaces de soldadura (41, 60) de la falda (62) y el componente del cuerpo de la vasija (20).

2. La vasija de la reivindicación 1 en la que un resalte del inserto (42) une la falda (62) a la pared lateral (48) del inserto (42), una ranura (52) formada en el resalte para recibir una parte sacrificatoria (68) y provista de una superficie (58), la fricción generada entre la superficie de la ranura (53) y la parte sacrificatoria (63) causando que la parte sacrificatoria (68) forme un burlete de soldadura fundido, el burlete fundido siendo radialmente desplazado hacia fuera hasta una posición entre la interfaz de soldadura del componente del inserto (60) y la interfaz de soldadura del componente del cuerpo de la vasija (41) antes de la fusión.

3. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 en la que la interfaz de soldadura (41) del componente del cuerpo de la vasija (20) incluye una depresión (38) formada como una superficie de giro alrededor del eje, un área de la depresión (33) seleccionada previamente para recibir la falda (62) del inserto (42).

4. La vasija de la reivindicación 1 en la que la depresión (33) tiene un margen radial exterior (76) adaptado para limitar el progreso radial exterior del burlete soldado fundido.

5. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4 en la que la depresión (33) en la interfaz soldada (41) del componente del cuerpo de la vasija (20) tiene una profundidad previamente seleccionada la cual está adaptada para recibir la falda (62) del inserto (22), de tal modo que la superficie exterior de la vasija terminada en la ubicación de la falda (62) sea sustancialmente continua.

6. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el componente del cuerpo de la vasija (20) tiene una pared lateral globalmente cilíndrica (40) adyacente al margen el cual se eleva desde el mismo, la parte sacrificatoria (68) formando una parte terminal de la pared lateral (40); y un resalte (70) de la pared lateral (40) desplazado axialmente hacia el interior desde la parte sacrificatoria (68), una superficie (58) del inserto (42) que se puede acoplar con el resalte (70) de la pared lateral (40) del cuerpo de la vasija (20) una vez que la parte sacrificatoria (68) ha sido fundida para formar el burlete de soldadura, el resalte (70) formando una segunda interfaz de soldadura para unir el componente del inserto (42) al componente del cuerpo de la vasija (20).

7. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que la superficie inferior (60) de la falda de soldadura (62) es plana.

8. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en la que la falda de soldadura (62) está curvada hacia abajo.

9. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el orificio (34) tiene una superficie interior, la superficie interior estando roscada.

10. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el componente del inserto (42) está moldeado por inyección.

11. La vasija de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el componente del inserto (42) está formado de un material termoplástico que incluye partículas con una característica abrasiva.

12. La vasija de la reivindicación 11 en la que las partículas están formadas de fibra de vidrio.