NO311836B1 - Sveisemaskin for plaströr og anordning for å spenne fast rörender for sammensveising - Google Patents

Description

Bakgrunn

Ved skjøting av plastrør for krevende bruk har det ikke vært mulig å bruke handsveising. De"tte skyldes hovedsakelig at det ikke er mulig å avsette tilstrekkelig jevn sveisefuge for hand. Det er riktignok kjent å sveise metallrør, særlig rør av stål og aluminium, ved hjelp av selvstyrt utstyr. Men til nå har det ikke vært mulig å gjennomføre slik automatisert sveising av plastrør.

Sveising av plastrør med dimensjon over ca. 100 mm skjer derfor nå ved å varme opp rørendene med varmeelement ("speil"). Deretter fjernes varmeelementene og rørendene presses sammen. Denne framgangsmåten er plasskrevende og effektkrevende (10-100 kW). Ved store dimensjoner kan avkjølingstida ta flere timer, fordi det kreves stor tilførsel av varme.

Fra GB patentsøknad 2.195.570 (British Nuclear), NO-patentskrift 180157 (Atlantic Point), JP-patentsøknad 55068197 (Hitachi) og JP-patentsøknad 5329686 (Fujita) er det kjent forskjellige anordninger for sveising av og med metall. Det er imidlertid en grunnleggende forskjell mellom sveising med elektrisk strøm og metallelektrode, som har vært utført med automater i årtier, og sveising av plast, som krever tilførsel av energi på en annen måte og som har en annen mekanisme for å gjøre sveisematerialet flytende og oppnå sammenføyning.

Når det gjelder spennorgan for å holde sammen to rørender for sveising, er det fra GB-patentsøknad 2 156 468 (Okamoto) kjnet å bruke to diametralt motstående trykkstempel som presser tilnærmet punktvis mot rørveggen. Det gir både ujevn belastning og ingen mulighet for tilførsel av varme. Fra US-patentskrift 5568803 (Cogsdill Tool) er det kjent å bruke et par buete klemsko som riktignok dekker vesentlig større del av omkretsen enn Okamoto-stemplene, men forsatt utøver en trykkpåføring som gir skjeve rørender. EP-patentsøknad 628 378 (CRC-Evans Pipeline) viser et sammensatt system med adskilte rekker av klemsko som virker på hver sin rørende og en felles "backup" ring som dekker skjøten.De adskilte rekkene med klemsko vil aldri kunne gi nøyaktig sammenpasning av rørendene, fordi de virker uavhengig av hverandre. De vil heller ikke kunne gi varmetilførsel til skjøten.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape en sveisemaskin for sveising av plastrør, hvor prosessen kan gjennomføres automatisk. En slik sveisemaskin må kreve lite plass, slik at den kan tas med og brukes på anlegg, for eksempel i vannforsyningssystem og kraftverk, hvor plassen kan være begrenset. Dessuten må den være lett i vekt, for å kunne transporteres lettvindt.

Et annet formål er å skape en anordning for bruk ved rørsveising, for å holde rørendene på plass under sveiseoperasjonen. En slik anordning må holde rørene runde, uten eksentrisitet. Den må være lett å bruke, det vil si lett å montere og lett å ta ut etter bruk.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1 og 5, med spesielt fordelaktige detaljer i patentkrav 2-4 og 6-8.

Sentrale deler av oppfinnelsen er

- en ringklave som er innrettet for montering rundt to rørender som skal sveises sammen,

- at ringklaven er delt for åpning, slik at den kan tas av et sveiset rør,

- at ringklaven bærer minst tre sett med hjulpar, hvorav minst ett sett hjulpar er drivhjul for å trekke ringklaven rundt en oppstilling av to rørender, - at det på ringklaven er festet minst ett sveiseaggregat med et sveisehode som er tilpasset fugeformen for å avsette sveisemateriale, og - at det innvendig i rørendene ved skjøten er løsbart innsatt en anordning med radialt utpressbare klembakker, for å holde de to rørendene tett sammen og gi dem rund form.

Anordning for å holde fast to rørender for sveising, hvor det finnes to eller flere , fortrinnsvis tre, spennbakker, som er forbundet med et ekspanderende organ, er kjennetegnet ved at spennbakkene er innrettet slik at de dekker omkretsen av rørendenes innside tilnærmet fullstendig, med en utvendig diameter som tilsvarer rørets nominelle innvendige diameter.

Flere detaljer rundt dette er tatt med i eksempelbeskrivelsen nedenfor.

Eksempel

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere med henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et enderiss av en sveisemaskin i samsvar med oppfinnelsen, for å bære to sveiseaggregater under skjøting av plastrør,

fig. 2 viser et sideriss av et sveiseaggregat forbruk ved sveisemaskinen i fig. 1,

fig. 3A og 3B viser snitt gjennom et dysehode for de to sveiseaggregatene i fig. 1,

fig. 4 viser et delvis oppsnittet sideriss av en første utførelsesform av en anordning for å holde rørender på plass under sveising,

fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom anordningen i fig. 4,

fig. 6 viser et oppsnittet sideriss av en andre utførelsesform av en anordning for å holde rørender på plass under sveising,

fig. 7 viser et tverrsnitt gjennom anordningen i fig. 6, mens

fig. 8 viser et endriss av en tredje utførelseform av en anordning for å holde rørender på plass under sveising.

I fig. 1 er det vist en ringklave 11 som er sveiset sammen i sekskant av rette rørdeler. For å kunne åpne rørklaven 11 for avtaking fra et sveiset rør, har den ved et hjøme et hengsel 12 og ved et vinkelrett motstående side en åpenbar skrueforbindelse 13. Ved to sidekanter 14 og 15 som ligger på hver sin side av underkanten 16 i figuren er det montert et drivaggregat 17 hhvs. 18. Drivaggregatene 17 og 18 omfatter en motor 19 med trinnløs regulering, et gir 20 med gjennomgående aksel og på hver ende av denne akselen et drivhjul 21 med gummi- eller plastbane, som er beregnet for å gripe inn med og drive en rørende 22.

Forutfor sveising blir rørendene 22 avfaset med en skråkant 23 (fig. 3a, 3b) som etterlater en smal indre kant 24. Dette skjer for å gi plass for ei sveisefuge 25 som blir påført med sveiseaggregatet som er beskrevet nedenfor. Sveisemaskinen kan være forsynt med tilleggsutstyr for kapping og fugeskjæring.

Ved ringklavens 11 øvre kant 25 er det innsveiset ei radial føringshylse 26 for ei rør 27 med en hjulpar 28 ved den indre enden, som kan danne anlegg mot røret 22. Røret 27 gir plass for ei skruefjør (ikke vist) som tjener til å danne trykkanlegg for hjulene mot røret 22. Utformingen av dette fjørsystemet kan skje på hensiktsmessig kjent måte. Denne bærestrukturen har dessuten to føringsstenger 29, 30 som strekker seg parallellt med bærestanga 27 for å sikre stabiliteten.

På en kant 31 av ringklaven 11, som i figur 1 ligger mellom den øvre kanten 25 og hengselet 19 på en sidekant 32, er det montert to sveiseaggregat 33, 34 som vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

I fig. 2 er det vist et sveiseaggregat 33 som kan brukes sammen med rørklaven 11, som aggregat 33 eller 34 i fig. 1, med de individuelle tilpasninger som er angitt nedenfor.

Sveiseaggregatet 33 omfatter en oppvarmings- og drivenhet 35 som er plassert i et hus og som omfatter varmeelementer for luftoppvarming og en drivmotor med drivhjul for framføring av sveisetråd 36 fra en spole 37. Ut fra oppvarmings- og drivenheten 35 rager det en bærearm 38 for et sveisehode 39 som sveisetråden føres fram gjennom. Utformingen av dette vil vil gå fram av fig. 3a og 3b. Oppvarmings- og drivenheten 35 kan være basert på kjent teknologi i forbindelse med plastsveising, hvor det foretas en forvarming av sveisetråd, en forvarming av sveiseområdet med varmluft og en smelting av sveisetråden i sveisehodet 39.

I fig.3a og 3b er det vist to utførelseformer av sveisehodene for sveiseaggregatene 33, 34, som er knyttet til dreieretningen 40 for ringklaven med påmonterte sveiseaggregat 33, 34, som er vist med pil. Med denne dreieretningen vil sveiseaggregatet 33 løpe først langs rørskjøten og avsette en indre del 25a av sveisefuga. For at denne skal få riktig tykkelse, er dysehodet 39' i fig. 3a gjort konisk mot ei endeflate 41 med utløpshull, som har en bredde omtrent lik halve maksimal fugebredde. Sidene opptil endeflata 41 er vinklet i samsvar med avfasingen av rørskjøten, slik at det dannes tettende anlegg sideveis.

I fig. 3b er dysehodet 39" avsluttet med ei rett endeflate 42 som er beregnet på å ligge tettende an mot rørets 22 ytterside, for oppfylling av sveisefuga med en ytre del 25b. Dysehodene 39' og 39" kan være tilvirket av en varmebestandig plast.

På denne måten kan det med maskinelt utstyr foretas en sammensveising av to rørender, som etterlater ei innvendig og utvendig jevn sveisefuge. For å oppnå dette må det finnes en balanse mellom rotasjonshastighet, lufttemperatur og trådtemperatur som gir riktig resultat i hver tilfelle. På denne måten kan det foretas en automatisk rørsveising med vesentlig mindre energiforbruk og vesentlig mindre tidsforbruk enn ved kjente sveisemetoder. Sveisingen kan skje på rør fra diameter i størrelsesorden 5 dm til 5 m, i praksis fra ca. 3 dm og oppover.

For å kunne gjennomføre denne sveisingen er det en forutsetning at rørendene 22 holdes sammen og i riktig form under føringen av ringklaven 11 med sveiseaggragatene 33, 34 rundt omkretsen. Dette kan skje ved hjelp av en spennanordning som er beskrevet i forskjellige eksempler nedenfor.

I fig 4 og 5 er det vist en første utførelsesform av en anordning for å holde fast rørendene 11 under sveising. Denne anordningen har tre spennbakker 51, 52, 53 som hver dekker litt under 120° av omkretsen, med ytterbane som er krummet i samsvar med den innvendige diameteren på rørendene som skal sveises. I praksis kan spennbakkene 51-53 være freset ut av ei sylinderformet stang med riktig utvendig diameter. For å gjøre spennbakkene brukbare for rør med forskjellig diameter, kan de være forsynt med hull (ikke vist) for påskruing av foringssko.

Hver spennbakke 51-53 har fra innsida en radial sylinderboring 54 isart et stempel 55, idet det ved bunnen av hver sylinderboring 54 munner ut en kanal 56 (fig. 4) forbundet med en hydraulikkslange 57 over en nippel. Hydraulikkslangene 57 er forbundet for tilførsel fra ei ikke vist hydraulikkpumpe. Hvert stempel 55 bærer en tetningsring 58 og en avstrykerring 59. Stemplene 55 danner ved sin fri ende anlegg mot en kjerne 60 med tre sideflater, som er festet til ei stang 61 for løfting og flytting av dette utstyret, som i det følgende blir kalt "rørspenner".

For sammentrekking av hver spennbakke 51-53 ved trykkavlastning, er hver spennbakke festet til kjernen med to bolter 62, 63 med skruefjører 64, 65 plassert under skruehodet, for å danne innoverrettet press mot en indre flens 66. Skruene 62, 63, som er skrudd inn i kjernen 60, sørger for en sammentrukket nøytralstilling for rørspenneren.

I fig. 6 og 7 er det vist en alternativ utførelsesform av en rørspenner der ei generelt rørformet hylse 71 er påskrudd en utragende ringflens 72, 73 ved hver ende. Hylsa 71 er tett omgitt av en rørformet gummi- eller plastmembran 74. Radialt gjennom veggen til hylsa 71 er det før en gjengeboring 75 for tilkobling av en trykkluftslange (ikke vist) for tilførsel av trykkluft til rommet 76 bak membranen 74. Membranen 74 er omgitt av tre spennbakker 77, 78, 79 som kan overlappe hverandre og som sammen danner en sylindrisk ytterform.

Hver ringflens 72, 73 bærer en utragende tetningsring 80 i et spor i flensen. Mellom tetningsringene 80 dannes et lukket kammer 81 som ikke slipper ut gass fra det indre sveiseområdet. Tilsvarende kan kammeret 81 tilføres beskyttelsesgass og/eller varmluft for å heve kvaliteten på sveisingen. Dette kan skje gjennom et hull 87 i kanten av den ene ringflensen 72, 73.

For å holde spennbakkene 77-79 sammen under transport og handtering og for å sikre sammentrekking ved luftavlastning, er det ved hver ende i et spor 82 lagt inn en bandformet gummiring 83. Mellom spennbakkene 77-79 er det plassert profilstenger 84,85, 86 (fig. 7) ved hver overgang. Stengene 84-86 har trekantsnitt og kan være tilvirket av metall eller plast. Spennbakkene 77-79 er forsynt med omkretsspor 88, 89, 90 bl.a. for å spare vekt.

I fig. 8 er det vist en tredje utførelsesform av en rørspenner beregnet for bruk ved rørsveisingen i samsvar med oppfinnelsen. På tilsvarende måte som i eksemplene ovenfor, er det anordnet tre spennbakker 91, 92, 93, i eksemplet av rørsegmenter som er forsynt med et par radiale avstivere 94 ved hver ende. Avstiverne 94 kan være innsveiset og tjener som feste for tre luftsylindre 95, 96, 97 som strekker seg vekselvis mellom to nabo-spennbakker 91-93 med sentralt plassert forankring. Ved tilførsel av trykkluft til luftsylindrene 95-97 vil disse presses ut og foreta den fastspenningen av to rørender 22 som kreves.

I praksis vil en la kantene til spennbakkene 91-93 overlappe hverandre, slik at det dannes ei jevn ytterflate, som ikke etterlater noe sveisefuge innvendig.

Bruken av rørspenner for å gi jevnt rund form på rørendene som skal sveises sammen er viktig for å oppnå et godt sveiseresultat.

Modifikasjoner

Ringklaven 11 kan forsynes med flere drivaggregat. Dette er særlig aktuelt ved store rørdiametre.

Utformingen av ringklaven 11 kan speilvendes, slik at den kan brukes for innvendig sveising, for eksempel av rør med stor diameter for kraftanlegg. Ved slik sveising vil en måtte utforme rørspenneren med adskilte eller delte klembakker, som gir plass for sveiseutstyret. Det kan også være nødvendig med en utvendig spennanordning for å sikre rund form og glatt skjøt.

Rørspennerne kan også brukes for sammenspenning av rørender i annen sammenheng enn den som er vist, for eksempel ved manuelle sveisearbeider.

Claims (8)

1. Maskin for skj øring av plastrør, hvor to rør (22) har avfasete ender som danner spor for avsetting av ei forbindende sveisefuge (25), og hvor det finnes midler for å holde rørendene sammen under sveiseoperasjonen, at det innvendig i rørendene ved skjøten er løsbart innsatt en anordning med radialt utpressbare pressbakker, som strekker seg over rørskjøten, samt midler for å tilføre varme som kan smelte plastmaterialet, karakterisert ved- at den omfatter en ringklave (11) som er innrettet for montering rundt to rørender (11) som skal sveises sammen, idet ringklaven er delt for åpning, slik at den kan tas av et sveiset rør, -at ringklaven (11) bærer minst tre sett med hjulpar, hvorav minst ett sett hjulpar er drivhjul (21) for å trekke ringklaven (11) rundt en oppstilling av to rørender (11), - at det på ringklaven (11) er festet minst ett aggregat (33, 34) med et sveisehode (39) som tilfører sveisetråd, - at det finnes adskilte organer for tilførsel av varme til sveisetråd og rørmateriale, - at pressbakkene er utformet for å gi likt trykk over tilnærmet hele røromkretsen, for å holde de to rørendene tett sammen og gi dem nøyaktig rund form og dessuten gi mulighet for tilførsel av varme til rørendene.

2. Sveisemaskin i samvar med patentkrav 1, karakterisert ved at hvert par drivhjul (21) har et gir (20) med en gjennomgående aksel og en styrbar motor (19), idet drivhjulene er plassert på akselendene.

3. Sveisemaskin i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at det er anordnet to aggregat (33, 34) for frammating av sveisetråd, idet det første i arbeidsretningen er forsynt med et konisk sveisehode (Fig. 3b) tilpasset avfasingen av sveisfuga, mens det andre er forsynt med et rett avsluttet sveisehode (Fig. 3b), for å gi glatt utvendig skjøt.

4. Sveisemaskin i samsvar med et av patentkravene 1-3, karakterisert ved at ringklaven bærer utstyr for kapping av rørender og/eller utstyr for kantfasing.

5. Anordning for å holde fast to plastrørender (11) for sveising, særlig sveising ved hjelp av anordningen i samvar med patentkrav 1, hvor det finnes spennbakker, som er forbundet med et ekspanderende organ, karakterisert ved at pressbakkene (51,53) er innrettet slik at de dekker omkretsen av rørendenes innside tilnærmet fullstendig, med en utvendig diameter som tilsvarer rørets nominelle innvendige diameter og at det tilføres likt trykk på de ulike pressbakkene.

6. Anordning i samsvar med patentkrav 5, karakterisert ved at spennbakkene omfatter tre eller flere sylindersektorer (51-53) som hver har én eller flere innovervendte boringer (54) for et tilsvarende antall hydraulisk drevne stempel (55) som virker mot en felles kjerne (60).

7. Anordning i samsvar med patentkrav 6, karakterisert ved at hver av spennbakkene (51-53) er forspent mot en indre endestilling med to eller flere skruefjører (64, 65), som er plassert på bolter (62,63) forankret i den felles kjernen (60).

8. Anordning i samsvar med patentkrav 5, karakterisert ved at spennbakkene (91-93) er forbundet to og to med hydrauliske eller penumatiske kraftorgan, særlig sylindre (95-97), som ved tilførsel av trykkmedium presser spennbakkene utover.