PT92749B

PT92749B - Dispositivo para detectar no decurso da soldadura variacoes no estado fisico do material plastico de uma peca de uniao para a juncao de tubos

Info

Publication number: PT92749B
Application number: PT92749A
Authority: PT
Inventors: Max Nussbaum; Eric Federspiel
Original assignee: Gaz De France
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1996-01-31
Also published as: CN1027357C; EP0376773B1; CA2004035A1; ES2048138T1; DZ1376A1; EP0376773A2; KR0150425B1; PT92749A; KR900009207A; US5086213A; MC2067A1; JPH02270536A; CN1043659A; FR2643014A1; FR2643014B1; CA2004035C; ATE105769T1; ES2048138T3; DE68915420D1; DE68915420T2

Description

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispo sitivo destinado a detectar, no decurso do seu aquecimento, variações no estado físico do material termossoldável de uma peça de união prevista para ser soldada com uma outra peça do mesmo material em forma de tubo de secção circular ou sensivelmente circular.

Para numerosas aplicações e, em particular, para o estabelecimento de redes de distribuição de gás, utilizam-se hoje, cada vez mais frequentemente, tubos de material plástico, em particular de polietileno.

Não podendo na prática efectuar-se a ligação destes tubos de maneira satisfatória por colagem, somos le vados a soldar os mesmos, mais precisamente a termossoldã-los.

Para isso, recorre-se geralmente a uma peça de união que pode em especial consistir numa manga que ser1

ve para ligar uma das extremidades de dois tubos, ou ainda, por exemplo, numa tomada de derivação que tem localmente a forma de uma sela e que permite a ligação transversal dos tubos. Seja qual for a peça de ligação escolhida, esta compreende de maneira usual, na sua espessura, uma resistência eléctrica de aquecimento, colo cada junto da superfície que deve entrar em contacto com a do tu bo. A operação de soldadura é realizada ligando a resistência a uma fonte de energia eléctrica (tal como uma fonte de corrente alternada rectifiçada) que, por efeito de Joule, vai aquecer a resistência e provocar o amolecimento com fusão do material plãs^ tico circundante, efectuando assim a soldadura.

Por muito vantajosa que seja, um tal téc nica de ligação apresenta no entanto uma dificuldade, designadamente o controlo do tempo de aquecimento da resistência necessário para obter uma soldadura de boa qualidade e portanto a forma ção de um bloco unitário entre o ou os tubos e a peça de união.

Sabe-se hoje que um tal controlo pode ser efectuado de maneira satisfatória essencialmente pela observação continuada de duas grandezas físicas: a temperatura e o vo lume do material que constitui as peças a soldar.

Para realizar o controlo activo destes parâmetros, foi proposto fazer, numa das peças a ligar, pelo menos uma cavidade em cujo interior pode penetrar o material amole eido, estendendo-se esta cavidade segundo um eixo sensivelmente radial relativamente ao ou aos tubos, até à vizinhança de uma parte da resistência e terminando por uma parede de fundo. A esta cavidade está adjacente um sensor apropriado para captar, no seio desta cavidade, variações no estado físico do material, estando este sensor em geral associado a meios apropriados para co mandar o corte da alimentação com energia eléctrica da resistência de aquecimento.

Foram aliás jã previstos diferentes tipos de sensores, tais como, por exemplo, uma termossonda, um microin terruptor sensível ã pressão do material amolecido no seio da ca vidade, ou ainda um sensor sensível ã dureza ou ã consistência deste mesmo material.

Tais sensores, e outros, estão descritos designadamente no pedido de patente francês FR-A-2 2555 936 e nos

seus certificados de adição FR-A-2 572 327 e FR-A-2 600 008.

Porém, apesar de todos estes aperfeiçoamentos, persistem ainda certos problemas e nem sempre a qualidade de soldadura das peças é satisfatória.

Em particular, diferentes ensaios mostra ram que, para folgas de ligação reduzidas entre as peças, o tempo de soldadura tende a diminuir, quando as folgas aumentam, o que, como se compreende, prejudica seriamente a qualidade da sol. dadura.

Ora, na prática, as folgas de ligação po dem variar de maneira importante conforme as peças utilizadas.

Além disso, as técnicas actuais de solda dura não permitem conseguir em boas condições que a espessura de material fundido no decurso do aquecimento aumente com as dimensões das peças a ligar, o que na prática é necessário.

A presente invenção tem por objecto resolver estes diferentes problemas definindo condições de forma, de dimensões e de posição das cavidades nas quais o material amo lecido penetra no decurso do aquecimento e ao nível das quais os sensores captam as variações do seu estado físico.

De acordo com uma primeira caracter!stica da presente invenção, a distância entre a parede do fundo da cavidade e a parte da resistência que lhe fica mais próxima, por um lado, e o dimensionamento em secção, segundo um plano sensivelmente perpendicular ao seu eixo, desta mesma cavidade na proximidade da sua parede de fundo, por outro lado, deverá ser menor ou igual ã espessura de material que amolece quando do aquecimento das peças.

Assim, poderá garantir-se o amolecimento com fusão do fundo da cavidade antes que a pressão do material fundido pela resistência seja suficiente para a romper, evitan do assim que uma penetração prematura de material fundido na cavidade conduza o sensor a comandar a interrupção da alimentação de energia eléctrica antes que a coesão das peças, ao nível da sua interface de soldadura, seja suficiente para assegurar, depois do arrefecimento, uma soldadura de boa qualidade.

Notaremos desde já que a expressão parte da resistência mais próxima da parede de fundo da cavidade

deve ser interpretada como definindo a zona de resistência situa da mais perto da parede de fundo desta cavidade e sensivelmente em frente desta.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, a cavidade em questão alargar-se-á além da sua parede de fundo apresentando localmente um ressalto tal que a distância que separa este ressalto da parte da resistência mais próxima desta parede de fundo seja inferior ou igual ao dobro da espessura de material que constitui a peça onde é feita a cavidade e que amoleceu no decurso do aquecimento.

Assim, a maior parte dos sensores existentes actualmente poderão ser colocados na cavidade com condições óptimas de montagem, permitindo um controlo completamente rigoroso do tempo de aquecimento.

Embora a invenção possa ser aplicada para garantir a ligação de diferentes tipos de união e de diferentes tipos de peças tubulares, resta apesar de tudo actualmente, na prática, que um grande número de intervenções consistem na soldadura de dois tubos colocados topo-a-topo e enfiados numa das suas extremidades no interior de uma manga de união provida de um orifício de recepção de secção circular.

As condições de realização que a invenção então impõe são as seguintes:

O d < 0,03.0 +8 e ^{0 h}l θ,θ3.0 + 8 sendo:

d - o diâmetro, expresso em mm, da cavidade referida na proximidade da sua parede de fundo h^ - a distância, expressa em mm, entre a parede de fundo desta mesma cavidade e a parte mais próxima da resistência de aquecimento, e

0-o diâmetro, expresso em mm, do orifício da manga.

A presente invenção, as suas características e vantagens serão mais evidentes na descrição que vai ser feita, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

bos dispostos coaxialmente, prontos para ser ligados por intermé dio de uma manga de união electrossoldável;

A fig. 2, uma vista ampliada do pormenor marcado com (II) na fig. 1; e

As fig. 3 e 4, duas variantes possíveis de realização da cavidade ilustrada na fig. 2.

Fazendo primeiramente referência ã fig. 1, nela está ilustrada uma peça de ligação de material plástico termofusível, tal como polietileno, formando esta peça uma manga cujo orifício (2) vai encaixar-se nas extremidades (3a) e (4a), respectivamente, de dois tubos (3) e (4) cilíndricos circulares também de material plástico termofusível. Os tubos (3) e (4) estão dispostos coaxialmente, sensivelmente no eixo (2a) do orifício da manga e têm um diâmetro exterior ligeiramente inferior ao diâmetro 0 do orifício (2), de modo que a manga e os tubos apresentam superfícies correspondentes frente-a-frente pelas quais vão poder ser ligados entre si no decurso da soldadura.

Para a união dos tubos, a manga (1) compreende uma resistência eléctrica de aquecimento (5) mergulhado na sua espessura, na proximidade imediata da sua superfície int£ rior (la).

A resistência (5) estã ligada pelos seus terminais (6a) e (6b) a uma fonte de energia eléctrica (não representada) própria para assegurar uma elevação da temperatura suficiente da resistência para induzir a soldadura das peças entre si.

Neste caso, a resistência (5) é constituída por uma bobina eléctrica cilíndrica de secção circular de eixo paralelo ao eixo da manga e ligada ã referida fonte de ener gia eléctrica.

Mas poderia também encarar-se a solução de embeber na espessura da manga uma camada de material com características de condutividade eléctrica e de aquecimento comparáveis ãs da bobina.

Para o controlo da soldadura, a peça de ligação (1) estã ainda equipada com dois sensores (7) e (8) dispostos em cavidades (9) e (10) cada uma delas dirigida segundo

um eixo (9a) e (10a) sensivelmente radial relativamente aos tubos, estendendo-se estas cavidades até ã vizinhança da parte da bobina em frente mais próxima, terminando a um mesmo nível por uma parede de fundo (11) que se distingue mais nitidamente nas fig. 2 a 4 (para maior clareza representaram-se as cavidades sem os sensores).

Os sensores (7) e (8), conhecidos em si, podem por exemplo ser constituídos por microinterruptores.

Nos dispositivos conhecidos deste tipo o processo de soldadura das peças é habitualmente tal que uma vez obtido o aquecimento suficiente da resistência, o material plástico que a envolve funde e dilata-se, induzindo, sob a acção desta pressão de dilatação, uma penetração do material amolecido no fundo das cavidades (9) e (10) e prosseguindo depois esta dilatação, uma subida do material nas cavidades até que o material vai exercer nos sensores (7) e (8) uma acção que tende a provocar uma interrupção da alimentação de energia eléctrica para a resistência de aquecimento, interrompendo desse modo o aquecimer to das peças, que se deixam arrefecer.

O inconveniente de um tal processo é que a penetração do material amolecido ou fundido no fundo da cavidõ de é induzido sob a acção da pressão de dilatação do material, c que tem o risco de conduzir a um disparo demasiadamente rápido dos sensores e portanto a uma duração do aquecimento das peças insuficiente. Diversas medições experimentais mostraram com efei to que, para folgas relativamente pequenas entre o diâmetro inte rior da manga (orifício (2)) e o diâmetro exterior dos tubos (3) e (4), o tempo de aquecimento das peças era insuficiente, criando a pressão de dilatação do material uma subida demasiadamente rápida de material para os sensores.

Para evitar este inconveniente, a preser. te invenção prevê pois dispor em primeiro lugar o fundo (11) das cavidades a uma distância tal da parte da resistência de aquecimento mais próxima que o fundo (11) em questão funda sob a acção do aquecimento antes de a pressão de dilatação ser suficiente para empurrar o material fundido para o interior das cavidades.

Para isso, é necessário que (h₁) seja menor que (e), sendo:

a distância média entre o fundo (11) de cada cavida de e o plano geral (15) tangente ã bobina e no qual se estende a parte da resistência mais próxima do referido fundo, e e a espessura de material plástico constitutivo da man ga (1) que funde quando do aquecimento das peças.

Neste caso, nas fig. 2 a 4, esta espessu ra (e) corresponde ã espessura de material situada, relativamente ao eixo da manga, além de, ou no exterior do plano (15).

Para evitar, por outro lado, que um escoamento demasiadamente rápido de material amolecido para a cavi dade conduza apesar de tudo a uma paragem prematura do aquecimen to, a presente invenção prevê além disso controlar a velocidade de escoamento do material por uma configuração rigorosa das cavi dades, de modo tal que o seu dimensionamento em secção transversal seja, pelo menos na proximidade do seu fundo e segundo um plano sensivelmente perpendicular ao seu eixo (tal como (9a) na fig. 2), menor que ou igual à espessura (e) referida de material amolecido.

Assim, pode assegurar-se, qualquer que seja a folga de ligação das peças entre si, tanto uma fusão do fundo (11) das cavidades antes que a pressão do material amoleci do seja suficiente para o romer, como um controlo da velocidade de escoamento deste mesmo material, permitindo que não sejam dis parados os sensores (7) e (8) senão para uma duração de aquecimento da resistência (5) suficiente para assegurar, depois do arrefecimento, uma soldadura de boa qualidade.

Actualmente, a maior parte, senão a tots lidade, dos sensores (7) e (8) existentes são instalados no interior das cavidades.

Poderá pois ser útil em certos casos, conforme as dimensões dos sensores utilizados, dispor de cavidades com um volume interior de recepção relativamente importante.

Também se previu a possibilidade, tal como está ilustrado nas fig. 3 e 4, de dar ãs cavidades uma coníi guração tal que alargam quando nos afastamos da sua parede de fundo (11), apresentando localmente um ressalto periférico (12).

Na prática, este alargamento brusco de secção estará situado a uma distância (h₂) do plano geral (15)

definido atrás, tal que < 2e (sendo (e) sempre a espessura atrás referida de material fundido) .

Deste modo, dispor-se-á de uma altura de gargalo Ah = ” ^hi suficiente para controlar de maneira eficaz a subida de material em cada cavidade, respeitando os gargalos em questão, evidentemente, as caracterIsticas atrás menciona das, no que respeita ao seu dimensionamento em secção transversal. Pelo contrário, a sua forma em corte transversal poderá variar .

Na fig. 3, temos por exemplo ilustrada uma cavidade que se apresenta com o aspecto de dois cilindros unidos de secção circular tendo sucessivamente, a partir do fundo (11), um diâmetro (d) e depois um diâmetro (D), sendo D > d.

Neste caso, e supondo que se utiliza uma manga que compreende um orifício (2) de secção circular de diâme tro 0, as condições dimensionais a respeitar para obter um tempo de aquecimento das peças que assegure uma soldadura de boa qualidade serão:

d 0,03.0 + 8

O $ 0,03.0 + ^{8 e} (0,01.0) + 0,7 h₂ $ (0,06.0) + 2,8 sendo d, e 0 expressos em mm.

E, se se pretender introduzir como parâmetro a espessura (e) atrás definida, tendo em conta resultados dos ensaios mencionados, as condições dimensionais a respeitar simultaneamente tornar-se-ão então, no que respeita ã peça de li. gação utilizada:

0 <	d
0,83	e - 2 d <. 0,83
1,14	e - 1 h₂ < 1,14
0	^h2
0,7 e	>-l^.h₁<0,7e
0	^hl

(sendo d, h?, e sempre expressos em mm).

É claro que se a cavidade não tiver qual.

quer ressalto, a condição referente a h? não teria razão de exis

tir (ver a fig. 2 na qual se representou uma cavidade (9) cilíndrica de secção circular constante).

Na fig. 4 representou-se uma outra variante de realização, na qual a cavidade se apresenta sob a forma de dois cilindros de secção circular de diâmetro respectivos (d) e (D) ligados por um tronco de cone cuja face menor está situada ã distância (h^) do plano (15) da resistência (5).

É claro que numerosas outras formas pode riam ser encaradas para as cavidades, sob a reserva de as características dimensionais atrás mencionadas serem respeitadas, sen do o número de cavidades e de sensores função da aplicação escolhida.

Também a invenção é aplicável a peças de ligação diferentes das mangas, tais como por exemplo tomadas de derivação, tendo localmente a forma de uma sela que cavalga a su perfície exterior de um tubo para a sua ligação com um outro tubo disposto transversalmente.

Para maior clareza da descrição apresentam-se a seguir dois exemplos de ensaios que foram feitos com vista à soldadura de um tubo e de uma manga que compreende uma cavidade tal como a ilustrada na fig. 3 e uma bobina eléctrica para o aquecimento das peças.

	Unidades	Exemplo 1	Exemplo 2
Diâmetro médio do orifício da manga	mm	111,0	169,7
Diâmetro do fio metálico que constitui a bobina	mm	1,20	1,30
Natureza da bobina		Cu Ni 6	Cu Ni 6
Resistividade eléctrica da bobina a 23QC	Ω m	9,9 x 10⁸	9,9 x IO⁸

	Unidades	Exemplo 1	Exemplo 2
Coeficiente de temperatura	„ -1		-6
da bobina (<%) (1)	K	700 x 10	700 x 10
Número de espiras		14,75	11,75
Passo de enrolamento	mm	3,8	5,25
Espessura de plástico entre a bobina e a interface de soldadura (la)	mm	0,55	0,75
Resistência eléctrica da bobina a 23QC		1,0	1,02
Tensão eléctrica de aquecimento	V	39	39
Tempo de aquecimento medido	segundo	200	350
d	mm	2,0	3,0
^hl	mm	2,25	3,0
^h2	mm	4,75	6,0
Distância entre o fundo da cavidade e o sensor	mm	9,70	9,45
e	mm	3,9	4,975

(1) Este coeficiente traduz a variação da resistividade da bobina em função da temperatura, segundo a relação f = Ρ (ί + <* (τ - τ ) o o

- 10 (o a resistividade ã a resistividade à 23QC)

temperatura T temperatura de referência Τθ (_Tq =

Este coeficiente depende directamente da natureza da resistência.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para detectar no decurso do seu aquecimento, variações do estado físico de um material plástico termofusível, compreendendo este dispositivo:

- uma peça (1) de ligação prevista para ser soldada em torno de pelo menos uma outra peça (3,4) tubular feita de material termoplástico termofusível, apresentando as referidas peças superfícies respectivamente interior (la) e exterior pelas quais são ligadas mutuamente no decurso da soldadura tendo sido feita pelo menos uma cavidade (9,10) no seio da qual o material amolecido é susceptível de penetrar na referida peça de ligação (1), estendendo-se esta cavidade segundo um eixo sensivelmente radial relativamente à peça tubular (3,4) e à referida peça de ligação, terminando por uma parede de fundo (11) adjacente à referida superfície interior (la) da peça de ligação, uma resistência eléctrica (5) de aquecimento embebida na peça de ligação (1) entre a sua referida superfície interior (la) e a referida cavidade (9,10), a uma distância radial mínima dada (hj da referida parede de fundo (11) da cavidade, sendo a referida resistência susceptível de ser ligada a uma fonte eléctrica para fazer fundir o referido material termofusível numa espessura radial predeterminada de material fundido com vista à soldadura mútua das referidas peças (1;3,4),

- e pelo menos um sensor (7,8) colocado na referida cavidade (9,10) para aí captar variações de estado físico do material, sendo o dispositivo caracterizado por a referida distância radial mínima dada (hj e o dimensionamento (d), em corte segundo um plano sensivelmente perpendicular ao seu eixo da referida cavidade (9,10) na proximidade da sua parede de fundo (11) serem cada um deles escolhido por forma a serem iguais ou menores do que a espessura radial predeterminada de material fundido (e), medida a partir da referida distância (5) até à superfície exterior da referida peça de ligação.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida distância radial mínima (hj ter um valor sensivelmente igual ao da espessura radial predeterminada de material que funde quando do aquecimento das referidas peças (1;3,4) antes que uma pressão de dilatação induzida pelo aquecimento provoque a penetração do referido material fundido na cavidade (9,10) numa espessura radial e - hj..
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado por a cavidade (9) apresentar um ressalto de apoio (12) separado da resistência (5) por uma distância (h₂) menor que ou igual ao dobro da referida espessura radial predeterminada (e) de material fundido, medida desde a resistência (5) até à superfície exterior da peça de ligação (1).
4. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por, no caso de a peça (1) de ligação se apresentar na forma de orifício (2) de secção apropriado para receber uma manga que compreende um circular com um diâmetro (0) interiormente a referida peça (3,4) tubular e de a referida cavidade (9,10) apresentar uma secção circular ou sensivelmente circular, se verificarem as relações seguintes:

0 < d < (0,03 . 0) + 8 0 < h_x < (0, 03 . 0) + 8 sendo os valores de 0 e hi expressos em milímetros.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, no caso de a peça (1) de ligação se apresentar na forma de uma manga que compreende um orifício (2) de secção circular de diâmetro (0) apropriado para receber interiormente pelo menos a referida peça (3,4) tubular, se verificar a relação seguinte:

(0,01 . 0) + 0,7 < h₂ < (0,06 . 0) + 2,8 sendo os valores de 0 e h₂ expressos em milímetros.
6. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 5, caracterizado por se verificarem as relações seguintes:

0 < d

0,83 e - 2 < d < 0,83 e

1,14 e - 1 < h₂ < 1,14 e + 1,5

0 < h₂

0,7 e - 1 < hi < 0,7 e + 0,5

0 < h_: sendo os valores de d, h_iz h₂ e e expressos em milímetros.