RU2223175C1

RU2223175C1 - Method of radial welding by motion friction of thin-walled tubular parts made from thermoplastic polymers and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2223175C1
Application number: RU2003100973/12A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Зенцов; М.Д. Акульшин; Д.Л. Рахманкулов; Р.А. Соловьев; И.В. Лапшакова
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: welding parts made from thermoplastic polymers in form of bodies of revolution by motion friction. SUBSTANCE: proposed method includes relative engagement of parts to be welded over two mounting surfaces of different diameters, relative rotation of parts, braking and holding them for cooling. Relative engagement of parts is effected over cylindrical engageable mounting surface at radius of outer chamfer of end of pipe changing to conical surface of end face equal to 5-6 magnitudes of radius of change from inner cylindrical surface to cone of bell-mouth. Engagement of parts over other mounting surface is carried out at initial clearance between engageable taper surfaces of end face of pipe and cone of bell mouth not exceeding 1/3 of minimum thickness of walls of parts to be welded together. Walls of parts are pressed by preset radial fusion force. After braking, end of pipe is forced axially into bell mouth at preset force till end of pipe and cone of bell mouth are brought in contact. Circumferential, axial and radial forces applied to parts to be welded together are smoothly distributed over cylindrical surfaces of parts in zone of their contact; radial forces applied outside and inside are balanced. Walls of parts are compressed by radial setting force. Device proposed for realization of this method is provided with clamp having cylindrical working surface, cylindrical slide mandrel which is coaxial to clamp and is provided with drive for motion along axis, pneumatic system for supply and distribution of compressed air, command apparatus and valve unit of pneumatic system. Clamp has toroidal pneumatic chamber communicated with valve unit and fitted on bell mouth. This chamber is made from reinforced elastomer. Cylindrical slide mandrel is located inside bell mouth for rotation and transmission of torque from drive. Mandrel is also provided with toroidal pneumatic chamber which is also made from reinforced elastomer. According to second version, cylindrical slide mandrel has two toroidal chambers mounted coaxially and made from reinforced elastomer; their side walls adjoin tightly through anti-friction washers. Pusher made in form of hollow cylinder is placed between side walls of pneumatic chambers at average diameter of their cavities. EFFECT: avoidance of deformation in welding, forming of flash on weld seam; possibility of controllable action on fusion and setting processes. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сварке трением вращения изделий, имеющих форму тел вращения из термопластичных полимеров. The invention relates to friction welding of rotation of products having the form of bodies of revolution of thermoplastic polymers.

В технике сварки полимерных материалов (Справочник К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк. Сварка полимерных материалов. - Москва: Машиностроение, 1988 г.) известны способы сварки трубопроводов из пластмасс трением вращения встык, в раструб и раструбно-стыковое соединение. In the technique of welding polymeric materials (Reference KI Zaitsev, LN Matsyuk. Welding of polymeric materials. - Moscow: Engineering, 1988), there are known methods for welding pipelines from plastic by end-to-end friction, into a socket and a socket-butt joint.

Общим недостатком этих способов является неизбежность приложения осевого усилия и крутящего момента вне непосредственной зоны сварочного соединения, что однозначно приводит к деформации изделия в околошовной зоне, а в случае тонкостенных трубопроводов от места приложения усилий до места сварки включительно. A common drawback of these methods is the inevitability of the application of axial force and torque outside the immediate area of the weld joint, which unambiguously leads to deformation of the product in the heat-affected zone, and in the case of thin-walled pipelines from the point of application of force to the place of welding inclusive.

Объясняется это следующим образом. При сварке встык околошовная зона материала трубопровода прогревается, жесткость трубопровода в этом месте снижается и под воздействием усилий: сначала осевого усилия оплавления и крутящего момента, а затем усилия осадки трубопровод в месте сварного шва и вблизи его теряет цилиндрическую форму, поскольку между сварным швом и местом приложения осевых и вращающих усилий всегда есть посредническая зона трубопровода, свободная от фиксирующих поверхностей захватов (центраторов) сварочных устройств, препятствующих деформации, что вызвано как технологическими соображениями способа сварки, так и конструктивными особенностями устройств. Кроме того, фиксация деформируемых в процессе сварки зон трубопровода, с целью ограничения их деформации, ведет к росту остаточных сварочных напряжений (см. Справочник, стр. 63, Рис. 2.7 г, д). This is explained as follows. During butt welding, the heat-affected zone of the pipeline material warms up, the stiffness of the pipeline at this point also decreases under the influence of efforts: first, the axial reflow force and torque, and then the upsetting force of the pipeline in the place of the weld and near it loses its cylindrical shape, since between the weld and the place the application of axial and rotational forces there is always a mediation zone of the pipeline, free from the fixing surfaces of the grips (centralizers) of welding devices that prevent deformation, which is caused by ak technological considerations welding method and structural features of the devices. In addition, the fixation of the pipeline zones that are deformed during welding, in order to limit their deformation, leads to an increase in residual welding stresses (see the Handbook, page 63, Fig. 2.7 g, e).

При сварке труб враструб или же раструбно-стыковым соединением явление сварочной деформации трубопроводов, по сравнению с вышеописанным случаем, проявляется более ярко и масштабнее, потому что величины усилий как осевых, так и окружных, значительно, в несколько раз превышают величины усилий при сварке встык, поскольку величины цилиндрических поверхностей трубопроводов, непосредственно контактирующих в процессе сварки, на порядок выше величин поверхностей свариваемых встык торцов. Кроме того, при сварке с применением неостающейся специальной вставки (дорн-гильза) значительно, на порядок, по величине возрастает во время напрессовки раструба на конец трубопровода прогретая зона трубопровода вне фиксирующих поверхностей захватов (центраторов) сварочных устройств. When welding pipes with a socket or socket-butt connection, the phenomenon of welding deformation of pipelines, in comparison with the case described above, manifests itself more vividly and on a larger scale, because the forces both axial and circumferential are significantly several times greater than the forces when butt welding, since the values of the cylindrical surfaces of pipelines directly contacting during the welding process are an order of magnitude higher than the values of the surfaces of butt-welded ends. In addition, when welding using a non-remaining special insert (mandrel), the heated zone of the pipeline outside the fixing surfaces of the grippers (centralizers) of the welding devices increases significantly, by an order of magnitude, when the socket is pressed onto the end of the pipe.

Вероятность образования сварочной деформации трубопроводов возрастает особенно при тонких, относительно диаметра, стенках трубопровода, потому что уровень усилий остается прежним, а жесткость трубопровода меньше, и в значительной мере. The probability of formation of welding deformation of pipelines increases especially with thin, with respect to diameter, walls of the pipeline, because the level of effort remains the same, and the rigidity of the pipeline is less, and to a large extent.

Недостатком известных в технике способов сварки трением вращения является также образование грата в месте сварки, особенно значительного и сравнимого по величине с толщиной стенки при соединениях трубопроводов в раструб или в раструбно-стыковом, поскольку в этом случае количество образующегося при трении расплава материала трубопровода и вытесняемого из зоны контакта свариваемых поверхностей (под воздействием радиальных усилия) больше, чем при сварке встык, по причине больших величин поверхностей контакта. A disadvantage of friction welding methods known in the art is also the formation of grata at the weld site, which is particularly significant and comparable in size to the wall thickness when connecting pipelines to a socket or socket-butt joint, since in this case the amount of pipeline material formed during friction and displaced from the contact zone of the surfaces to be welded (under the influence of radial forces) is larger than for butt welding, due to the large values of the contact surfaces.

Отмеченные недостатки являются препятствиями к использованию известных способов сварки трением вращения при монтаже трубопроводов, работоспособность которых невозможна при наличии искажений их геометрической формы, например линейных трубопроводов пневмопочты, или же при наличии грата, например, канализационных систем жилых и общественных зданий. The noted disadvantages are obstacles to the use of known methods of friction welding during installation of pipelines, the operability of which is impossible if there are distortions of their geometric shape, for example, linear pipelines of pneumatic mail, or in the presence of burrs, for example, sewer systems of residential and public buildings.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ радиальной сварки трением трубчатых деталей на основе полиолефинов, преимущественно армированной трубы и концевой втулки, путем взаимного сопряжения свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительного вращения свариваемых деталей, торможения и выдержки для охлаждения, кроме того, осуществляют сопряжение с начальным натягом дополнительно по второй посадочной поверхности, при этом сопряжение по посадочной поверхности меньшего диаметра осуществляют на диаметре, не превышающем внутренний диаметр армирующего каркаса трубы, и на длине, соизмеримой с толщиной стенки трубы, причем величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают равной 0,6-1,0 от величины начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра, а в центральное отверстие трубы перед сопряжением свариваемых деталей устанавливают опорную оправку. Наряду с этим имеется вариант сопряжения свариваемых деталей, при котором величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают не более 0,6 от величины начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра, при этом перед относительным вращением свариваемых деталей к внутренней поверхности меньшего диаметра прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности. Величину начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра при любом варианте выбирают равной 1-2% от величины этого диаметра (RU 2085383 C1, B 29 C 65/06, 11.01.93 г.). The closest to the invention in technical essence and the achieved results is a method of radial friction welding of tubular parts based on polyolefins, mainly reinforced pipe and end sleeve, by interfacing the parts to be welded along two landing surfaces of different diameters with an initial interference fit in one of them, relative rotation of the welded parts, braking and shutter speed for cooling, in addition, carry out pairing with the initial interference in addition to the second landing surface ty, while pairing on the landing surface of a smaller diameter is carried out at a diameter not exceeding the inner diameter of the reinforcing frame of the pipe, and at a length commensurate with the wall thickness of the pipe, and the initial tightness along the landing surface of a smaller diameter is chosen equal to 0.6-1.0 from the magnitude of the initial interference fit on the landing surface of large diameter, and in the Central hole of the pipe before pairing the welded parts establish a supporting mandrel. Along with this, there is a variant of pairing the parts to be welded, in which the value of the initial interference fit on the landing surface of a smaller diameter is chosen to be no more than 0.6 of the value of the initial interference fit on the landing surface of a large diameter, while a radial expansion is applied to the inner surface of the smaller diameter before the relative rotation of the parts to be welded force uniformly distributed around the circumference. The magnitude of the initial interference fit on the landing surface of a large diameter in any case is chosen equal to 1-2% of the value of this diameter (RU 2085383 C1, B 29 C 65/06, 01/11/93).

Способ осуществляют следующим образом. Концевую втулку предварительно напрессовывают на конец трубопровода с начальным натягом по поверхности большого диаметра, равным 1-2% от величины диаметра, и с натягом по поверхности малого диаметра, равным в одном случае 0,6-1 натяга по большому диаметру, в другом - не более 0,6. При этом в отверстие трубопровода в первом случае устанавливают опорную оправку перед сопряжением свариваемых деталей, во втором - раздвижную цилиндрическую или коническую оправку перед относительным вращением. The method is as follows. The end sleeve is pre-pressed onto the end of the pipeline with an initial interference fit on the surface of a large diameter equal to 1-2% of the diameter, and with an interference fit on the surface of a small diameter equal in one case 0.6-1 interference fit over a large diameter, in the other - not more than 0.6. At the same time, in the first case, a support mandrel is installed in the first case before mating the parts to be welded, and in the second, a sliding cylindrical or conical mandrel before relative rotation.

Приводят свариваемые детали в относительное вращение. Крутящий момент к материалу втулки, примыкающему к сопрягаемым поверхностям, участвующим в сварочном процессе, прикладывают непосредственно в зоне сварки через кольцевой выступ втулки типа фланца. Реактивный крутящий момент к материалу трубопровода, примыкающему к сопрягаемым поверхностям трубопровода, участвующим в процессе сварки, прикладывают через сам трубопровод, причем место приложения крутящего момента и место сварки дистанцированы друг от друга. The parts to be welded are brought into relative rotation. Torque to the material of the sleeve adjacent to the mating surfaces involved in the welding process is applied directly in the welding zone through the annular protrusion of the sleeve type flange. Reactive torque to the pipeline material adjacent to the mating surfaces of the pipeline involved in the welding process is applied through the pipeline itself, and the place of application of torque and the place of welding are spaced from each other.

После разогрева трением вращения сопрягаемых поверхностей свариваемых деталей и образования расплава материала деталей в зоне их контакта относительное вращение деталей прекращают, причем во втором случае натяга по сопрягаемым поверхностям меньшего диаметра перед вращением прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности. После остановки вращения сварочное соединение выдерживают для охлаждения. After heating by rotation of the mating surfaces of the welded parts by friction and the formation of a melt of the material of the parts in the contact zone, the relative rotation of the parts is stopped, and in the second case, the tension on the mating surfaces of a smaller diameter is applied before rotation by a radial tensile force uniformly distributed around the circumference. After stopping the rotation, the welding joint is kept for cooling.

Устройство для осуществления способа включает зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, для фиксации трубопровода и создания реактивного момента, соосно ему опорную оправку, цилиндрическую постоянного диаметра или же цилиндрическую раздвижную или же коническую с приводом для перемещения по оси. A device for implementing the method includes a clamp with a cylindrical working surface, mounted on the base of the device, for fixing the pipeline and creating a reactive moment, a support mandrel aligned with it, a cylindrical constant diameter or a cylindrical sliding or conical with a drive for moving along the axis.

Соосно зажиму установлен патрон для захвата концевой втулки, перемещения ее по оси при напрессовке на трубопровод и привода втулки во вращение. A cartridge is installed coaxially to the clamp for gripping the end sleeve, moving it along the axis when pressing onto the pipeline and driving the sleeve into rotation.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является деформирование участка трубопровода при осуществлении режима разогрева и оплавления сопрягаемых поверхностей свариваемых деталей между местом приложения реактивного крутящего момента к трубопроводу зажимом и местом сварки. Участок этот прогревается за счет теплопроводности от места сварки по убывающей к зажиму, материал трубопровода теряет жесткость, становится пластичным, и под воздействием крутящего момента трубопровод в этом месте скручивается в окружном направлении с уменьшением диаметра на величину до 2 мм для труб диаметров 150-200 мм (см. Справочник, стр. 63). A disadvantage of the known method and device for its implementation is the deformation of the pipeline during the heating and melting of the mating surfaces of the parts to be welded between the point of application of reactive torque to the pipeline by the clamp and the weld point. This section is warmed up due to heat conduction from the welding site in decreasing direction to the clamp, the material of the pipeline loses rigidity, becomes plastic, and under the influence of torque, the pipeline in this place twists in the circumferential direction with a diameter decrease of up to 2 mm for pipes with diameters of 150-200 mm (see the Handbook, p. 63).

Армирование трубопровода ни решетчатым, ни спиральным проволочными каркасами не повышает кардинально, как известно, его жесткость на кручение и поэтому не может противостоять полностью скручиванию трубопровода. Даже в случае примыкания фиксирующей поверхности зажима к краю юбки втулки скручивания трубопровода не избежать, поскольку скручивающее напряжение в трубопроводе в месте примыкания максимально по величине. Вследствие того, что крутящий момент к трубопроводу передается втулкой по поверхности, также передается и реактивный момент от зажима, единичный крутящий момент, передаваемый участком поверхности втулки трубопроводу у места примыкания зажима к юбке втулки, значительно меньше полного реактивного момента от зажима и не может предотвратить из-за проскальзывания скручивание трубопровода в этом месте. Аналогично такая же картина происходящего у края зажима, примыкающего к юбке втулки. Скручиваемый участок трубопровода распространяется от места примыкания как под зажим, так и под втулку. Уменьшение диаметра трубопровода при скручивании под краем юбки втулки ведет к снижению заданной величины натяга и, как следствие, к снижению качества сварного соединения в этом месте. Reinforcing the pipeline with either lattice or spiral wire frames does not dramatically increase its torsional rigidity, and therefore cannot withstand the full twisting of the pipeline. Even if the fixing surface of the clamp is adjacent to the edge of the skirt of the sleeve, the twisting of the pipeline cannot be avoided, since the twisting stress in the pipeline at the point of contact is maximum. Due to the fact that the torque is transmitted to the pipeline by the sleeve on the surface, the reaction torque from the clamp is also transmitted, the unit torque transmitted by the portion of the surface of the sleeve to the pipeline at the junction of the clamp to the sleeve skirt is significantly less than the total reaction time from the clamp and cannot prevent - due to slipping, twisting of the pipeline in this place. Similarly, the same picture is happening at the edge of the clip adjacent to the skirt of the sleeve. The curled section of the pipeline extends from the abutment point both under the clamp and under the sleeve. Reducing the diameter of the pipeline when twisting under the edge of the skirt of the sleeve leads to a decrease in the set value of the interference fit and, as a result, to a decrease in the quality of the welded joint in this place.

Другим недостатком способа является неконтролируемое радиальное воздействие на процесс осадки, поскольку натяг на сопрягаемой поверхности большого диаметра выбирают в пределах 1-2% от величины этого диаметра, т.е. допустимо изменение величины натягов по посадочной поверхности в 2 раза. Это приводит к разбросу величин (нестабильности) качественных характеристик сварного шва в партии свариваемых из деталей узлов. Another disadvantage of this method is an uncontrolled radial effect on the upsetting process, since the interference fit on a mating surface of large diameter is selected within 1-2% of the value of this diameter, i.e. permissible change in the value of interference on the landing surface 2 times. This leads to a spread in the values (instability) of the qualitative characteristics of the weld in the batch of parts welded from parts.

Самым значительным недостатком является использование одного и того же начального натяга для процесса оплавления и для процесса осадки. Это противоречит всей практике сварки полимерных деталей как встык, так и в раструб с использованием специальной вставки (дорн-гильза). Усилие осадки во всех случаях создают в 1,5-2 раза больше, чем усилие оплавления, для того чтобы выдавить из контакта весь расплав и сомкнуть ювенильные поверхности свариваемых деталей. В известном способе все происходит наоборот: оплавление при начальном натяге, предполагаемая осадка при натяге, ослабленном оплавлением. Расплав весь не выдавливается целенаправленным воздействием, и смыкание ювенильных поверхностей не происходит. Это в значительной мере ухудшает качество сварного соединения, особенно при передержке времени процесса оплавления. При незначительной ширине сопрягаемой поверхности малого диаметра, в случае передержки времени процесса оплавления, возможно вытекание всего расплава и ослабление натяга до нуля, что приведет к крайне низкому качеству сварного шва, вплоть до образования негерметичности сварного соединения, что противоречит цели известного способа. The most significant drawback is the use of the same initial interference for the reflow process and for the precipitation process. This contradicts the whole practice of welding polymer parts both end-to-end and in the socket using a special insert (mandrel). In all cases, the upsetting force creates 1.5–2 times more than the reflow force in order to squeeze out the entire melt from the contact and close the juvenile surfaces of the parts to be welded. In the known method, everything happens the other way around: reflow at an initial interference fit, the expected draft at an interference fit weakened by reflow. The entire melt is not squeezed out by targeted action, and the juvenile surfaces do not close. This significantly degrades the quality of the welded joint, especially with overexposure of the time of the reflow process. With a small width of the mating surface of a small diameter, in case of overexposure of the time of the reflow process, it is possible for the entire melt to flow out and weaken the interference to zero, which will lead to an extremely poor quality of the weld, up to the formation of a leak in the weld, which contradicts the purpose of the known method.

Недостатки известного способа и устройства для его осуществления не позволяют использовать их для сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей, поскольку вероятность деформации в этом случае возрастает многократно, вплоть до разрушения свариваемых деталей, а отрицательное влияние неконтролируемого радиального воздействия осадки при малой толщине стенок свариваемых деталей на качество сварного соединения максимально усилится. The disadvantages of the known method and device for its implementation do not allow using them for friction welding of rotation of thin-walled tubular parts, since the probability of deformation in this case increases many times, up to the destruction of the parts to be welded, and the negative effect of the uncontrolled radial effect of the upset at a small wall thickness of the parts to be welded on the quality the welded joint will maximize.

К тонкостенным трубчатым деталям относятся, например, трубы, толщина стенок которых меньше наименьшей из толщин стенок, предусмотренных общегосударственными нормативными документами, и выпускаемые по ведомственным нормалям для ограниченного применения. Thin-walled tubular parts include, for example, pipes whose wall thickness is less than the smallest of the wall thicknesses provided for by national regulatory documents and issued according to departmental standards for limited use.

Технической задачей изобретения является создание способа радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров и устройство для его осуществления, позволяющие избежать при сварке деформации свариваемых деталей за счет приложения осевых, окружных и радиальных усилий к материалу деталей, примыкающему к поверхностям, участвующим в процессе сварки, непосредственно в зоне сварки, образование грата на сварном шве внутри полости свариваемых деталей и обеспечить контролируемое радиальное воздействие на процесс оплавления и осадки с целью обеспечения высокого качества сварного соединения. An object of the invention is to provide a method for radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts made of thermoplastic polymers and a device for its implementation, which allows to avoid deformation of the welded parts during welding due to the application of axial, circumferential and radial forces to the material of the parts adjacent to the surfaces involved in the welding process directly in the welding zone, the formation of burrs on the weld inside the cavity of the welded parts and provide a controlled radial impact Wie in reflow process and rainfall to ensure a high quality weld.

Результатом решения технической задачи является возможность радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей с соотношением S - толщина стенки к D - наружному диаметру трубы - S/D≤0,0245 без деформации деталей и образования грата во внутренней полости. The result of solving the technical problem is the possibility of radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts with the ratio S - wall thickness to D - outer diameter of the pipe - S / D≤0,0245 without deformation of the parts and the formation of burrs in the internal cavity.

Техническая задача по способу радиальной сварки трением вращения трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб путем взаимного сопряжения свариваемых деталей, преимущественно труб, по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительного вращения деталей, торможения и выдержки их для охлаждения решается, согласно изобретению, тем, что взаимное сопряжение свариваемых деталей осуществляют по цилиндрической сопрягаемой посадочной поверхности при радиусе наружной фаски конца трубы, переходящей в коническую поверхность торца, равном 5-6 величинам радиуса перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу раструба, с начальным зазором по другой посадочной поверхности между сопрягаемыми коническими поверхностями торца трубы и конуса раструба, равным не более 1/3 величины наименьшей из толщин стенок свариваемых деталей, и сдавливают их между собой заданным радиальным усилием оплавления стенки деталей, затем, после торможения, вдвигают конец трубы по оси раструба до соприкосновения с заданным усилием, торца трубы и конуса раструба, причем окружные осевые и радиальные усилия прикладывают к свариваемым деталям равномерно распределенными по цилиндрическим поверхностям деталей: наружной - раструба, внутренней - конца трубы непосредственно в зоне контакта деталей по посадочным поверхностям, по всей его длине вдоль оси, при этом радиальные усилия, прикладываемые снаружи и изнутри, взаимно уравновешивают, после чего сдавливают между собой заданным радиальным усилием осадки стенки деталей. The technical problem of the method of radial friction welding of the rotation of tubular parts from thermoplastic polymers into a socket by interconnecting the parts to be welded, mainly pipes, on two landing surfaces of different diameters with an initial interference fit on one of them, the relative rotation of the parts, braking and holding them for cooling is solved, according to the invention, in that the mutual mating of the welded parts is carried out on a cylindrical mating seating surface with a radius of the outer chamfer of the pipe end passing into the conical surface of the end face, equal to 5-6 values of the radius of the transition from the inner cylindrical surface to the cone of the socket, with an initial clearance on the other landing surface between the mating conical surfaces of the pipe end and the cone of the socket, equal to not more than 1/3 of the smallest of the wall thicknesses parts to be welded, and squeeze them together with a given radial force to melt the walls of the parts, then, after braking, push the end of the pipe along the axis of the socket until it touches the specified force, the end face tr loss and cone of the socket, and the circumferential axial and radial forces are applied to the welded parts evenly distributed over the cylindrical surfaces of the parts: the outer - the socket, the inner - end of the pipe directly in the contact zone of the parts along the seating surfaces, along its entire length along the axis, while the radial forces applied externally and internally, mutually balance, and then squeeze with each other by a given radial force of the precipitation of the wall of the parts.

Кроме того, величину радиального усилия осадки наращивают во времени за счет увеличения во времени площади места приложения радиального усилия осадки к внутренней поверхности трубы изменением ширины места приложения вдоль оси с нуля от конца трубы до максимума у торца раструба, при этом площадь места приложения радиального усилия оплавления на внутреннюю поверхность трубы сокращают во времени в обратном порядке, причем удельные давления по площади радиальных усилий осадки и плавления сохраняют постоянными и равными заданной величине, а величину удельного давления по площади радиального усилия на наружнюю поверхность раструба наращивают во времени адекватно наращиванию во времени усредненной величины удельного давления радиальных усилий на внутреннюю поверхность трубы с учетом соотношения величин площадей мест их приложения. In addition, the magnitude of the radial upsetting force is increased in time due to the increase in time of the area of application of the radial upsetting force to the inner surface of the pipe by changing the width of the application along the axis from zero from the end of the pipe to the maximum at the end of the socket, while the area of application of the radial reflow force on the inner surface of the pipe is reduced in time in the reverse order, and the specific pressures over the area of the radial forces of precipitation and melting are kept constant and equal to a given value and the value of the specific pressure over the area of the radial force on the outer surface of the socket is increased in time adequately by the build-up in time of the average value of the specific pressure of the radial forces on the inner surface of the pipe, taking into account the ratio of the sizes of the areas of their application.

Усредненная величина удельного давления

где q_опл и V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления; q_ос и V_oc - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки.Averaged specific pressure

where q _Opl and V _Opl - specific pressure and the area of the application of the specific pressure of the radial reflow force; q _OS and V _oc - specific pressure and the area of application of the specific pressure of the radial force of the draft.

Техническая задача по I варианту устройства для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающего зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосно зажиму, раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, решается, согласно изобретению, за счет того, что зажим содержит тороидальную, сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб и выполненную из армированного эластомера, при этом внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, причем раздвижная цилиндрическая оправка, размещенная внутри трубы с возможностью вращения и передачи крутящего момента от привода, также содержит тороидальную пневмокамеру, выполненную из армированного эластомера, внешняя поверхность наружной части оболочки которой, обращенная к внутренней поверхности трубы и сопряженная с ней, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом, не выходит за габариты по оси контакта сопрягаемых цилиндрических поверхностей раструба и трубы, а диаметр в нерабочем состоянии меньше внутреннего диаметра трубы на 2-3 мм, причем пневмокамера через внутреннее сверление в оправке сообщена с блоком клапанов. The technical task according to option I of the device for radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts made of thermoplastic polymers with a socket, mainly pipes, including a clamp with a cylindrical working surface, fixed to the base of the device, coaxial to the clamp, a sliding cylindrical mandrel with a drive for moving along the axis, a supply pneumatic system and distribution of compressed air, the command device and the valve block of the pneumatic system, is solved, according to the invention, due to the fact that the clamp contains a toroidal, The pneumatic chamber, generalized with the valve block, mounted on the bell and made of reinforced elastomer, while the outer surface of the inner part of the shell of the pneumatic chamber, facing the axis, is working, coincides in width with the bell and mates with it, and the diameter in the inoperative state exceeds the diameter of the bell by 2-3 mm, moreover, a sliding cylindrical mandrel placed inside the pipe with the possibility of rotation and transmission of torque from the drive also contains a toroidal pneumatic chamber made of reinforced elas omer, the outer surface of the outer part of the shell of which, facing the inner surface of the pipe and mating with it, is working, matches the width of the socket, does not go beyond the dimensions along the axis of contact of the mating cylindrical surfaces of the socket and pipe, and the diameter in the idle state is less than the internal diameter pipes 2-3 mm, and the pneumatic chamber through internal drilling in the mandrel is in communication with the valve block.

Техническая задача по II варианту устройства для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающего зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосно зажиму, раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, решается, согласно изобретению, за счет того, что зажим содержит тороидальную, сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб, выполненную из армированного эластомера, при этом внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, причем раздвижная цилиндрическая оправка имеет диаметр на 2-3 мм меньше диаметра трубы, содержит две соосно установленные тороидальные пневмокамеры, выполненные из армированного эластомера, сообщенные через внутренние сверления в оправке с блоком клапанов и размещенные в глухих цилиндрических расточках оправки, обращенных друг к другу открытой стороной, таким образом, что пневмокамеры вплотную через антифрикционные шайбы примыкают боковыми сторонами друг к другу, а внешняя поверхность наружной части оболочек пневмокамер образует единую рабочую поверхность во время процесса осадки, сопряженную частью с внутренней поверхностью расточек, а частью, выходящей в разрыв между краями внешних обечаек, сопряженную с внутренней поверхностью трубы, при этом в нерабочем состоянии диаметр этой части рабочей поверхности на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы, причем между боковыми сторонами пневмокамер, на среднем диаметре их полостей, соосно с ними размещен толкатель в виде полого цилиндра длиной более чем две ширины раструба, сопряженный по цилиндрическим поверхностям с зазором с антифрикционными шайбами, а торцами - с боковой стороной оболочек пневмокамер, внедряя часть их внутрь полостей пневмокамер и образуя тем самым из них незамкнутые плоские в сечении тороидальные камеры, обращенные друг к другу открытой стороной, размещенные внутри полостей пневмокамер. Оправка намагничена и вывешена по оси устройства в магнитном подвесе. The technical task according to option II of a device for radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts made of thermoplastic polymers with a socket, mainly pipes, including a clamp with a cylindrical working surface, fixed to the base of the device, coaxial to the clamp, a sliding cylindrical mandrel with a drive for moving along the axis, a supply pneumatic system and distribution of compressed air, the command device and the valve block of the pneumatic system, is solved, according to the invention, due to the fact that the clamp contains a toroidal, a pneumatic chamber connected to the valve block, mounted on a bell made of reinforced elastomer, while the outer surface of the inner part of the shell of the pneumatic chamber, facing the axis, is working, coincides in width with the bell and mates with it, and the diameter in the inoperative state exceeds the diameter of the bell by 2-3 mm, moreover, a sliding cylindrical mandrel has a diameter 2-3 mm less than the diameter of the pipe, contains two coaxially mounted toroidal pneumatic chambers made of reinforced elastomer, communicated through the inside lateral drills in the mandrel with the valve block and placed in the blind cylindrical bores of the mandrel facing each other with the open side, so that the air chambers are closely adjacent to each other through the antifriction washers, and the outer surface of the outer part of the shells of the pneumatic chambers forms a single working surface in the time of the upsetting process, conjugated partly with the inner surface of the bore, and part that goes into the gap between the edges of the outer shells, conjugated with the inner surface of the pipe, etc. and in this inoperative state, the diameter of this part of the working surface is 2-3 mm smaller than the inner diameter of the pipe, and between the sides of the pneumatic chambers, on the average diameter of their cavities, a pusher in the form of a hollow cylinder with a length of more than two socket widths paired with cylindrical surfaces with a gap with anti-friction washers, and the ends with the side of the shells of the pneumatic chambers, introducing some of them into the cavities of the pneumatic chambers and thereby forming open toroidal chambers flat in cross section, about turned to each other with the open side placed inside the cavities of the pneumatic chambers. The mandrel is magnetized and posted on the axis of the device in a magnetic suspension.

Сущность изобретения поясняется чертежами: Фиг.1 - продольный разрез устройства по I варианту; Фиг. 2 - фрагмент А продольного разреза; Фиг.3 - продольный разрез устройства по II варианту. The invention is illustrated by drawings: Figure 1 is a longitudinal section of a device according to I variant; FIG. 2 - fragment A of a longitudinal section; Figure 3 is a longitudinal section of a device according to the II variant.

Устройство по I варианту содержит (см. Фиг.1) зажим 1, закрепленный на основании с тороидальной пневмокамерой 2, состоящей из оболочки 3 из армированного эластомера с привулканизированными щайбами 4. Оболочка 3 с шайбами 4 установлена в расточке зажима 1 и закреплена в нем винтами 5 и крышкой 6. Пневмокамера 2 сообщена трубопроводом 7 с блоком управляющих клапанов (на Фиг. 1, 3 не показаны) пневмосистемы подвода и распределения сжатого воздуха в пневмокамере 2. Управление работой пневмокамеры 2 осуществляется блоком клапанов по сигналам командоаппарата по заданной программе. Рабочая поверхность 8 оболочки 3 сопрягается с наружной поверхностью раструба 9, на который насажена пневмокамера 2. Диаметр рабочей поверхности 8 на 2-3 мм в нерабочем состоянии больше диаметра раструба 9. Рабочая поверхность 8 по ширине В равна ширине наружной поверхности раструба 9 и полностью совпадает с ней. Раструб 9 образован на конце трубопровода 10, с которым сваривают трубу 11. Внутри трубы 11 размещена раздвижная цилиндрическая оправка 12, на которой установлена тороидальная пневмокамера 13, состоящая из оболочки 14 с привулканизированными шайбами 15, изготовленная из армированного эластомера. Оболочка 14 с помощью винтов 16 и крышки 17 установлена в расточке оправки 12. Оправка 12 имеет хвостовик 18, выходящий из свободного конца трубы 11 и соединенный с приводом (на Фиг.1, 3 не показан), осуществляющим при необходимости перемещение оправки 12 вдоль оси и вращение ее с передачей крутящего момента. Рабочая поверхность 19 оболочки 14 по ширине В равна ширине контакта на посадочной цилиндрической поверхности, образованного сопряжением с нулевым начальным зазором внутренней поверхности раструба 9 трубопровода 10 с наружной поверхностью трубы 11, и сопрягается с внутренней поверхностью трубы 11. The device according to I embodiment comprises (see FIG. 1) a clamp 1 mounted on a base with a toroidal pneumatic chamber 2, consisting of a shell 3 of reinforced elastomer with vulcanized washers 4. The shell 3 with washers 4 is installed in the bore of the clamp 1 and fixed in it with screws 5 and cover 6. The pneumatic chamber 2 is connected by a pipeline 7 to the control valve block (not shown in Figs. 1, 3) of the pneumatic system for supplying and distributing compressed air in the pneumatic chamber 2. The operation of the pneumatic chamber 2 is controlled by the valve block according to the signals ata for a given program. The working surface 8 of the shell 3 mates with the outer surface of the socket 9, on which the pneumatic chamber 2 is mounted. The diameter of the working surface 8 is 2-3 mm longer than the diameter of the socket 9 in the idle state. The working surface 8 is equal in width B to the width of the outer surface of the socket 9 and completely coincides with her. A bell 9 is formed at the end of the pipe 10 with which the pipe 11 is welded. Inside the pipe 11 there is a sliding cylindrical mandrel 12 on which a toroidal pneumatic chamber 13 is installed, consisting of a shell 14 with vulcanized washers 15 made of reinforced elastomer. The shell 14 using the screws 16 and the cover 17 is installed in the bore of the mandrel 12. The mandrel 12 has a shank 18 extending from the free end of the pipe 11 and connected to a drive (not shown in Figs. 1, 3), which, if necessary, moves the mandrel 12 along the axis and its rotation with the transmission of torque. The working surface 19 of the shell 14 in width B is equal to the width of the contact on the landing cylindrical surface, formed by mating with a zero initial clearance of the inner surface of the socket 9 of the pipe 10 with the outer surface of the pipe 11, and mates with the inner surface of the pipe 11.

Диаметр рабочей поверхности 19 в нерабочем состоянии на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы 11. Рабочие поверхности 8 пневмокамеры 2 и 19 пневмокамеры 13, контакт внутренней поверхности раструба 9 и наружной поверхности трубы 11 находятся в створе ширины В раструба 9. Пневмокамера 13 внутренним сверлением 20 сообщена с блоком клапанов пневмосистемы. Оправка 12 намагничена и вывешена по оси устройства в магнитном подвесе 21 для компенсации веса оправки 12. The diameter of the working surface 19 in the idle state is 2-3 mm less than the inner diameter of the pipe 11. The working surfaces 8 of the pneumatic chamber 2 and 19 of the pneumatic chamber 13, the contact of the inner surface of the socket 9 and the outer surface of the pipe 11 are in the alignment of the width B of the socket 9. The pneumatic chamber 13 is internally drilled 20 is in communication with the valve block of the pneumatic system. The mandrel 12 is magnetized and posted on the axis of the device in the magnetic suspension 21 to compensate for the weight of the mandrel 12.

Устройство по варианту II содержит (см. Фиг.3) две соосные пневмокамеры: переднюю 22 и заднюю 23, состоящие из оболочек соответственно 24 и 25, изготовленные из армированного эластомера и установленные соответственно в расточках 26 и 27 оправки 12, связанной хвостовиком 18 с приводом вращения и перемещения оправки 12 вдоль оси. Пневмокамеры 22, 23 сообщены через внутренние сверления 28, 29 с блоком клапанов пневмосистемы. Пневмокамеры 22 и 23 установлены вплотную боковыми сторонами оболочек 24, 25 через антифрикционные шайбы 30, 31 (например, фторопластовые). Между боковыми сторонами оболочек 24, 25 на среднем диаметре пневмокамер 22, 23 между антифрикционными шайбами 30, 31 установлен толкатель 33, изготовленный из прочного легкого материала в виде полого цилиндра длиной более 2В, сопрягаемый торцами с оболочками 24, 25 и по цилиндрическим поверхностям с зазором с антифрикционными шайбами 30, 31. Рабочие поверхности 32, 34 оболочек 24, 25 имеют возможность образовать единую рабочую поверхность на внутренней поверхности трубы 11. Диаметр ее в нерабочем состоянии на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы 11. Диаметр оправки 12 также меньше на 2-3 мм внутреннего диаметра трубы 11. Часть рабочих поверхностей 32, 34 оболочек 24, 25 сопрягается с внутренней цилиндрической поверхностью расточек 26, 27; другая часть выходит в разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 и сопрягается внутренней поверхностью трубы 11 в створе ширины В раструба 9. Обечайка 36 из конструктивных соображений выполнена съемной. Оболочки 24, 25 закреплены с помощью винтов 37 и колец 38 к днищам 39 расточек 26, 27. Торцы толкателя 33 внедряют части 40, 41 боковых сторон оболочек 24, 25 внутрь полостей камер 22, 23, образуя тем самым из них незамкнутые плоские в сечении тороидальные камеры, обращенные друг к другу открытой стороной. The device according to option II contains (see Figure 3) two coaxial pneumatic chambers: front 22 and rear 23, consisting of shells 24 and 25, respectively, made of reinforced elastomer and installed respectively in the bores 26 and 27 of the mandrel 12 connected by a shank 18 with a drive rotation and movement of the mandrel 12 along the axis. The pneumatic chambers 22, 23 are communicated through internal drilling 28, 29 with the valve block of the pneumatic system. Pneumatic chambers 22 and 23 are mounted close to the sides of the shells 24, 25 through antifriction washers 30, 31 (for example, fluoroplastic). Between the sides of the shells 24, 25 on the average diameter of the pneumatic chambers 22, 23 between the anti-friction washers 30, 31 there is a pusher 33 made of durable lightweight material in the form of a hollow cylinder longer than 2B, mating with the ends of the shells 24, 25 and along cylindrical surfaces with a gap with anti-friction washers 30, 31. The working surfaces 32, 34 of the shells 24, 25 are able to form a single working surface on the inner surface of the pipe 11. Its diameter in the inoperative state is 2-3 mm less than the inner diameter of the pipe 11. Diam the diameter of the mandrel 12 is also smaller by 2-3 mm of the inner diameter of the pipe 11. A part of the working surfaces 32, 34 of the shells 24, 25 mates with the inner cylindrical surface of the bores 26, 27; the other part extends into the gap between the edges of the shells 35, 36 of the bores 26, 27 and mates with the inner surface of the pipe 11 in the alignment of the width B of the socket 9. The shell 36 is removable for structural reasons. The shells 24, 25 are fixed with screws 37 and rings 38 to the bottoms 39 of the bores 26, 27. The ends of the pusher 33 introduce parts 40, 41 of the sides of the shells 24, 25 into the cavities of the chambers 22, 23, thereby forming unclosed flat sections toroidal chambers facing each other with the open side.

Способ осуществляют следующим образом. На конце трубы 11 (см. Фиг.2) выполняют фаску радиусом R₁, переходящую в коническую поверхность 42 торца трубы 11. Величина R₁ в 5-6 раз больше величины радиуса R₂ перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу 43 раструба 9. Конец трубы 11 вставляют в раструб 9, сопрягая их таким образом по цилиндрической посадочной поверхности с зазором, наименьшая величина которого равна нулю, и вдвигают трубу 11 по оси, обеспечивая начальный зазор k по другой посадочной поверхности между сопрягаемыми коническими поверхностями торца 42 трубы 11 и конуса 43 раструба 9. Величину зазора k выбирают не более 1/3 величины наименьшей из толщин свариваемых деталей 9, 11. Раструб 9 фиксируют пневмокамерой 2 зажима 1, трубу 11 - пнемокамерой 13 оправки 12. Радиальные усилия, создаваемые пневмокамерами 2 и 13, всегда поддерживаются равными при любом режиме: как плавления, так и осадки. Стенки раструба 9 и трубы 11 сдавливают между собой пневмокамерами 2 и 13 с заданным радиальным усилием оплавления, равномерно распределенным по поверхности деталей 9, 11 непосредственно в зоне сварки, создавая между ними натяг контролируемой величины. Приводом через хвостовик 18 и оправку 12 приводят во вращение трубу 11. Трубопровод 10 с раструбом 9 остается неподвижным. Сила трения рабочих поверхностей 8, 19 пневмокамер 2 и 13 по поверхностям свариваемых деталей 9, 11 больше, чем сила трения между деталями 9, 11, поскольку удельное давление рабочих поверхностей 8, 19 на детали 9, 11 больше за счет жесткости деталей 9, 11, чем удельное давление в контакте между деталями 9, 11, поэтому рабочие поверхности 8, 19 удерживают детали 9, 11 без проскальзывания. За счет силы трения и относительного вращения свариваемых деталей 9, 11 в контакте между ними шириной по оси В выделяется тепло, оплавляющее поверхностный слой свариваемых деталей 9, 11. Образуется слой расплава термопластичного полимерного материала деталей 9, 11. Слой расплава защищен от влияния атмосферы. Затем вращение трубы 11 прекращают и сдвигают ее по оси внутрь раструба 9 до соприкосновения с заданным усилием торца 42 и конуса 43. После этого стенки свариваемых деталей 9, 11 сдавливают с заданным радиальным усилием осадки с помощью пневмокамер 2, 13. При этом расплав из контакта свариваемых деталей 9, 11 выдавливается, унося с собой все поверхностные ингредиенты, образовавшиеся на деталях 9, 11 до сварки, освобождая для контакта ювенильные поверхности деталей 9, 11. Радиальные усилия пневмокамеры 2 зажима на раструб 9 увеличиваются с увеличением радиального усилия пневмокамеры 13 на внутреннюю поверхность трубы 11, обеспечивая тем самым радиальное равновесие стенок свариваемых деталей 9, 11 в пределах величины осадки. В таком положении соединение выдерживают до полного охлаждения. Основная часть расплава, выдавливаемая из контакта, изливается наружу, образуя наружний грат, легко удаляемый. Незначительная часть расплава изливается в полость 44, образовавшуюся при смыкании поверхностей 42, 43 между поверхностями, описываемыми радиусами R₁ и R₂. Плотный герметичный контакт между поверхностями 42 и 43, к тому же заклиниваемый быстро остывающим от контакта с холодными поверхностями расплавом, предотвращает вытекание расплава внутрь и образование внутреннего грата. Зазор k предусмотрен из чисто технологических соображений для того, чтобы предотвратить образование расплава на поверхностях 42, 43. Незначительная часть расплава, вытекшая из контакта под воздействием радиальных усилий оплавления при сдвиге трубы 11, будет захвачена и заклинена между деталями 9, 11. Расплав, вытекший из контакта под воздействием радиальных усилий осадки, будет закупорен в полости 44.The method is as follows. At the end of the pipe 11 (see Figure 2), a chamfer of radius R _{1 is formed} , turning into a conical surface 42 of the end of the pipe 11. The value of R ₁ is 5-6 times larger than the radius R _{2 of the} transition from the inner cylindrical surface to the cone 43 of the socket 9. The end of the pipe 11 is inserted into the socket 9, thus matching them along the cylindrical seating surface with a gap, the smallest value of which is zero, and slide the pipe 11 along the axis, providing an initial clearance k along the other seating surface between the mating conical surfaces of the end face 42 of the pipe 11 and the cone 43 bell 9. The size of the gap k is chosen not more than 1/3 of the smallest thickness of the welded parts 9, 11. The bell 9 is fixed with a pneumatic chamber 2 of clamp 1, the pipe 11 with a pneumatic chamber 13 of mandrel 12. The radial forces created by pneumatic chambers 2 and 13 are always maintained equal in any mode: both melting and precipitation. The walls of the socket 9 and the pipe 11 are squeezed together by pneumatic chambers 2 and 13 with a given radial reflow force uniformly distributed on the surface of the parts 9, 11 directly in the welding zone, creating an interference between them of a controlled magnitude. The drive through the shank 18 and the mandrel 12 lead to the rotation of the pipe 11. The pipe 10 with the socket 9 remains stationary. The friction force of the working surfaces 8, 19 of the pneumatic chambers 2 and 13 on the surfaces of the parts 9, 11 to be welded is greater than the friction force between the parts 9, 11, since the specific pressure of the working surfaces 8, 19 on the parts 9, 11 is greater due to the rigidity of the parts 9, 11 than the specific pressure in the contact between the parts 9, 11, so the working surfaces 8, 19 hold the parts 9, 11 without slipping. Due to the friction force and relative rotation of the parts 9, 11 to be welded, heat is generated in the contact between them with a width along the B axis, melting the surface layer of the parts 9, 11. A melt layer of the thermoplastic polymer material of parts 9, 11 is formed. The melt layer is protected from the atmosphere. Then the rotation of the pipe 11 is stopped and it is shifted along the axis inward of the socket 9 until it touches the predetermined end face 42 and cone 43 force. After that, the walls of the parts to be welded 9, 11 are squeezed with the preset radial upsetting force using pneumatic chambers 2, 13. At the same time, the melt from the contact the parts to be welded 9, 11 are squeezed out, taking away all the surface ingredients formed on the parts 9, 11 before welding, releasing the juvenile surfaces of the parts 9, 11 for contact. The radial forces of the pneumatic chamber 2 of the clamp on the socket 9 increase with increasing the diagonal force of the pneumatic chamber 13 on the inner surface of the pipe 11, thereby ensuring a radial equilibrium of the walls of the welded parts 9, 11 within the limits of the draft. In this position, the connection is maintained until completely cooled. The main part of the melt, squeezed out of the contact, pours out, forming an external burr, easily removed. An insignificant part of the melt is poured into the cavity 44, which was formed upon the closure of surfaces 42, 43 between surfaces described by radii R ₁ and R ₂ . Tight tight contact between surfaces 42 and 43, which is also wedged by the melt quickly cooling down from contact with cold surfaces, prevents the melt from flowing in and the formation of internal burrs. The gap k is provided for purely technological reasons in order to prevent the formation of melt on surfaces 42, 43. An insignificant part of the melt leaking out of contact due to radial reflow forces when the pipe 11 is moved will be trapped and stuck between parts 9, 11. The melt leaked out from contact under the influence of radial forces of sediment will be clogged in the cavity 44.

Контроль равномерно распределенных по поверхности свариваемых деталей 9, 11 радиальных усилий оплавления и осадки, отсутствие неконтролируемого начального натяга по посадочной цилиндрической поверхности, а также уравновешивание наружных и внутренних радиальных усилий между собой позволяют получить контролируемые надежность и качество сварного соединения без значительного ослабления стенок деталей 9, 11 за счет их утончения при оплавлении. Приложение радиальных, осевых и окружных усилий к материалу свариваемых деталей, прилагающему к поверхностям, участвующим в процессе сварки, непосредственно в зоне контакта, равномерное их распределение по поверхности, отсутствие промежуточных зон деталей, посредничающих в передаче усилий от места приложения к месту их применения, а также уравновешивание наружных и внутренних радиальных усилий позволяют осуществить процесс сварки без сварочных деформаций свариваемых деталей. Магнитная подвеска оправки 12 позволяет избежать неравномерного по окружности радиального силового воздействия веса оправки 12 на сварное соединение. Monitoring evenly distributed on the surface of the welded parts 9, 11 of the radial forces of melting and settling, the absence of an uncontrolled initial interference on the cylindrical landing surface, as well as balancing the external and internal radial forces between each other, allows to obtain controlled reliability and quality of the welded joint without significant weakening of the walls of the parts 9, 11 due to their refinement during reflow. The application of radial, axial and circumferential forces to the material of the parts to be welded, applied to the surfaces involved in the welding process directly in the contact zone, their uniform distribution on the surface, the absence of intermediate zones of the parts that mediate the transfer of forces from the place of application to the place of their application, and also balancing the external and internal radial forces allow the welding process to be carried out without welding deformations of the parts to be welded. The magnetic suspension of the mandrel 12 avoids the uneven circumferential radial force of the weight of the mandrel 12 on the welded joint.

Способ осуществляют также со следующими дополнениями. Радиальные усилия плавления на внутреннюю поверхность трубы 11 создают задней пневмокамерой 23, рабочая поверхность 34 оболочки 25 которой в это время сопрягается с внутренней поверхностью трубы 11. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем переднем положении и ее оболочка 25 выходит в разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 оправки 12. Передняя пневмокамера 22 находится полностью в расточке 26. Пневмокамерой 2 зажима 1 создают радиальное усилие, равное по величине и обратное по направлению радиальному усилию оплавления, создаваемому пневмокамерой 23. После торможения и сдвига по оси трубы 11 в раструб 9 в переднюю пневмокамеру 22 подают сжатый воздух давлением, создающим заданное радиальное усилие осадки. Пневмокамерой 22 начинают вытеснять пневмокамеру 23 с давлением сжатого воздуха, обеспечивающим радиальное усилие оплавления, из крайнего переднего положения, и рабочая поверхность 32 оболочки 24 начинает постепенно занимать разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27, вступая в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11, постепенно увеличивая площадь места приложения радиального усилия осадки. Рабочая поверхность 34 оболочки 25 задней пневмокамеры 23 постепенно уступает место сопряжения с внутренней поверхностью трубы 11, освобождая разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 и уменьшая площадь места приложения радиального усилия оплавления к внутренней поверхности трубы 11. Граница между рабочими поверхностями 32 и 34 постепенно сдвигается в сторону выхода из раструба 9. Скачок величины радиальных усилий в сторону увеличения движется вместе с границей, производя выдавливание расплава из контакта свариваемых деталей 9, 11 наружу и тем самым направляя течение расплава в нужную, наружу, сторону, освобождая ювенильные поверхности свариваемых деталей 9, 11 для контакта между собой. The method is also carried out with the following additions. Radial melting forces on the inner surface of the pipe 11 are created by the rear pneumatic chamber 23, the working surface 34 of the shell 25 of which at that time is mating with the inner surface of the pipe 11. The rear pneumatic chamber 23 is in its extreme forward position and its shell 25 goes into the gap between the edges of the shells 35, 36 the bore 26, 27 of the mandrel 12. The front air chamber 22 is completely in the bore 26. The pneumatic chamber 2 of the clamp 1 creates a radial force equal in magnitude and opposite in direction to the radial reflow force generated by the pneumatic chamber 23. After braking and shear along the axis of the pipe 11, compressed air is supplied to the front air chamber 22 into the socket 9 into the front pneumatic chamber 22, creating a predetermined radial force of upsetting. The pneumatic chamber 22 begins to displace the pneumatic chamber 23 with a compressed air pressure providing a radial reflow force from the extreme forward position, and the working surface 32 of the shell 24 begins to gradually occupy the gap between the edges of the shells 35, 36 of the bores 26, 27, mating with the inner surface of the pipe 11 , gradually increasing the area of application of the radial draft force. The working surface 34 of the shell 25 of the rear pneumatic chamber 23 gradually gives way to the interface with the inner surface of the pipe 11, freeing the gap between the edges of the shells 35, 36 of the bores 26, 27 and reducing the area of application of the radial reflow force to the inner surface of the pipe 11. The boundary between the working surfaces 32 and 34 gradually shifts towards the exit from the socket 9. The jump in the magnitude of the radial forces towards the increase moves along with the boundary, extruding the melt from the contact of the welded parts 9, 11 outward and thereby directing the flow of the melt in the desired, outward, side, freeing the juvenile surfaces of the welded parts 9, 11 for contact with each other.

Процесс выдавливания расплава подобен процессу работы перистальтического насоса. После сдавливания ювенильных поверхностей радиальным усилием осадки по всей площади контакта соединение оставляют в таком положении для охлаждения. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем заднем положении в расточке 27. Передняя пневмокамера 22 находится также в крайнем заднем положении. По мере изменения соотношения радиальных усилий оплавления и осадки на внутреннюю поверхность трубы 11 давление воздуха в пневмокамере 2 устанавливают величиной, адекватной усредненной величине удельных давлений радиальных усилий оплавления и осадки с учетом соотношения величин площадей мест их приложения к внутренней поверхности трубы 11. The melt extrusion process is similar to the process of a peristaltic pump. After juvenile surfaces are squeezed by a radial upsetting force over the entire contact area, the compound is left in this position for cooling. The rear air chamber 23 is in the extreme rear position in the bore 27. The front air chamber 22 is also in the extreme rear position. As the ratio of the radial forces of reflow and precipitation to the inner surface of the pipe 11 changes, the air pressure in the pneumatic chamber 2 is set to be adequate to the average value of the specific pressures of the radial forces of reflow and precipitation, taking into account the ratio of the areas of their application to the inner surface of the pipe 11.

Усредненная величина удельного давления

где q_опл и V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления; q_oc и V_ос - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки. Перистальтический способ выдавливания расплава из контакта позволяет полностью исключить возможность возникновения грата внутри полости трубопровода 10.Averaged specific pressure

where q _Opl and V _Opl - specific pressure and the area of the application of the specific pressure of the radial reflow force; q _oc and V _OS - specific pressure and the area of application of the specific pressure of the radial force of the draft. The peristaltic method of squeezing the melt out of the contact completely eliminates the possibility of occurrence of burr inside the cavity of the pipeline 10.

Радиальные, окружные и осевые усилия, прикладываемые к цилиндрическим поверхностям свариваемых деталей 9 и 11 со стороны пневмокамер 2 и 13 в I варианте и пневмокамер 2, 22 и 23 во II варианте устройства, равномерно распределены по поверхности сопряжения пневмокамер 2, 13, 22, 23 со свариваемыми деталями 9, 11. Равномерное распределение обеспечивается тем, что армированный эластомер, из которого изготовлены оболочки 3 и 14 пневмокамер 2 и 13 и оболочки 24 и 25 пневмокамер 22, 23, обладает, как известно, значительной изгибной податливостью, что изначально присуще тонкостенным оболочкам, и значительной жесткостью на сдвиг и растяжение. Равномерно распределенное по поверхности давление сжатого воздуха изнутри пневмокамер 2, 13, 22, 23 на части оболочек 3, 14, 24, 25, обладающие возможностью выпучивания наружу, с учетом того, что ширина этих участков превышает ширину рабочих поверхностей В оболочек 3, 14, 24, 25, создает равномерно распределенное по рабочей поверхности В оболочек 3, 14, 24, 25 радиальное усилие на свариваемые детали 9, 11, которое за счет сил трения армированного эластомера о материал деталей 9, 11 обеспечивает равномерно распределенное по поверхности приложение окружного и осевого усилий к деталям 9, 11, передаваемых оболочками 3, 14, 24, 25 за счет жесткости армированного эластомера на сдвиг и растяжение. Изначальная жесткость армированного эластомера повышается под воздействием давления сжатого воздуха в полостях пневмокамер 2, 13, 22, 23. Передача усилий в этом случае аналогична передаче усилий пневмошинами транспортных средств на грунт. Величины участков оболочек 3, 14, 24, 25, подвергаемые сдвигу и растяжению, незначительны по сравнению с шириной В рабочих поверхностей оболочек 3, 14, 24, 25, и имеющие место смещения эластомера на этих участках незначительны и не оказывают существенного влияния на процесс осуществления способа. Radial, circumferential and axial forces applied to the cylindrical surfaces of the parts 9 and 11 to be welded from the side of the pneumatic chambers 2 and 13 in the I variant and the pneumatic chambers 2, 22 and 23 in the II variant of the device are uniformly distributed over the interface of the pneumatic chambers 2, 13, 22, 23 with the welded parts 9, 11. Uniform distribution is ensured by the fact that the reinforced elastomer from which the shells 3 and 14 of the pneumatic chambers 2 and 13 and the shells 24 and 25 of the pneumatic chambers 22, 23 are made has, as is well known, significant bending flexibility, which is initially inherent thin-walled shells, and significant shear and tensile rigidity. Evenly distributed on the surface, the pressure of compressed air from the inside of the pneumatic chambers 2, 13, 22, 23 on the part of the shells 3, 14, 24, 25, with the possibility of buckling out, given that the width of these sections exceeds the width of the working surfaces In the shells 3, 14, 24, 25, creates a radial force uniformly distributed on the working surface of the shells 3, 14, 24, 25 on the parts to be welded 9, 11, which, due to the friction forces of the reinforced elastomer on the material of the parts 9, 11, provides the application of the circumferential and Vågå effort to detail 9, 11, transmission casings 3, 14, 24, 25 due to the rigidity of the reinforced elastomer of the shear and stretching. The initial stiffness of the reinforced elastomer increases under the influence of compressed air pressure in the cavities of the pneumatic chambers 2, 13, 22, 23. The transfer of forces in this case is similar to the transmission of forces by the pneumatic tires of vehicles to the ground. The values of the sections of the shells 3, 14, 24, 25 subjected to shear and tension are insignificant compared to the width B of the working surfaces of the shells 3, 14, 24, 25, and the displacements of the elastomer in these sections are insignificant and do not significantly affect the implementation process way.

Способ позволяет избежать сварочных деформаций свариваемых деталей и обеспечить контролируемые надежность и качество сварного соединения с гарантированным отсутствием грата на внутренней поверхности трубопровода. The method allows to avoid welding deformations of the parts to be welded and to ensure controlled reliability and quality of the welded joint with guaranteed lack of burr on the inner surface of the pipeline.

Устройство по I варианту работает следующим образом (фиг.1). Трубопровод 10 при свободном за счет диаметрального зазора 2-3 мм между ним и пневмокамерой 2 осевом его перемещении внутри пневмокамеры 2 зажима 1 устанавливают таким образом, чтобы раструб 9 трубопровода 10 совпал по ширине В со створом рабочей поверхности 8 оболочки 3 пневмокамеры 2. Готовый, сваренный трубопровод 10 по всей своей длине размещен на опорах (на Фиг.1 не показаны), обеспечивающих его положение строго по оси устройства. The device according to option I works as follows (figure 1). The pipeline 10 with free axial movement of 2-3 mm between it and the pneumatic chamber 2 due to its axial movement inside the pneumatic chamber 2 of the clamp 1 is installed so that the bell 9 of the pipe 10 coincides in width B with the target of the working surface 8 of the shell 3 of the pneumatic chamber 2. Ready, the welded pipeline 10 along its entire length is placed on supports (not shown in FIG. 1), ensuring its position strictly along the axis of the device.

Блоком клапанов пневмосистемы по сигналу командоаппарата подают сжатый воздух в пневмокамеру 2 с давлением, достаточным для создания радиальных усилий пневмокамеры 2 на внешнюю цилиндрическую поверхность раструба 9, фиксирующих трубопровод 10 от самопроизвольного смещения по оси. The pneumatic system valve block, at the signal of the control unit, supplies compressed air to the pneumatic chamber 2 with a pressure sufficient to create radial forces of the pneumatic chamber 2 to the external cylindrical surface of the socket 9, fixing the pipeline 10 from spontaneous axial displacement.

Затем в раструб 9 вставляют конец трубы 11 и продвигают ее по оси далее, что происходит вполне свободно, без особых осевых усилий, поскольку труба 11 и раструб 9 сопрягаются по цилиндрической посадочной поверхности с нулевым натягом до тех пор, пока конец трубы 11 не войдет в исходное положение, в сопряжение с раструбом 9, по другой посадочной поверхности с зазором k величиной не более 1/3 величины наименьшей из толщин свариваемых деталей 9, 11 между конической поверхностью торца 42 трубы 11 и конической поверхностью конуса 43 раструба 9. Запасовку трубы 11, лежащей на опорах (не показаны на фйиг. 1), обеспечивающих трубе 11 возможность осевого перемещения и вращения вокруг оси, производят с помощью цилиндрической разжимной оправки 12, на которую насажена труба 11, таким образом, чтобы край конца трубы 11 совпадал с передней, по направлению движения свариваемого трубопровода (на фиг. справа налево), границей рабочей поверхности 19 пневмокамеры 13 оправки 12. При этом блоком клапанов пневмосистемы по сигналу командоаппарата подают в пневмокамеру 13 сжатый воздух с давлением, достаточным для создания радиальных усилий пневмокамеры 13 на внутреннюю поверхность трубы 11, фиксирующих трубу 11 от ее самопроизвольного смещения относительно оправки 12, привод которой (не показан на фиг. 1) через хвостовик 18 обеспечивает как осевое перемещение, так и вращение вокруг оси. Оправка 12 намагничена, при запасовке трубы 11 в раструб 9 попадает в магнитное поле магнитного подвеса 21, что позволяет вывесить ее по оси устройства, предотвратить тем самым воздействие веса оправки 12 на трубу 11. После установки трубы 11 в раструб 9 в исходном положении рабочая поверхность пневмокамеры 13 по ширине попадает в створ ширины В раструба 9. В пневмокамеры 2 и 13 подают сжатый воздух с давлением до 0,25 МПа, обеспечивающим создание радиальных усилий снаружи на цилиндрическую поверхность раструба 9 и изнутри на внутреннюю поверхность трубы 11, равных по величине и направленных навстречу, тем самым уравновешивающих друг друга, сдавливающих стенки раструба 9 и конца трубы 11 между собой по цилиндрической посадочной поверхности с давлением оплавления в контакте величиной до 0,2 МПа. Then, the end of the pipe 11 is inserted into the socket 9 and further advanced along the axis, which occurs quite freely, without special axial forces, since the pipe 11 and the socket 9 are mated along a cylindrical seating surface with zero interference until the end of the pipe 11 enters the initial position, in conjunction with the socket 9, on another landing surface with a gap k of no more than 1/3 of the smallest thickness of the welded parts 9, 11 between the conical surface of the end face 42 of the pipe 11 and the conical surface of the cone 43 of the socket 9. Stocking pipes 11 lying on the supports (not shown in FIG. 1), providing the pipe 11 the possibility of axial movement and rotation around the axis, produce using a cylindrical expansion mandrel 12, on which the pipe 11 is mounted, so that the edge of the end of the pipe 11 coincides with front, in the direction of movement of the pipe being welded (from Fig. from right to left), the boundary of the working surface 19 of the pneumatic chamber 13 of the mandrel 12. In this case, the valve block of the pneumatic system, at the signal of the command device, delivers compressed air to the pneumatic chamber 13 with a pressure sufficient to create the radial forces of the pneumatic chamber 13 on the inner surface of the pipe 11, fixing the pipe 11 from its spontaneous displacement relative to the mandrel 12, the drive of which (not shown in FIG. 1) through the shank 18 provides both axial movement and rotation around the axis. The mandrel 12 is magnetized, when the pipe 11 is stored in the socket 9, it enters the magnetic field of the magnetic suspension 21, which allows it to be hung along the device axis, thereby preventing the influence of the weight of the mandrel 12 on the pipe 11. After installing the pipe 11 in the socket 9, the working surface pneumatic chambers 13 in width fall into the target of width B of the socket 9. Compressed air with a pressure of up to 0.25 MPa is supplied to the pneumatic chambers 2 and 13, which creates radial forces externally on the cylindrical surface of the socket 9 and from the inside to the inner surface of the pipe would be 11, equal in magnitude and directed towards each other, thereby balancing each other, compressing the walls of the socket 9 and the end of the pipe 11 with each other along a cylindrical landing surface with a reflow pressure in contact of up to 0.2 MPa.

Давление сжатого воздуха в пневмокамерах 2 и 13 выбирается, поддерживается и контролируется такой величины в зависимости от жесткости свариваемых деталей 9, 11 (т.е. от соотношения толщины стенки и среднего диаметра деталей 9, 11), чтобы обеспечить оптимальную величину давления оплавления. Радиальные усилия равномерно распределены по поверхности, приложены к материалу деталей 9. 11, примыкающему к поверхностям, контактирующим по цилиндрической посадочной поверхности, непосредственно в зоне контакта. Приводом через хвостовик 18 приводят во вращение оправку 12, увлекающую за собой трубу 11, обеспечивая относительную скорость вращения в контакте до 3 м/сек. Трубопровод 10 удерживается от вращения пневмокамерой 2 зажима 1. Окружные усилия равномерно распределены по поверхности свариваемых деталей 9, 11, приложены к материалу деталей 9, 11, примыкающему к поверхностям, контактирующим в сопряжении по цилиндрической посадочной поверхности, непосредственно в зоне контакта. После оплавления контактирующих поверхностей и получения минимально необходимого для обеспечения качественной сварки, при условии допустимого утончения стенок свариваемых деталей 9, 11, слоя расплава в контакте материала деталей 9, 11 требуемой толщины, что определяется соотношением выбранных скорости вращения, давления и времени оплавления, вращение трубы 11 останавливают. В процессе оплавления из контакта свариваемых деталей 9, 11 под давлением оплавления вытесняется незначительное количество расплава, которое, соприкасаясь с холодными поверхностями деталей 9, 11, загустевает и собирается комком 45 в клиновидной полости, образованной поверхностью фаски с радиусом R₁ конца трубы 11 и внутренней цилиндрической поверхностью раструба 9. Загустевший комок 44 расплава материала схватывается с поверхностью деталей 9, 11 за счет адгезии между родственными материалами и закупоривает выход дальнейшему стеканию расплава из контакта. После торможения приводом через штангу 18 и оправку 12 сдвигают трубу 11 до выбора зазора k и сжатия с давлением до 0,5 МПа конических поверхностей конуса 43 и торца 42 трубы 11.Compressed air pressure in pneumatic chambers 2 and 13 is selected, maintained and controlled at a value depending on the stiffness of the parts 9, 11 to be welded (i.e., on the ratio of the wall thickness and the average diameter of the parts 9, 11) to ensure the optimum value of the fusion pressure. Radial forces are uniformly distributed over the surface, applied to the material of the parts 9. 11 adjacent to the surfaces contacting along the cylindrical landing surface, directly in the contact zone. The drive through the shank 18 rotates the mandrel 12, entraining the pipe 11, providing a relative speed of rotation in contact of up to 3 m / s. The pipeline 10 is prevented from rotating by the pneumatic chamber 2 of the clamp 1. The peripheral forces are evenly distributed on the surface of the welded parts 9, 11, applied to the material of the parts 9, 11 adjacent to the surfaces contacting in conjunction along the cylindrical seating surface, directly in the contact zone. After melting the contacting surfaces and obtaining the minimum necessary to ensure high-quality welding, provided that the walls of the welded parts 9, 11 are acceptable, the melt layer in the contact of the material of parts 9, 11 is of the required thickness, which is determined by the ratio of the selected rotation speed, pressure and time of fusion, pipe rotation 11 stop. During the reflow process, a small amount of melt is displaced from the contact of the welded parts 9, 11 under the pressure of reflow, which, in contact with the cold surfaces of the parts 9, 11, thickens and collects in a wedge-shaped cavity 45 formed by the surface of the bevel with a radius R _{1 of the} end of the pipe 11 and the inner the cylindrical surface of the bell 9. The thickened lump 44 of the melt of material grasps with the surface of the parts 9, 11 due to adhesion between related materials and clogs the outlet to further runoff of the melt out of contact. After braking by the drive through the rod 18 and the mandrel 12, the pipe 11 is shifted until the clearance k is selected and compression with a pressure of up to 0.5 MPa of the conical surfaces of the cone 43 and the end face 42 of the pipe 11.

Загустевший комок 45 расплава частью захватывается и заклинивается между внутренней поверхностью раструба 9 и фаской с радиусом R₁, остальное собирается в полости 44. Таким образом, гарантированного герметизируется возможный путь расплава во внутреннюю полость трубопровода 10. Блоком клапанов подают сжатый воздух с давлением 0,55 МПа в пневмокамеры 2 и 13, обеспечивая тем самым радиальное усилие осадки с давлением в контакте величиной до 0,5 МПа. Расплав извергается под давлением из контакта наружу на внешнюю поверхность трубы 11, откуда он легко убирается. Расплав уносит с собой загрязнения и ингредиенты химического воздействия окружающей среды на свариваемые поверхности деталей 9, 11, освобождая для контакта и сварки между собой ювенильные поверхности деталей 9, 11.The thickened lump of melt 45 is partially captured and wedged between the inner surface of the socket 9 and the chamfer with a radius of R ₁ , the rest is collected in the cavity 44. Thus, a possible melt path is sealed into the internal cavity of the pipeline 10. Compressed air with a pressure of 0.55 is supplied by the valve block MPa in pneumatic chambers 2 and 13, thereby providing a radial force of upsetting with pressure in contact up to 0.5 MPa. The melt erupts under pressure from the contact out onto the outer surface of the pipe 11, from where it is easily removed. The melt carries with it contaminants and ingredients of the chemical effect of the environment on the welded surfaces of the parts 9, 11, releasing the juvenile surfaces of the parts 9, 11 for contact and welding between themselves.

После смыкания ювенильных поверхностей соединение выдерживают для охлаждения, затем сбрасывают давление сжатого воздуха в пневмокамере 2 до нуля, обеспечивая диаметральный зазор 2-3 мм между рабочей поверхностью 8 пневмокамеры 2 зажима 1 и наружной поверхностью раструба 9, а в пневмокамере 13 сбрасывают давление воздуха до минимального уровня для обеспечения необходимого сцепления между трубопроводом 11 и оправкой 12 и далее приводом через хвостовик 18 и оправку 12 сдвигают сваренный трубопровод 10 влево до тех пор, пока раструб 9 приваренной трубы 11 не окажется в зажиме 1. Затем в пневмокамере 13 давление воздуха сбрасывают до нуля, обеспечивая тем самым диаметральный зазор 2-3 мм между рабочей поверхностью 19 пневмокамеры 13 и внутренней поверхностью трубы 11. After juvenile surfaces are closed, the connection is kept for cooling, then the compressed air pressure in the pneumatic chamber 2 is dropped to zero, providing a 2-3 mm diametrical clearance between the working surface 8 of the pneumatic chamber 2 of clamp 1 and the outer surface of the socket 9, and in the pneumatic chamber 13, the air pressure is reduced to a minimum level to ensure the necessary adhesion between the pipe 11 and the mandrel 12 and then the drive through the shank 18 and the mandrel 12 shift the welded pipe 10 to the left until the socket 9 of the welded pipe loss 11 will not be in the clamp 1. Then, in the pneumatic chamber 13, the air pressure is dropped to zero, thereby providing a diametral gap of 2-3 mm between the working surface 19 of the pneumatic chamber 13 and the inner surface of the pipe 11.

Оправку 12 сдвигают вправо, освобождая место для подачи следующей привариваемой трубы 11. The mandrel 12 is shifted to the right, making room for the filing of the next welded pipe 11.

Устройство по II варианту работает таким же образом, что по I варианту со следующими отличиями. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем переднем положении, оттеснив в крайнее переднее положение в расточку 26 переднюю пневмокамеру 22. Рабочая поверхность 34 пневмокамеры 23 сопрягается в разрыве между краями обечаек 35, 36 с внутренней поверхностью трубы 11. При таком положении пневмокамер 22 и 23 осуществляют фиксацию, вращение и сдвиг по оси трубы 11 и создание удельного давления радиального усилия оплавления в контакте между свариваемыми деталями 9, 11, подавая в пневмокамеру 23 сжатый воздух с давлением 0,25 МПа, с таким же давлением подают сжатый воздух в пневмокамеру 2 зажима 1, обеспечивая тем самым уравновешивание радиальных усилий на стенки деталей 9, 11. После торможения вращения трубы 11 ее немедленно подают по оси до сжатия поверхностей: 42 трубы 11 и 43 раструба 9 с давлением до 0,5 МПа. После этого, сразу же, подают сжатый воздух с давлением до 0,55 МПа в пневмокамеру 22, и она начинает вытеснять в крайнее заднее положение пневмокамеру 23, в которой сохраняется давление сжатого воздуха величиной до 0,25 МПа. Толкатель 33 начинает сдвигаться назад, величина его хода - 2В - две величины ширины раструба 9. Часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 облегает толкатель 33, при этом оболочка 25 начинает сворачиваться, освобождая рабочую поверхность трубы 11, и увлекаемая толкателем 33 своей частью 41 внедряется в полость пневмокамеры 23. Таким образом, предотвращается скольжение рабочей поверхности 34 по внутренней поверхности трубы 11 и создание осевых усилий на трубу 11. Часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 вслед за толкателем 33 начинает выворачиваться наружу из полости пневмокамеры 22 и входить своей рабочей поверхностью 32 в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11, занимая место, освобождаемое частью 41 оболочки 25 пневмокамеры 23. The device according to the second embodiment works in the same way as according to the first variant with the following differences. The rear pneumatic chamber 23 is in the extreme forward position, pushing the front pneumatic chamber 22 to the extreme forward position into the bore 26. The working surface 34 of the pneumatic chamber 23 is mated in the gap between the edges of the shells 35, 36 with the inner surface of the pipe 11. In this position, the pneumatic chambers 22 and 23 are fixed , rotation and shear along the axis of the pipe 11 and the creation of a specific pressure of the radial reflow force in contact between the parts to be welded 9, 11, supplying compressed air with a pressure of 0.25 MPa to the pneumatic chamber 23, compress fifth air into pneumatic chamber 2 of the clamp 1, thereby balancing the radial forces on the wall parts 9, 11. When braking the rotation of the pipe 11 once it is fed axially to the compression surface 42 of the pipe 11 and bell 43 9 with pressure up to 0.5 MPa. After that, immediately, compressed air with a pressure of up to 0.55 MPa is supplied to the pneumatic chamber 22, and it begins to displace the pneumatic chamber 23, in which the compressed air pressure of up to 0.25 MPa is stored, in its extreme rear position. The pusher 33 begins to move backward, its stroke - 2B - two sizes of the width of the socket 9. Part 41 of the shell 25 of the pneumatic chamber 23 fits the pusher 33, while the shell 25 begins to curl, freeing the working surface of the pipe 11, and carried away by the pusher 33 with its part 41 is embedded in the cavity of the pneumatic chamber 23. Thus, the sliding of the working surface 34 along the inner surface of the pipe 11 and the creation of axial forces on the pipe 11 are prevented. Part 40 of the shell 24 of the pneumatic chamber 22, following the pusher 33, starts to turn outward from the cavity pneumatic chambers 22 and enter with its working surface 32 in conjunction with the inner surface of the pipe 11, taking the place freed by part 41 of the shell 25 of the pneumatic chamber 23.

Процесс этот идет без скольжения в разрыве между краями обечаек 35, 36 по внутренней поверхности труб 11, не создавая осевых усилий, могущих создать в контакте свариваемых деталей 9, 11 сдвиговые напряжения. Это обеспечивается тем, что часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 входит в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11 методом обкатывания без скольжения подобно раскатыванию рулона ковра по полу и аналогично часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 выходит из сопряжения с внутренней поверхностью трубы 11 методом скатывания без скольжения подобно скатыванию ковра с пола в рулон. В целом, в комплексе, эти два процесса: раскатывание и скатывание подобны процессу обкатывания без скольжения цилиндра по поверхности, где перемещение по поверхности мгновенного центра вращения цилиндра соответствует перемещению границы между рабочими поверхностями 32 и 34 оболочек 24 и 25. Толкатель 33 двигается под воздействием разницы давлений в пневмокамерах 22, 23. Сворачиваемая часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 движется по радиусу в направлении толкателя 33. Выворачиваемая часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 движется по радиусу в направлении к внутренней поверхности трубы 11. Антифрикционные шайбы 30, 31, разделяющие движущиеся навстречу друг другу сворачиваемую часть 41 оболочки 25 и выворачиваемую часть 40 оболочки 24, снижают до минимума усилие трения между ними. Двигающаяся граница между отступающей рабочей поверхностью 34 оболочки 25 пневмокамеры 23 с давлением сжатого воздуха до 0,25 МПа и наступающей рабочей поверхностью 32 оболочки 24 пневмокамеры 22 с давлением сжатого воздуха до 0,55 МПа создает двигающийся по направлению к выходу (торцу) из раструба 9 скачок удельного давления в контакте между свариваемыми деталями 9, 11, гонящий перед собой, за счет движущегося фронта сжимающихся между собой ювенильных поверхностей свариваемых деталей 9, 11, расплав материала деталей 9, 11. This process proceeds without sliding in the gap between the edges of the shells 35, 36 along the inner surface of the pipes 11, without creating axial forces that can create shear stresses in the contact of the parts to be welded 9, 11. This is ensured by the fact that part 40 of the shell 24 of the pneumatic chamber 22 enters into contact with the inner surface of the pipe 11 by rolling without sliding like rolling a carpet roll across the floor and similarly part 41 of the shell 25 of the pneumatic chamber 23 comes out of pairing with the inner surface of the pipe 11 by rolling without sliding like rolling carpet from floor to roll. In general, in the complex, these two processes: rolling and rolling are similar to the process of rolling the cylinder without sliding on the surface, where the movement on the surface of the instantaneous center of rotation of the cylinder corresponds to the movement of the boundary between the working surfaces 32 and 34 of the shells 24 and 25. The pusher 33 moves under the influence of the difference pressure in the pneumatic chambers 22, 23. The collapsible part 41 of the shell 25 of the pneumatic chamber 23 moves along the radius in the direction of the pusher 33. The collapsible part 40 of the shell 24 of the pneumatic chamber 22 moves along the radius in the direction and the inner surface of the tube 11. Antifriction washers 30, 31, separating the moving towards each other collapsible portion 41 of the shell 25 and everted portion 40 of the shell 24, reduces to a minimum friction force therebetween. The moving boundary between the retreating working surface 34 of the shell 25 of the pneumatic chamber 23 with a compressed air pressure of up to 0.25 MPa and the advancing working surface 32 of the shell 24 of the pneumatic chamber 22 with a compressed air pressure of up to 0.55 MPa creates a moving towards the exit (end) of the socket 9 a jump in the specific pressure in the contact between the parts to be welded 9, 11, driving in front of itself, due to the moving front of the juvenile surfaces of the parts to be welded 9, 11 being compressed together, and the melt of the material of parts 9, 11.

Таким образом, расплав перистальтическим способом вытесняется наружу из контакта между деталями 9, 11. За скачком удельного давления остаются сжатые между собой удельным давлением осадки величиной до 0,5 МПа ювенильные поверхности свариваемых деталей 9, 11 и выдерживаются так до полного охлаждения сварного соединения. Снаружи в месте между краем раструба 9 и наружной поверхностью трубы 11 образуется грат, который легко может быть удален. На внутренней поверхности трубпровода 10 грат не образуется, поскольку расплав материала наоборот отгоняется от сопряжения сжатых между собой торца 12 трубы 11 и конуса 43 раструба 9, и ни в коем случае не может ни при каких условиях проникнуть внутрь трубопровода 10. По мере движения скачка удельного давления по внутренней поверхности трубы 11 общее суммарное радиальное усилие на внутреннюю поверхность трубы 11 возрастает, адекватно ему возрастает удельное радиальное усилие на наружнюю поверхность раструба 9 путем повышения давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 зажима 1. Повышение давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 происходит по программе, заложенной в командоаппарат, управляющий блоком клапанов пневмосистемы, в конечном счете выражаемый соотношением

где q_ycp - удельное давление радиального усилия, создаваемого пневмокамерой 2 на поверхность раструба 9; q_опл•V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления, создаваемого пневмокамерой 23 на внутреннюю поверхность трубы, и площадь места приложения усилия; q_ос и V_oc - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки, создаваемого пневмокамерой 22 на внутреннюю поверхность трубы 11.Thus, the melt is peristaltically displaced out of the contact between the

parts

9, 11. Behind the jump in specific pressure, juvenile surfaces of the

parts

9, 11 squeezed together by a specific pressure of up to 0.5 MPa remain and are kept so until the welded joint is completely cooled. Outside, in the place between the edge of the socket 9 and the outer surface of the pipe 11, a burr is formed, which can be easily removed. On the inner surface of the pipeline 10 gratings are not formed, since the molten material is, on the contrary, driven away from the mating of the end faces 12 of the pipe 11 and the cone 43 of the socket 9, and under no circumstances can it penetrate into the pipeline 10. As the shock jumps pressure on the inner surface of the pipe 11, the total total radial force on the inner surface of the pipe 11 increases, the specific radial force on the outer surface of the socket 9 increases adequately to it by increasing the pressure of the compressed air in the pneumatic chamber 2 of the clamp 1. The increase in the pressure of compressed air in the pneumatic chamber 2 occurs according to the program embedded in the command apparatus that controls the valve block of the pneumatic system, ultimately expressed by the ratio

where q _ycp is the specific pressure of the radial force created by the pneumatic chamber 2 on the surface of the socket 9; q _opl • V _opl - specific pressure and the area of the application of the specific pressure of the radial reflow force created by the pneumatic chamber 23 on the inner surface of the pipe, and the area of the place of application of force; q _OS and V _oc - specific pressure and the area of application of the specific pressure of the radial upsetting force created by the air chamber 22 on the inner surface of the pipe 11.

Практически это сводится к поддержанию определенного, изменяемого по времени, соотношения расходов сжатого воздуха в пневмокамеры 2 и 22 и расхода воздуха из пневмокамеры 23, что вполне технически осуществимо. После осадки и выдержки сбрасывают давление в пневмокамере 22 до минимального и давление в пневмокамере 23 до уровня, превышающего давление в пневмокамере 22, обеспечивающего возврат пневмокамер 22 и 23 в крайнее переднее положение и фиксацию трубы 11 на оправке 12 для дальнейших манипуляций с нею, как описано в работе устройства по I варианту. Снижение давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 идет до нуля одновременно со снижением давлений воздуха в пневмокамерах 22 и 23. Намагниченная оправка 12 вывешивается по оси устройства в магнитном подвесе 21 с целью предотвращения влияния ее веса на сварочное соединение. In practice, this boils down to maintaining a specific, time-varying ratio of the flow rate of compressed air into the air chambers 2 and 22 and the air flow rate from the air chamber 23, which is technically feasible. After upsetting and holding, the pressure in the pneumatic chamber 22 is reduced to a minimum and the pressure in the pneumatic chamber 23 to a level exceeding the pressure in the pneumatic chamber 22, which ensures that the pneumocameras 22 and 23 return to their extreme forward position and fix the pipe 11 on the mandrel 12 for further manipulations with it, as described in the operation of the device according to option I. The decrease in the pressure of compressed air in the pneumatic chamber 2 goes to zero simultaneously with the decrease in air pressure in the pneumatic chambers 22 and 23. The magnetized mandrel 12 is hung along the axis of the device in the magnetic suspension 21 in order to prevent the influence of its weight on the welding joint.

Практическими примерами осуществления изобретения являются сварка трубопроводов из полиэтилена высокого давления. Practical examples of the invention are welding pipelines made of high pressure polyethylene.

Пример 1. Example 1

Диаметр трубы D, мм - 90_+0,3 ^+0,6
Толщина стенки S, мм - 2,2
Соотношение S/D=0,0244
Диаметр раструба, мм - 90_+0,6 ^+0,9
Зазор 0^+0,6
Пример 2.Pipe diameter D, mm - 90 _+0.3 ^+0.6
Wall thickness S, mm - 2.2
S / D ratio = 0.0244
Diameter of a bell, mm - 90 _+0.6 ^+0.9
Gap 0 ^+0.6
Example 2

Диаметр трубы D, мм - 140_+0,3 ^+0,6
Толщина стенки S, мм - 3,5
Соотношение S/D=0,025
Диаметр раструба, мм - 140_+0,6 ^+0,9
Зазор 0^+0,6
Пример 3.Pipe diameter D, mm - 140 _+0.3 ^+0.6
Wall thickness S, mm - 3,5
S / D ratio = 0.025
Diameter of a bell, mm - 140 _+0.6 ^+0.9
Gap 0 ^+0.6
Example 3

Диаметр трубы D, мм - 315_+0,3 ^+0,8
Толщина стенки S, мм - 7,7
Соотношение S/D=0,0244
Диаметр раструба, мм - 315_+0,8 ^+1,3
Зазор 0^+1,0
Режим сварки.Pipe diameter D, mm - 315 _+0.3 ^+0.8
Wall thickness S, mm - 7.7
S / D ratio = 0.0244
Diameter of a bell, mm - 315 _+0.8 ^+1.3
Gap 0 ^+1.0
Welding mode.

Давление воздуха в пневмокамере зажима и оправки, МПа: оплавления до 0,25; осадки до 0,55
Скорость вращения, м/сек - до 3.Air pressure in the pneumatic chamber of the clamp and mandrel, MPa: reflow up to 0.25; precipitation up to 0.55
Rotational speed, m / s - up to 3.

Использование изобретения в практике позволит осуществлять радиальную сварку трением вращения тонкостенных трубчатых деталей враструб без сварочных искажений геометрической формы свариваемых деталей, без образования грата внутри полости деталей на сварном шве и с высоким качеством сварного шва. Using the invention in practice will allow radial welding by friction of rotation of thin-walled tubular parts into a socket without welding distortions of the geometric shape of the parts to be welded, without the formation of burr inside the cavity of the parts on the weld and with a high quality of the weld.

Claims

1. The method of radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts from thermoplastic polymers into the socket by interfacing the parts to be welded, mainly pipes, on two landing surfaces of different diameters, relative parts rotation, braking and holding them for cooling, characterized in that the interfacing of the parts to be welded carried out on a cylindrical mating landing surface with a radius of the outer chamfer of the end of the pipe passing into the conical surface of the end face, equal to 5-6 values us the radius of the transition from the inner cylindrical surface to the bell cone, with an initial clearance on the other landing surface between the mating conical surfaces of the pipe end and the bell cone, equal to not more than 1/3 of the smallest of the wall thicknesses of the parts to be welded, squeeze together with a given radial wall fusion force parts, and after braking, push the end of the pipe along the axis of the socket until it contacts the specified force of the pipe end and the cone of the socket, with circumferential, axial and radial forces they are joined to the parts to be welded evenly distributed over the cylindrical surfaces of the parts: the outer - the bell, the inner - the end of the pipe, directly in the contact zone of the parts along the seating surfaces along the entire length along the axis, while the radial forces applied from the outside and from the inside are mutually balanced, and then squeezed among themselves a given radial force of the precipitation of the wall of the parts.

2. The method according to claim 1, characterized in that the magnitude of the radial upsetting force increases over time due to the increase in time of the area of application of the radial upsetting force to the inner surface of the pipe by changing the width of the application along the axis from zero from the end of the pipe to the maximum at the end of the socket while the area of the site of application of the radial reflow forces on the inner surface of the pipe is reduced in time in the reverse order, and the specific pressures over the area of the radial forces of sedimentation and reflow are kept constant and equal to a predetermined value, and the specific pressure value over the area of the radial force on the outer surface of the socket increase in time adequately build up over time the average value of the specific pressure of the radial forces on the inner surface of the pipe, taking into account the ratio of the values of the areas of their places of application, while the average specific pressure

where q _Opl and V _Opl - specific pressure and the area of the application of the specific pressure of the radial reflow force;

q _OS and V _oc - specific pressure and the area of application of the specific pressure of the radial force of the draft.

3. A device for radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts made of thermoplastic polymers, especially pipes, including a clamp with a cylindrical working surface, fixed to the base of the device, a sliding cylindrical mandrel with a drive coaxial to the clamp for axial movement, a compressed air supply and distribution pneumatic system, command apparatus and valve block of the pneumatic system, characterized in that the clamp contains a toroidal pneumatic chamber in communication with the valve block, mounted on a pipe and made of reinforced elastomer, while the outer surface of the inner part of the shell of the pneumatic chamber, facing the axis, is working, coincides in width with the bell and mates with it, and the diameter when inoperative exceeds the diameter of the bell by 2-3 mm, with a sliding cylindrical the mandrel placed inside the pipe with the possibility of rotation and transmission of torque from the drive also contains a toroidal pneumatic chamber made of reinforced elastomer, the outer surface of the outer part of the shell facing the inner surface of the pipe and mating with it, is working, coincides with the width of the socket, does not go beyond the dimensions along the contact axis of the mating cylindrical surfaces of the socket and pipe, and the diameter in the idle state is 2-3 mm less than the internal diameter of the pipe, the pneumatic chamber is connected to the valve block through internal drilling in the mandrel.

4. A device for radial friction welding of rotation of thin-walled tubular parts made of thermoplastic polymers vrastrub, mainly pipes, including a clamp with a cylindrical working surface, mounted on the base of the device, coaxial clamp sliding cylindrical mandrel with a drive for moving along the axis, pneumatic system for supplying and distributing compressed air, command apparatus and valve block of the pneumatic system, characterized in that the clamp contains a toroidal pneumatic chamber in communication with the valve block, mounted on pipe and made of reinforced elastomer, the outer surface of the inner part of the pneumatic chamber shell, facing the axis, is working, coincides in width with the bell and mates with it, and the diameter when inoperative exceeds the diameter of the bell by 2-3 mm, in addition, a sliding cylindrical mandrel has a diameter of 2-3 mm less than the diameter of the pipe, contains two coaxially mounted toroidal pneumatic chambers made of reinforced elastomer, communicated through internal drilling in the mandrel with the valve block and placed in g ears of cylindrical bores of the mandrel, facing each other with the open side in such a way that the air chambers are directly adjacent to each other through the antifriction washers, and the outer surface of the outer part of the shells of the pneumatic chambers forms a single working surface, conjugated by a part with the inner surface of the bores, and the part extending into the gap between the edges of the outer shells of the bore, mating with the inner surface of the pipe, while in the idle state the diameter of this part is working the surface is 2-3 mm smaller than the inner diameter of the pipe, and between the sides of the pneumatic chambers, on the average diameter of their cavities, a pusher is arranged coaxially with them in the form of a hollow cylinder with a length of more than two socket widths, mated along cylindrical surfaces with a gap with antifriction washers, and the ends - with the lateral side of the shells of the pneumatic chambers, introducing a part of them into the cavities of the pneumatic chambers and thereby forming of them open toroidal chambers flat in cross section, facing each other with the open side, placed inside wipe the cavities of the pneumatic chambers.

5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the mandrel is magnetized and hung on the axis of the device in a magnetic suspension.