RU2312767C2 - Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization - Google Patents
Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2312767C2 RU2312767C2 RU2006102639/12A RU2006102639A RU2312767C2 RU 2312767 C2 RU2312767 C2 RU 2312767C2 RU 2006102639/12 A RU2006102639/12 A RU 2006102639/12A RU 2006102639 A RU2006102639 A RU 2006102639A RU 2312767 C2 RU2312767 C2 RU 2312767C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- casing
- welded
- medium
- insulating medium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварке пластмасс и может найти применение при строительстве и монтаже трубопроводов из термопластов.The invention relates to the welding of plastics and can find application in the construction and installation of pipelines made of thermoplastics.
Известен способ сварки термопластов путем установки термопластовых элементов в зажимном центрирующем приспособлении, торцевания кромок термопластовых элементов, введения нагревательного инструмента и оплавления свариваемых поверхностей, удаления нагревательного инструмента, сопряжения свариваемых поверхностей под давлением (осадка), охлаждения сварного шва под давлением осадки (Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов/ Под ред. А.Н. Шестопала и В.С.Ромейко. - Справочник проектировщика. М., Стройиздат,1985, стр.200...202 [1]).A known method of welding thermoplastics by installing thermoplastic elements in a clamping centering device, trimming the edges of thermoplastic elements, introducing a heating tool and reflowing the surfaces to be welded, removing a heating tool, mating surfaces to be welded under pressure (draft), cooling the weld under draft pressure (Design, construction and operation of pipelines made of polymeric materials / Edited by A.N. Shestopal and V.S.Romeyko. - Designer Handbook. M., Stroyizdat, 1985, p. 200 ... 202 [1]).
Известно устройство для сварки термопластовых элементов, реализующее способ сварки термопластов, описанный выше, содержащее станину, на которой смонтированы подвижный и неподвижный зажимные хомуты, торцеватель и нагреватель (а.с. СССР №821170, Устройство для сварки пластмассовых труб, МПК В 29 С 65/02, 1981 г.).A device for welding thermoplastic elements that implements the method of welding thermoplastics described above, containing a frame on which are mounted movable and fixed clamping clamps, trimmer and heater (AS USSR No. 821170, Device for welding plastic pipes, IPC B 29 C 65 / 02, 1981).
Известный способ был разработан и позволяет осуществить сварку термопластов при температуре окружающего воздуха 20°С и благоприятных климатических условиях.A known method has been developed and allows the welding of thermoplastics at an ambient temperature of 20 ° C and favorable climatic conditions.
В основе механизма образования сварного соединения лежит процесс реализации межмолекулярных сил путем активации макромолекулярных слоев на соединяемых поверхностях и создания контакта между ними. Реализация физических (ван-дер-ваальсовых) сил между макромолекулами происходит при их сближении на расстояния, соизмеримые с размерами макромолекул, т.е. на 3...4 Å. Энергетический уровень макромолекул в свариваемых слоях деталей из пластмасс повышается в основном путем их нагрева выше температуры текучести и перевода термопласта в вязкотекучее (расплавленное) состояние. При этом нагреваемая поверхность интенсивно окисляется и вследствие деструкции полимера на ней могут образовываться газовые поры, а межмолекулярные слои поверхностей термопластовых элементов, подлежащих сварке, фактически экранированы ингредиентами, которые препятствуют их сближению и взаимодействию, т.е. сварке.The mechanism of formation of a welded joint is based on the process of realization of intermolecular forces by activating the macromolecular layers on the surfaces to be joined and creating contact between them. The realization of physical (van der Waals) forces between macromolecules occurs when they approach each other at distances commensurate with the size of the macromolecules, i.e. by 3 ... 4 Å. The energy level of macromolecules in the welded layers of plastic parts increases mainly by heating them above the pour point and transferring the thermoplastic into a viscous (molten) state. In this case, the heated surface is intensively oxidized and, due to the destruction of the polymer, gas pores can form on it, and the intermolecular layers of the surfaces of the thermoplastic elements to be welded are actually shielded by ingredients that prevent their convergence and interaction, i.e. welding.
Как показали эксперименты во ВНИИСТе (Зайцев К.И., Шмелева И.А. Справочник по сварочно-монтажным работам при строительстве трубопроводов. М., Недра, 1982 [2]), разрушение и эвакуация из зоны сварки ингредиентов, препятствующих взаимодействию макромолекул, наиболее полно достигаются при течении из контактной зоны сварки части материала, находящегося в текучем (расплавленном) состоянии (поверхностные слои). Расплав течет под действием усилия сжатия свариваемых поверхностей (так называемая осадка). При течении расплава происходит удаление газовой прослойки и разрушение окисленных поверхностей, при этом обеспечивается взаимодействие макромолекул на освобожденных от ингредиентов участках. Чем меньше вязкость расплава в зоне контакта, тем проще обеспечить его течение и легче удалить или разрушить прослойки, экранирующие макромолекулы.As experiments at the VNIIST showed (Zaitsev K.I., Shmeleva I.A. Handbook of welding and assembly work in the construction of pipelines. M., Nedra, 1982 [2]), the destruction and evacuation of ingredients that impede the interaction of macromolecules from the welding zone, most fully achieved when flowing from the contact zone of welding part of the material in a fluid (molten) state (surface layers). The melt flows under the action of compressive forces of the surfaces to be welded (the so-called draft). During the melt flow, the gas layer is removed and the oxidized surfaces are destroyed, while the interaction of macromolecules in the areas freed from the ingredients is ensured. The lower the viscosity of the melt in the contact zone, the easier it is to ensure its flow and it is easier to remove or destroy interlayers shielding macromolecules.
Процесс осадки может быть разбит на несколько этапов. Первый этап - выдавливание расплава пластмассы, нагретого до максимальных температур, т.е. имеющего наименьшую вязкость. Второй этап - вступление в контакт слоев, обладающих большей вязкостью. Третий этап - вытекание наименее вязких слоев расплава, развитие релаксационных процессов. Четвертый этап - значительное охлаждение сварного шва и реализация сил упругости, аккумулированных под действием усилия осадки на участках вылета концов элементов из зажимов сварочного устройства.The precipitation process can be divided into several stages. The first stage is the extrusion of a molten plastic heated to maximum temperatures, i.e. having the lowest viscosity. The second stage is the contacting of layers with a higher viscosity. The third stage is the outflow of the least viscous melt layers, the development of relaxation processes. The fourth stage is a significant cooling of the weld and the implementation of the elastic forces accumulated under the action of the upsetting force at the sections of the ends of the elements from the clamps of the welding device.
Охлаждение сварного стыка сопровождается возникновением и нарастанием собственных напряжений в шве и около шовной зоне, т.е. в материале шва суммируются напряжения собственные и от внешнего воздействия.Cooling of the weld joint is accompanied by the appearance and increase of intrinsic stresses in the seam and near the seam zone, i.e. In the weld material, the intrinsic stresses from external influences are also summed.
При исключении этого периода или его принудительном сокращении возможно появление в только что сформировавшемся шве дефектов в виде несплавлений, так как на отдельных участках шва может произойти разрушение макромолекулярных связей под действием нарастающих собственных напряжений и аккумулированных сил упругости.With the exclusion of this period or its forced reduction, defects in the form of incomplete fusion may appear in the newly formed weld, since macromolecular bonds can be destroyed in individual sections of the weld under the influence of increasing intrinsic stresses and accumulated elastic forces.
Четвертый этап является своего рода стабилизирующим и важным этапом, влияющим на несущую способность сварного соединения и снижающим эффект механической деструкции в шве.The fourth stage is a kind of stabilizing and important stage that affects the bearing capacity of the welded joint and reduces the effect of mechanical destruction in the weld.
Вследствие неравномерности температурного поля, различной скорости снижения температуры и структурных изменений в сварном соединении после сварки возникают остаточные напряжения.Due to the non-uniformity of the temperature field, different rates of temperature decrease and structural changes in the welded joint after welding, residual stresses occur.
Вследствие усадки шва при остывании в месте стыковых соединений образуется впадина - шейка. Величина деформаций зависит от способа сварки, природы и геометрических размеров материала и параметров режима сварки.Due to the shrinkage of the seam during cooling in the place of the butt joints, a hollow is formed - the neck. The amount of deformation depends on the welding method, the nature and geometric dimensions of the material and the parameters of the welding mode.
Выделяют следующие внешние дефекты сварного шва: подрезы, несоответствие шва требуемым геометрическим размерам, неправильность геометрической формы, смещение кромок, непровары по кромкам.The following external defects of the weld are distinguished: undercuts, mismatch of the weld with the required geometric dimensions, irregular geometric shape, displacement of the edges, lack of penetration along the edges.
Выделяют следующие внутренние дефекты сварного шва: непровары корня шва, внутренние поры и трещины, включения, усадочные раковины, участки материала подверженные термоокислительной деструкции.The following internal defects of the weld are distinguished: lack of penetration of the root of the weld, internal pores and cracks, inclusions, shrinkage shells, sections of the material subject to thermal oxidative degradation.
Причины возникновения дефектов сварки: непровары - вследствие чрезмерного охлаждения (ветер, сквозняки) оплавленных поверхностей во время технологической паузы; раковины, пузыри воздуха - вследствие попадания на оплавленные торцы заготовок капель дождя или снега, или температура нагрева выше нормы; трещины и раковины - температура нагрева ниже нормы или искусственное охлаждение сварного шва.The causes of welding defects: lack of penetration - due to excessive cooling (wind, drafts) of the melted surfaces during a technological break; sinks, air bubbles - due to falling on the melted ends of the blanks of drops of rain or snow, or the heating temperature is above normal; cracks and sinks - heating temperature below normal or artificial cooling of the weld.
Недостатком указанного выше способа сварки термопластов и устройства для сварки термопластовых элементов, реализующего известный способ сварки термопластов, является то, что он не дает возможности получить качественный шов при производстве работ вне помещений и неблагоприятных климатических условиях (дождь, снег, ветер, пониженные температуры), что вызывает снижение производительности сварочных работ осуществляющих известный способ, за счет необходимости устранения возникающих дефектов сварки.The disadvantage of the above method of welding thermoplastics and a device for welding thermoplastic elements that implements the known method of welding thermoplastics is that it does not make it possible to obtain a high-quality seam when working outdoors and in adverse climatic conditions (rain, snow, wind, low temperatures), which causes a decrease in the productivity of welding operations performing the known method, due to the need to eliminate the arising defects of welding.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сварки термопластов путем установки термопластовых элементов в зажимном центрирующем приспособлении, торцевания кромок термопластовых элементов, введения нагревательного инструмента и оплавления свариваемых поверхностей, удаления нагревательного инструмента, сопряжения свариваемых поверхностей под давлением (осадка), охлаждения сварного шва под давлением осадки в условиях образования вокруг шва замкнутого пространства, содержащего теплоизоляционную среду (а.с. СССР №1321605, Способ сварки пластмассовых труб, МПК В 29 С 65/18, 1987).The closest in technical essence to the proposed one is a method of welding thermoplastics by installing thermoplastic elements in a clamping centering device, trimming the edges of thermoplastic elements, introducing a heating tool and melting the surfaces to be welded, removing the heating tool, mating the surfaces to be welded under pressure (draft), cooling the weld under precipitation pressure under conditions of formation of a confined space containing a heat-insulating medium around the seam (USSR AS No. 1321160, Method for welding plastic pipes, IPC B 29 C 65/18, 1987).
Устройство для сварки термопластовых элементов, реализующее способ сварки термопластов, содержит станину, на которой смонтированы подвижный и неподвижный зажимные хомуты, торцеватель, нагреватель и разъемный защитный кожух (а.с.СССР №1796477, Устройство для сварки пластмассовых труб, МПК В 29 С 65/02, 1993).A device for welding thermoplastic elements that implements a method of welding thermoplastics, contains a frame on which are mounted a movable and fixed clamping clamps, a crosscut, a heater and a detachable protective casing (a.c.SSSR No. 1796477, a device for welding plastic pipes, MPK V 29 C 65 / 02, 1993).
В известном способе вокруг сварного шва сразу создают замкнутое пространство с теплоизолированной средой, защищающее зону шва от атмосферных осадков и ветра, но не обеспечивают удаление наиболее перегретой части среды и не обеспечивают равномерного распределения температурного поля в зоне шва, что создает возможность возникновения скрытых дефектов:In the known method, a closed space with a thermally insulated medium is immediately created around the weld, protecting the weld zone from atmospheric precipitation and wind, but they do not provide for the removal of the most overheated part of the medium and do not provide a uniform distribution of the temperature field in the weld zone, which creates the possibility of hidden defects:
- вследствие образования вокруг сварного шва замкнутого пространства, содержащего теплоизоляционную среду, процесс охлаждения шва занимает более длительное время, чем в естественных условиях, за счет более медленного остывания теплоизолирующей среды до температуры окружающей среды (т.к. существуют нормативные [1, стр.202] строго определенные временные параметры стадий стыковой сварки в зависимости от вида свариваемого материала и его геометрических размеров, а также температуры окружающей среды - так диапазон времени охлаждения сварного стыка под давлением осадки составляет для труб из пластмассы от 6 до 50 мин), т.е. пока шов не охладится, центрирующее приспособление снимать с термопластовых элементов нельзя, что снижает производительность известного способа сварки термопластов;- due to the formation of a closed space around the weld containing the heat-insulating medium, the process of cooling the seam takes a longer time than in natural conditions, due to the slower cooling of the heat-insulating medium to the ambient temperature (since there are regulatory [1, p. 202 ] strictly defined time parameters of the butt welding stages, depending on the type of material being welded and its geometrical dimensions, as well as the ambient temperature - this is the range of time for cooling the welded splice under pressure is rainfall for pipes of plastic from 6 to 50 minutes), i.e. until the seam cools, the centering device cannot be removed from the thermoplastic elements, which reduces the productivity of the known method of welding thermoplastics;
- происходит неравномерное охлаждение частей сварного шва, расположенных в верхней и нижней части замкнутого пространства - так верхняя часть перегревается вследствие подъема нагретой среды из нижней части замкнутого пространства, что вызывает неравномерную усадку и остаточные напряжения, а на отдельных участках шва может произойти разрушение макромолекулярных связей под действием нарастающих собственных напряжений и аккумулированных сил упругости, что может явиться причиной несплавлений и возникновения внешних и внутренних дефектов (несоответствие шва требуемым геометрическим размерам, неправильность геометрической формы, раковины, трещины) - для устранения указанных дефектов необходимо повторно провести операцию по переварке шва, что как минимум удваивает время, необходимое для сварки термопластовых элементов, и также снижает производительность известного способа сварки термопластов.- uneven cooling of the parts of the weld located in the upper and lower parts of the enclosed space occurs - so the upper part overheats due to the rise of the heated medium from the lower part of the enclosed space, which causes uneven shrinkage and residual stresses, and macromolecular bonds under the action of increasing intrinsic stresses and accumulated elastic forces, which can cause non-fusion and the appearance of external and internal defects s (inconsistent weld desired geometric dimensions, irregular geometrical shape, the shell cracks) - to eliminate these defects it is necessary to re-hold the operation to weld overcooking that at least doubles the time required for welding of thermoplastic elements, and also reduces the performance of the known method of welding thermoplastic.
В известном способе сварки термопластов (SU №1419908, кл. В29С 65/02, 1988, стр.2,3) в пространстве вокруг сварного шва осуществляют циркуляцию теплоизоляционной среды подачей защитного газа в направлении, перпендикулярном оси свариваемых элементов, непосредственно в зону сварного шва, причем нагретый газ подается из дополнительных устройств, выполненных в виде передвижных кольцевых трубок, расположенных с наружных сторон свариваемых торцов труб в течение определенного времени, затем подача газа прекращается, трубки удаляются, а зона сварного шва защищается перфорированным кожухом, через отверстия которого возобновляется обдув сварного шва защитным газом в течение определенного времени, затем подача газа прекращается, и сварное соединение продолжает охлаждаться при давлении осадки и под воздействием низких температур.In the known method of welding thermoplastics (SU No. 1419908, class B29C 65/02, 1988, p. 2,3) in the space around the weld, the heat-insulating medium is circulated by supplying a protective gas in the direction perpendicular to the axis of the elements being welded directly into the zone of the weld moreover, the heated gas is supplied from additional devices made in the form of movable annular tubes located on the outside of the welded ends of the tubes for a certain time, then the gas supply is stopped, the tubes are removed, and the weld zone it is protected by a perforated casing, through the openings of which the blowing of the weld with shielding gas is resumed for a certain time, then the gas supply is stopped, and the weld continues to cool at the upsetting pressure and under the influence of low temperatures.
Таким образом, в известном способе сварки термопластов (SU №1419908, кл. В29С 65/02, 1988) не обеспечивается постоянная защита сварного шва от неблагоприятных воздействий и не обеспечиваются условия охлаждения, близкие к естественным (т.е. проходящим при нормальных температурных и погодных условиях), т.к.:Thus, in the known method of welding thermoplastics (SU No. 1419908, class B29C 65/02, 1988), the weld is not permanently protected from adverse effects and cooling conditions are not provided that are close to natural (i.e., passing at normal temperature and weather conditions), because:
- вначале осуществляют обдув защитным газом открытого сварного шва непосредственно в зону сварного шва в направлении, перпендикулярном оси свариваемых элементов, т.е. защита от атмосферных осадков, ветра, низких температур осуществляется только струёй газа, скорость истечения которой нужно обязательно регулировать и соизмерять со скоростью ветра и его порывами;- first, shielding gas is applied to the open weld directly into the weld zone in the direction perpendicular to the axis of the elements being welded, i.e. protection against precipitation, wind, low temperatures is carried out only by a gas jet, the flow rate of which must be regulated and measured with the wind speed and its gusts;
- затем прекращают обдув шва защитным газом, т.е. защита от атмосферных осадков, ветра, низких температур кратковременно не осуществляется;- then stop blowing the seam with protective gas, i.e. protection against precipitation, wind, low temperatures is not carried out for a short time;
- далее создают вокруг шва замкнутое пространство и возобновляют обдув защитным газом непосредственно в зону сварного шва в направлении, перпендикулярном оси свариваемых элементов, т.е. надежная защита от атмосферных осадков, ветра, низких температур осуществляется уже после прохождения части стадии полимеризации свариваемых элементов, что создает возможность возникновения скрытых дефектов;- further create a closed space around the seam and resume shielding gas directly into the weld zone in the direction perpendicular to the axis of the elements being welded, i.e. reliable protection against precipitation, wind, low temperatures is already carried out after passing through part of the polymerization stage of the welded elements, which creates the possibility of hidden defects;
- затем подача газа прекращается, и сварное соединение продолжает охлаждаться при давлении осадки уже под воздействием низких температур окружающей среды;- then the gas supply is stopped, and the weld continues to cool at the upset pressure already under the influence of low ambient temperatures;
- обдув защитным газом непосредственно в зону сварного шва в направлении, перпендикулярном оси свариваемых элементов, удлиняет время охлаждения сварного шва, за счет более длительного поддержания в вязкотекучем состоянии торцов свариваемых элементов и прилегающих к ним разогретых участков.- blowing shielding gas directly into the weld zone in the direction perpendicular to the axis of the welded elements, lengthens the cooling time of the weld, due to a longer maintenance in the viscous-fluid state of the ends of the welded elements and the adjacent heated sections.
Цель изобретения - повышение производительности способа сварки термопластов за счет создания условий охлаждения сварного шва, близких к естественным, в том числе при неблагоприятном внешнем воздействии окружающей среды.The purpose of the invention is to increase the productivity of the method of welding thermoplastics by creating cooling conditions for the weld, close to natural, including under adverse external environmental influences.
Указанная цель достигается тем, что при способе сварки термопластов путем установки термопластовых элементов в зажимном центрирующем приспособлении, торцевания кромок термопластовых элементов, введения нагревательного инструмента и оплавления свариваемых поверхностей, удаления нагревательного инструмента, сопряжения свариваемых поверхностей под давлением (осадка), охлаждения сварного шва под давлением осадки в условиях образования вокруг шва замкнутого пространства, содержащего теплоизоляционную среду, создают в замкнутом пространстве вокруг сварного шва вращательно-поступательную циркуляцию теплоизоляционной среды относительно оси свариваемых элементов, осуществляют удаление (миграцию) наиболее нагретой части среды из замкнутого пространства в радиальном от сварного шва направлении и производят обновление части среды замкнутого пространства тангенциальным подводом извне теплоизоляционной среды.This goal is achieved by the fact that in the method of welding thermoplastics by installing thermoplastic elements in a clamping centering device, trimming the edges of thermoplastic elements, introducing a heating tool and melting the surfaces to be welded, removing the heating tool, mating the surfaces to be welded under pressure (draft), cooling the weld under pressure precipitation under conditions of formation of a confined space containing a heat-insulating medium around the seam creates a simple In the area around the weld, rotational-translational circulation of the insulating medium relative to the axis of the elements being welded, removes (migrates) the most heated part of the medium from the enclosed space in the direction radial from the weld and updates a part of the enclosed space medium by tangential supply from the outside of the insulating medium.
Замкнутое пространство с теплоизоляционной средой разделяют на зоны вращательной и естественной турбулизации среды. В зонах вращательной турбулизации циркуляцию теплоизоляционной среды создают вдоль горизонтальной оси свариваемых элементов вращательно-поступательным движением среды: по направлению от сварного шва - вблизи стенок кожуха ограничивающего замкнутое пространство; и в противоположном, по направлению к сварному шву - вдоль поверхности свариваемых элементов.An enclosed space with a heat-insulating medium is divided into zones of rotational and natural turbulization of the medium. In the zones of rotational turbulization, the circulation of the heat-insulating medium is created along the horizontal axis of the elements to be welded by the rotational-translational motion of the medium: in the direction from the weld — near the walls of the casing bounding the enclosed space; and in the opposite direction towards the weld along the surface of the elements being welded.
В зоне естественной турбулизации удаление (миграцию) наиболее нагретой части среды из замкнутого пространства производят путем столкновения встречно-направленных вращающихся в противоположных направлениях потоков теплоизоляционной среды, а обновление части среды замкнутого пространства осуществляют принудительным подводом теплоизоляционной среды извне.In the zone of natural turbulization, the removal (migration) of the most heated part of the medium from an enclosed space is carried out by collision of counter-directed flows of heat-insulating medium rotating in opposite directions, and the part of the enclosed space is updated by forced supply of the heat-insulating medium from the outside.
В устройстве для сварки термопластов, содержащем станину, на которой смонтированы подвижный и неподвижный зажимные хомуты, разъемный защитный кожух, торцеватель, нагреватель, кожух перфорирован в зоне ограничивающей кромки свариваемых элементов, при этом разъемные половинки кожуха выполнены цилиндроконическими, а в местах сопряжения цилиндрической и конической поверхностей кожух имеет тангенциальные входные отверстия и внутреннюю кольцеобразную стенку.In a device for welding thermoplastics containing a frame on which a movable and fixed clamping clamps are mounted, a detachable protective cover, a trimmer, a heater, the casing are perforated in the area of the limiting edge of the elements to be welded, while the detachable halves of the casing are made cylindrical and, at the junctions, cylindrical and conical of the surfaces, the casing has tangential inlets and an inner annular wall.
Кожух установлен относительно термопластовых элементов с зазором, а поверхность кожуха выполнена гофрированной в форме спирали. Тангенциальные входные отверстия кожуха соединены с источником избыточного давления теплоизоляционной среды.The casing is mounted relative to the thermoplastic elements with a gap, and the casing surface is made corrugated in the form of a spiral. The tangential inlet openings of the casing are connected to a source of excess pressure of the insulating medium.
Сущность изобретения заключается в создании в замкнутом пространстве вокруг сварного шва циркуляции теплоизоляционной среды во вращательно-поступательном направлении относительно оси свариваемых элементов сразу после удаления нагревательного инструмента и на протяжении всего времени остывания шва, защищающей зону шва от атмосферных осадков и ветра, что обеспечивает равномерное остывание всей наружной поверхности шва за счет выравнивания температурных градиентов в верхней и нижней частях шва на протяжении всего времени остывания шва, а осуществление удаления (миграции) наиболее нагретой части среды из замкнутого пространства в радиальном от сварного шва направлении способствует более равномерному и естественному охлаждению шва, не увеличивает время охлаждения шва и время нахождения в вязкотекучем состоянии торцов свариваемых элементов и прилегающих к ним разогретых участков - что повышает качество сварного шва, а обновление части среды замкнутого пространства тангенциальным подводом извне теплоизоляционной среды создает закрутку потока и вращательное движение теплоизоляционной среды внутри замкнутого пространства, т.е. обеспечивает автоматическое установление рабочих режимов охлаждения сразу и на протяжении всего времени остывания шва, за счет создания противоположно направленных вращательно-поступательных потоков теплоизолированной среды, соударение которых в зоне шва обеспечивает его постоянную защиту от неблагоприятных воздействий, равномерное распределение температурного поля создает условия охлаждения, близкие к естественным.The essence of the invention is to create in a closed space around the weld the circulation of the insulating medium in the rotational-translational direction relative to the axis of the elements to be welded immediately after removing the heating tool and throughout the entire cooling time of the weld, which protects the weld zone from atmospheric precipitation and wind, which ensures uniform cooling of the entire the outer surface of the seam due to the alignment of temperature gradients in the upper and lower parts of the seam throughout the cooling time the weld, and the removal (migration) of the most heated part of the medium from the confined space in the direction radial from the weld contributes to a more uniform and natural cooling of the weld, does not increase the cooling time of the weld and the time spent in the viscous-fluid state of the ends of the welded elements and the adjacent heated areas - which improves the quality of the weld, and the renewal of a part of the enclosed space medium by the tangential supply from the outside of the insulating medium creates a flow swirl and rotational motion of insulating fluid within the enclosed space, i.e., provides automatic establishment of cooling operating conditions immediately and throughout the entire cooling time of the weld, by creating oppositely directed rotational-translational flows of the insulated medium, the impact of which in the weld zone ensures its constant protection from adverse effects, uniform distribution of the temperature field creates cooling conditions close to natural.
Разделение замкнутого пространства с теплоизоляционной средой на зоны вращательной турбулизации среды обеспечивает формирование равномерного температурного поля вблизи наружной поверхности свариваемых элементов и перемещение потоков среды вдоль горизонтальной оси свариваемых элементов.The separation of the enclosed space with the insulating medium into zones of rotational turbulization of the medium ensures the formation of a uniform temperature field near the outer surface of the elements being welded and the movement of the medium flows along the horizontal axis of the elements being welded.
Выделение в замкнутом пространстве с теплоизоляционной средой зоны естественной турбулизации среды обеспечивает как охлаждение шва в условиях, близких к естественным (теплообмен, конвекция), так и отвод (удаление) естественным путем наиболее нагретой части среды за пределы замкнутого пространства.The isolation of a zone of natural turbulization of the medium in a confined space with a heat-insulating medium ensures both the cooling of the joint under conditions close to natural conditions (heat transfer, convection) and the removal (removal) of the most heated part of the medium out of the confined space by natural means.
Создание циркуляции теплоизоляционной среды вдоль горизонтальной оси свариваемых элементов вращательно-поступательным движением среды по направлению от сварного шва - вблизи стенок кожуха, ограничивающего замкнутое пространство, позволяет обеспечить ввод извне более холодной среды вдоль внутренних стенок кожуха, за счет центробежных сил инерции, и постепенный нагрев, за счет теплообмена с внутренней средой, при поступательном движении вдоль свариваемых элементов.Creating a circulation of the heat-insulating medium along the horizontal axis of the welded elements by rotational-translational movement of the medium in the direction from the weld - near the walls of the casing, which limits the enclosed space, allows for the input of a colder medium from the outside along the inner walls of the casing, due to centrifugal inertia forces, and gradual heating, due to heat exchange with the internal environment, with translational movement along the elements being welded.
Создание циркуляции теплоизоляционной среды вдоль горизонтальной оси свариваемых элементов вращательно-поступательным движением среды по направлению к сварному шву - вдоль поверхности свариваемых элементов - обеспечивает как формирование равномерного температурного поля вблизи наружной поверхности свариваемых элементов, так и теплообмен и создание избыточного давления среды на границе зоны естественной турбулизации среды.Creating a circulation of the heat-insulating medium along the horizontal axis of the elements being welded by rotational-translational movement of the medium towards the weld — along the surface of the elements being welded — provides both the formation of a uniform temperature field near the outer surface of the elements being welded, and heat transfer and the creation of an excess pressure of the medium at the boundary of the natural turbulization zone Wednesday.
Столкновение встречно-направленных, вращающихся в противоположных направлениях потоков теплоизоляционной среды в зоне естественной турбулизации позволяет создать равномерно распределенное температурное поле вокруг сварного шва и удаление (миграцию) наиболее нагретой части среды наружу, из замкнутого пространства, за счет созданного избыточного давления вокруг шва и за счет естественной конвекции высокотемпературной части среды.The collision of the opposite directional, rotating in opposite directions flows of the insulating medium in the zone of natural turbulization allows you to create a uniformly distributed temperature field around the weld and remove (migrate) the most heated part of the medium to the outside, from the enclosed space, due to the created overpressure around the weld and due to natural convection of the high-temperature part of the medium.
Возможность принудительного подвода теплоизоляционной среды извне усиливает эффект закрутки потока и вращательного движения теплоизоляционной среды внутри замкнутого пространства.The possibility of forced supply of the insulating medium from the outside enhances the effect of swirling the flow and the rotational movement of the insulating medium inside the enclosed space.
В устройстве для сварки термопластов, содержащем станину, на которой смонтированы подвижный и неподвижный зажимные хомуты, разъемный защитный кожух, торцеватель, нагреватель, перфорация кожуха в зоне ограничивающей кромки свариваемых элементов, создается возможность для осуществления удаления (миграции) наиболее нагретой части теплоизоляционной среды из замкнутого пространства ограниченного кожухом.In a device for welding thermoplastics containing a frame on which a movable and fixed clamps are mounted, a detachable protective casing, a trimmer, a heater, perforation of the casing in the area of the limiting edge of the elements to be welded, it is possible to remove (migrate) the most heated part of the insulating medium from a closed space limited by a casing.
Выполнение разъемных половинок кожуха цилиндроконическими в направлении зажимных хомутов обеспечивает возможность создания вращательно-поступательного движения теплоизоляционной среды внутри замкнутого пространства, ограниченного кожухом.The implementation of the detachable halves of the casing cylindrical in the direction of the clamping clamps makes it possible to create rotational-translational movement of the insulating medium inside the enclosed space bounded by the casing.
Установка тангенциальных входных отверстий в местах сопряжения цилиндрической и конической поверхностей кожуха позволяет создать вращательное движение теплоизоляционной среды внутри замкнутого пространства.The installation of tangential inlets in the interface between the cylindrical and conical surfaces of the casing allows you to create a rotational movement of the insulating medium inside the enclosed space.
Расположение внутренней кольцеобразной стенки в местах сопряжения цилиндрической и конической поверхностей кожуха обеспечивает разделение внутреннего замкнутого пространства с теплоизоляционной средой на зоны вращательной и естественной турбулизации среды.The location of the inner ring-shaped wall at the interface between the cylindrical and conical surfaces of the casing ensures the separation of the inner enclosed space with the insulating medium into zones of rotational and natural turbulization of the medium.
Установка кожуха с зазором относительно термопластовых элементов обеспечивает создание теплового затвора у торцевых стенок кожуха путем утечки части теплоизоляционной среды через кольцевой зазор (в направлении от сварного шва), препятствующий поступлению холодных слоев внешней среды в замкнутое пространство кожуха.The installation of the casing with a gap relative to the thermoplastic elements ensures the creation of a thermal shutter at the end walls of the casing by leakage of part of the insulating medium through the annular gap (in the direction from the weld), which prevents the entry of cold layers of the external medium into the enclosed space of the casing.
Гофрирование поверхности кожуха в форме спирали и обеспечение возможности соединения тангенциальных входных отверстий кожуха с источником избыточного давления теплоизоляционной среды усиливает эффект закрутки потока и вращательного движения теплоизоляционной среды внутри замкнутого пространства.The corrugation of the surface of the casing in the form of a spiral and the possibility of connecting the tangential inlet openings of the casing with a source of excess pressure of the insulating medium enhances the effect of swirling the flow and rotational movement of the insulating medium inside the enclosed space.
Практически это означает, что, подключив к тангенциальным отверстиям кожуха источник избыточного давления теплоизоляционной среды (например, небольшой баллон) с определенным объемом и регулятором давления, можно, оставив шов самостоятельно охлаждаться в автоматическом режиме, до полного (частичного) опорожнения источника избыточного давления, перейти к сварке следующего стыка термопластовых элементов, т.е. в совокупности отличительные признаки заявляемого способа и устройства обусловливают возможность достижения технического результата - повышения производительности и снижения трудоемкости сварочных работ, при обеспечении качества соединения свариваемых термопластовых элементов, за счет создания более благоприятных условий охлаждения сварного шва, близких к естественным, по сравнения с известными техническими решениями,In practice, this means that by connecting a source of excess pressure of the heat-insulating medium (for example, a small cylinder) with a certain volume and pressure regulator to the tangential openings of the casing, you can leave the joint to cool automatically in order to completely (partially) empty the source of excess pressure to welding the next joint of thermoplastic elements, i.e. collectively, the distinctive features of the proposed method and device determine the possibility of achieving a technical result - increasing productivity and reducing the complexity of welding, while ensuring the quality of the welded thermoplastic elements by creating more favorable conditions for cooling the weld, close to natural, in comparison with known technical solutions ,
На Фиг.1...3 показано устройство для сварки термопластовых элементов, реализующее указанный способ. На Фиг.1 изображен общий вид устройства с разведенными зажимными хомутами, на Фиг.2 - общий вид устройства со сведенными зажимными хомутами, на Фиг.3 - продольный разрез вдоль оси свариваемых элементов.Figure 1 ... 3 shows a device for welding thermoplastic elements that implements the specified method. Figure 1 shows a General view of the device with the spread clamping clamps, Figure 2 is a General view of the device with collapsed clamping clamps, Figure 3 is a longitudinal section along the axis of the elements to be welded.
Способ сварки термопластов может быть реализован с помощью устройства для сварки термопластовых элементов, содержащего станину 1, на которой смонтированы неподвижный 2 и подвижный 3 зажимные хомуты, поворотный рычаг 4 для перемещения подвижного хомута 3, торцеватель и нагреватель (на фиг. не показаны). Зажимные хомуты 2 и 3 снабжены защитным кожухом, выполненным, например, в виде цилиндроконических гофрированных насадок 5 из упругого материала, имеющих форму цилиндра в зоне ограничивающей кромки свариваемых элементов, переходящего в конус в направлении зажимных хомутов 2 и 3. Гофрированная поверхность кожуха может быть выполнена в форме спирали, сворачивающейся в направлении зажимных хомутов 2 и 3.The method of welding thermoplastics can be implemented using a device for welding thermoplastic elements containing a frame 1, on which are mounted a fixed 2 and a movable 3 clamp clamps, a pivot arm 4 for moving a movable clamp 3, a trimmer and a heater (not shown in Fig.). Clamping clamps 2 and 3 are provided with a protective casing made, for example, in the form of cylindrical conical
Насадки 5 закреплены на обращенных друг к другу концах зажимных хомутов 2 и 3. Каждая насадка выполнена из двух одинаковых частей 6. Части 6 насадок закреплены на створках 7 зажимных хомутов 2 и 3. При соединении частей 6 насадок 5 образуется замкнутый, коаксильный термопластовым элементам кожух.
Насадки 5 кожуха имеют перфорацию 8 в зоне ограничивающей кромки свариваемых элементов и тангенциальные входные отверстия 9 в местах сопряжения цилиндрической и конической поверхностей и внутреннюю кольцеобразную стенку 10. Кожух установлен относительно термопластовых элементов с кольцевым зазором 11.The
Способ сварки термопластов и работа устройства для сварки осуществляется следующим образом.The method of welding thermoplastics and the operation of the device for welding is as follows.
Термопластовые элементы (например, трубы) устанавливают в зажимных хомутах 2 и 3, створки 7 которых и закрепленные на них части 6 гофрированных насадок 5 закрывают. Производят торцевание кромок термопластовых элементов, введение нагревательного инструмента (не показан) между термопластовыми элементами и оплавление кромок.Thermoplastic elements (for example, pipes) are installed in the clamping clamps 2 and 3, the
Нагревательный инструмент удаляют, после чего движением поворотного рычага 4 сопрягают свариваемые поверхности и удерживают до охлаждения сварного шва под давлением (так называемая осадка), при этом гофрированные насадки 5 соединяются и вокруг шва образуется замкнутое пространство, содержащее теплоизоляционную среду (например, воздух).The heating tool is removed, after which, by moving the rotary lever 4, the surfaces to be welded are joined and held until the weld is cooled under pressure (the so-called draft), while the
С целью выравнивания температурных градиентов в зоне шва в замкнутом пространстве вокруг свариваемых термопластовых элементов создается вращательно-поступательная циркуляция теплоизоляционной среды относительно оси свариваемых элементов, либо естественным путем - внешним воздействием окружающей среды (например, ветром), либо принудительно - источником избыточного давления теплоизоляционной среды.In order to equalize the temperature gradients in the weld zone in a confined space around the welded thermoplastic elements, a rotational-translational circulation of the heat-insulating medium relative to the axis of the welded elements is created, either naturally by external environmental influences (for example, wind), or forcibly - a source of excess pressure of the heat-insulating medium.
С целью приближения процесса охлаждения к условиям охлаждения в естественных условиях циркуляция теплоизоляционной среды сопровождается удалением (миграцией) высокотемпературных слоев среды из замкнутого пространства в радиальном от сварного шва направлении и обновлением среды замкнутого пространства путем тангенциального подвода извне теплоизоляционной среды.In order to bring the cooling process closer to the cooling conditions in natural conditions, the circulation of the insulating medium is accompanied by the removal (migration) of high-temperature layers of the medium from the enclosed space in the direction radial from the weld and the renewal of the enclosed space by tangential supply from the outside of the insulating medium.
Особенностью циркуляции теплоизоляционной среды является то, что в замкнутом пространстве создаются зоны вращательной 12 и естественной 13 турбулизации. Зона вращательной 12 турбулизации создается вне области сварного шва, зона естественной 13 турбулизации в области сварного шва - это достигается установкой в кожухе внутренней кольцеобразной стенки 10.A peculiarity of the circulation of the insulating medium is that in a confined space zones of rotational 12 and natural 13 turbulization are created. A
Тангенциальным подводом теплоизоляционной среды извне осуществляется поступление в замкнутое пространство теплоизоляционной среды и создание вращательного движения среды относительно горизонтальной оси свариваемых элементов вблизи внутренних стенок насадок 5 кожуха, ограничивающего замкнутое пространство, в направлении от сварного шва, что вызывает усиление естественного теплообмена слоев охлажденной и нагретой среды и выравнивание температурных градиентов вокруг оси свариваемых элементов, т.е. равномерное охлаждение всех участков сварного шва.The heat-insulating medium from the outside is tangentially supplied to the closed space of the heat-insulating medium and the medium is rotationally moved relative to the horizontal axis of the elements being welded near the inner walls of the
Выполнение поверхности кожуха гофрированной в форме спирали усиливает эффект закрутки вращательного движения среды вблизи стенок насадок 5 кожуха, ограничивающего замкнутое пространство.The execution of the surface of the casing corrugated in the form of a spiral enhances the effect of twisting the rotational movement of the medium near the walls of the
Цилиндроконическая форма половинок кожуха в направлении зажимных хомутов позволяет создать зону избыточного давления у торцевых стенок кожуха и изменить направление движения вращающегося потока на обратное, вдоль оси свариваемых элементов.The cylindrical conical shape of the halves of the casing in the direction of the clamps allows you to create a zone of excess pressure at the end walls of the casing and change the direction of movement of the rotating flow to the opposite, along the axis of the welded elements.
Так по достижению торцевой стенки кожуха, ограничивающего замкнутое пространство, вращающийся поток среды меняет направление на движение вдоль горизонтальной оси свариваемых элементов, обратно к сварному шву, чем обеспечивается приток более холодных слоев среды в зону сварного шва, где создается зона естественной турбулизации с более нагретыми слоями среды и выравнивание температурных градиентов как в нижней, так и в верхней части охлаждаемого сварного шва, причем создается избыточное давления более холодных слоев среды на границе зоны естественной турбулизации и за счет этого вытеснение более горячих слоев среды за пределы замкнутого пространства путем естественной конвекции (через перфорацию 8), в том числе и за счет некоторого избыточного давления в результате столкновения встречно-направленных вращающихся в противоположных направлениях потоков теплоизоляционной среды, притекающих к шву вдоль свариваемых элементов в направлении от зажимных хомутов 2, 3.So, upon reaching the end wall of the casing, which limits the confined space, the rotating fluid flow changes direction to move along the horizontal axis of the welded elements, back to the weld, which ensures the influx of colder layers of the medium into the weld zone, where a zone of natural turbulization with warmer layers is created medium and alignment of temperature gradients both in the lower and in the upper part of the cooled weld, and overpressure of the colder layers of the medium is created at the interface natural turbulence and due to this the displacement of the hotter layers of the medium beyond the confined space by means of natural convection (through perforation 8), including due to some excess pressure as a result of the collision of counter-rotating flows of heat-insulating medium flowing in opposite directions, flowing to a seam along the elements to be welded in the direction from the clamps 2, 3.
Установление насадок 5 кожуха относительно термопластовых элементов с зазором 11 позволяет создать тепловой затвор у торцевых стенок кожуха, путем утечки части теплоизоляционной среды через кольцевой зазор (в направлении от сварного шва), препятствующий поступлению холодных слоев внешней среды в замкнутое пространство кожуха.The installation of
Приток теплоизоляционной среды извне может осуществляться как естественным образом за счет ветровой нагрузки, так и принудительным, за счет подключения тангенциальных входных отверстий 10 насадок 5 кожуха к источнику избыточного давления (не показан), например баллона со сжатой средой, компрессора и т.п., что усиливает эффект вращательного движения среды и создает условия, близкие к нормальным естественным условиям охлаждения сварного стыка при неблагоприятных внешних условиях (ветер, дождь, снег, низкие температуры).The inflow of the insulating medium from the outside can be carried out both naturally due to the wind load, and forced, by connecting the tangential inlet holes 10 of the
После истечения заданного времени охлаждения шва снимают нагрузку осадки отведением поворотного рычага 4 и разъединением насадок 5 кожуха, далее открытием створок 7 зажимных хомутов 2 и 3 устройство для сварки снимают и устанавливают на новый стык свариваемых термопластовых элементов, и процесс сварки повторяется.After the set cooling time of the seam has expired, the load of the precipitate is removed by removing the rotary lever 4 and disconnecting the
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006102639/12A RU2312767C2 (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006102639/12A RU2312767C2 (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006102639A RU2006102639A (en) | 2007-08-10 |
| RU2312767C2 true RU2312767C2 (en) | 2007-12-20 |
Family
ID=38510641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006102639/12A RU2312767C2 (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2312767C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607237C2 (en) * | 2011-01-24 | 2017-01-10 | Абб Инк. | Method for analysing and diagnosing large scale process automation control systems |
| CN110883489A (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-17 | 宋洪峰 | Novel metal material welding jig |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108248050B (en) * | 2018-01-20 | 2020-04-24 | 厦门鑫泰铖自动化设备有限公司 | Multi-station plastic hot melting machine |
-
2006
- 2006-01-30 RU RU2006102639/12A patent/RU2312767C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607237C2 (en) * | 2011-01-24 | 2017-01-10 | Абб Инк. | Method for analysing and diagnosing large scale process automation control systems |
| CN110883489A (en) * | 2019-11-26 | 2020-03-17 | 宋洪峰 | Novel metal material welding jig |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006102639A (en) | 2007-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2312767C2 (en) | Method of welding of the thermoplastics welding and the device for the method realization | |
| CA2529412C (en) | Fusion process for conduit | |
| US6843950B1 (en) | Device for applying a plastic sheathing to a pipeline at pipe connections | |
| KR20140089429A (en) | Apparatus containing multiple sequentially used infrared heating zones for tubular articles | |
| CN1105618C (en) | Method and device for cutting hollow glass articles by laser beam | |
| US6050477A (en) | Method of brazing directionally solidified or monocrystalline components | |
| CN104694921A (en) | Method and device for controlling tissue growth in laser cladding of single crystal alloy | |
| JP2010533071A (en) | Laser welding apparatus and laser welding method | |
| CN103433616B (en) | A kind of friction stir weld device | |
| CN106403616B (en) | A kind of copper rod production chute device and copper bar manufacturing method | |
| JP2011088431A (en) | Resin component welding apparatus and resin component welding method | |
| DK2614952T3 (en) | DEVICES AND METHOD FOR PRODUCING mouths of biaxially oriented plastic pipe having INTEGRATED SEAL PACKAGING | |
| US20010008323A1 (en) | Method and fixture for disposing filler material in an article | |
| CA2208166A1 (en) | Re-forming thermoplastic materials | |
| ES2235707T3 (en) | COVER FOR A SURFACE OF A COMPONENT PART. | |
| CN107971488A (en) | A kind of laser 3D printing device | |
| CN109514870A (en) | Leaded plastic cement voice box casing and its hot plate welding method | |
| CN107745168A (en) | A kind of welding method | |
| Nonhof | Laser welding of polymers | |
| CN106564181B (en) | A kind of method and apparatus of plastic packaging composite metal plastic pipe end face | |
| EP3178639B1 (en) | Method of repairing damages of aircraft engine components made of weldable thermoplastic materials | |
| CN208697977U (en) | A kind of 3D printing nozzle structure | |
| CN106560268B (en) | Non-solder copper pipe all-in-one machine | |
| JP4184905B2 (en) | Method and apparatus for charging scrap or hot metal into converter or pretreatment furnace | |
| CN106607588B (en) | A kind of multistation forming bin of work compound |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110131 |