RU2751682C1

RU2751682C1 - Plastic pipe welding method

Info

Publication number: RU2751682C1
Application number: RU2020137736A
Authority: RU
Inventors: Александр Ефимович Прокофьев
Original assignee: Александр Ефимович Прокофьев
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-07-15

Abstract

FIELD: plastic pipe connection.SUBSTANCE: invention relates to a method for connecting profile pipes made of plastic and can be used in industry and everyday life to create a welded joint. The technical result is achieved by the proposed method of welding plastic pipes, which includes applying ferrimagnetic materials with a diameter of 0.2 mm and a length of 0.7 mm to the pipe elements and subsequent induction heating with a high-frequency current for 4-7 seconds, and the current strength is calculated from 0.1 to 0.15 A per 100 mm2.EFFECT: creation of a reliable and fast method for welding profile pipes made of plastic, which does not require the use of high-tech components.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам соединения профильных труб из пластика и может применяться в промышленности и быту для создания сварного соединения.The invention relates to methods for joining shaped plastic pipes and can be used in industry and everyday life to create a welded joint.

Известно соединение полимерных армированных труб (RU №2245481, опубл. 27.01.2005 г.), содержащее корпус из монолитного блока полимера с цилиндрическими полостями, в которых размещены концы соединяемых труб, подвижный армирующий каркас с продольными элементами, размещенный в блоке полимера, и нагревательные элементы, размещенные со стороны внутренних поверхностей полостей, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде втулки из полимерного материала с радиальными выступами на торцах, при этом продольные элементы армирующего каркаса выполнены в виде нитей из высокомодульных волокон, навитых вдоль продольной оси втулки между радиальными выступами торцов втулки, и заключены в монолитный блок полимера, а концы соединяемых труб скреплены встык, например, посредством сварки.Known connection of polymer reinforced pipes (RU No. 2245481, publ. 27.01.2005), containing a body of a monolithic block of polymer with cylindrical cavities in which the ends of the pipes to be connected are located, a movable reinforcing frame with longitudinal elements placed in the polymer block, and heating elements located on the side of the inner surfaces of the cavities, characterized in that the body is made in the form of a sleeve of polymer material with radial protrusions at the ends, while the longitudinal elements of the reinforcing frame are made in the form of threads of high-modulus fibers wound along the longitudinal axis of the sleeve between the radial protrusions of the ends sleeves, and are enclosed in a monolithic block of polymer, and the ends of the pipes to be connected are butt-welded, for example, by welding.

Недостатком такого соединения является недостаточная герметичность получаемого соединения и как следствие возможность протечек. Это обусловлено тем, что при высоких давлениях остается слабое место в конструкции, а именно на торцах труб, соединенных, например, посредством сварки, где и может образоваться протечка.The disadvantage of such a connection is the insufficient tightness of the resulting connection and, as a consequence, the possibility of leaks. This is due to the fact that at high pressures a weak spot remains in the structure, namely at the ends of pipes connected, for example, by welding, where a leak can occur.

Известен компенсирующий элемент для соединения конструктивных деталей (RU №2453434, опубл. 20.06.2012 г.) состоящий из имеющего коническую форму полого тела и по меньшей мере одного нагревательного элемента для по меньшей мере частичного нагрева по меньшей мере одной из внутренней поверхности и внешней поверхности компенсирующего элемента для создания сварного соединения с конструктивными деталями, отличающийся тем, что, отходя от каждой боковой кромки полого тела, нанесены надрезы, при этом по меньшей мере часть надрезов простирается вплотную до или за предварительно определенную обеспечивающую эластичность плоскость компенсирующего элемента и при этом имеется по меньшей мере один первый надрез, который отходит от первой боковой кромки, и по меньшей мере один второй надрез, который отходит от второй боковой кромки, которые оба простираются вплоть до или за обеспечивающую эластичность плоскость компенсирующего элементаKnown compensating element for connecting structural parts (RU No. 2453434, publ. 20.06.2012), consisting of a conical hollow body and at least one heating element for at least partial heating of at least one of the inner surface and the outer surface compensating element for creating a welded joint with structural parts, characterized in that, departing from each side edge of the hollow body, cuts are made, while at least part of the cuts extends close to or beyond a predetermined elastic plane of the compensating element and at the same time there is at least one first notch that extends from the first lateral edge and at least one second notch that extends from the second lateral edge, both of which extend up to or beyond the elastic plane of the compensating element

Недостатком является необходимость выполнения дополнительных операций, увеличивающих количество сварных мест (швов), что ухудшает общее качество соединения, а также увеличивает время выполнения соединения если операции выполнять последовательно.The disadvantage is the need to perform additional operations that increase the number of welded places (seams), which deteriorates the overall quality of the connection, and also increases the time of the connection if the operations are performed sequentially.

Наиболее близким к предлагаемому способу является пластмассовое многослойное формованное изделие, полученное путем сварки в электромагнитном переменном поле (RU №2428312, опубл. 10.09.2011 г.), при этом сварное соединение проводят с помощью пластмассового материала, который содержит наноскалярные, магнитные оксидные частицы, отличающееся тем, что наноскалярные, магнитные оксидные частицы имеют неагломерированные супер парамагнитные домены и состоят из агрегированных первичных частиц, при этом первичные частицы построены из магнитных доменов оксидов металлов с диаметром от 2 до 100 нм в немагнитной матрице оксидов металлов или оксидов металлоидов.Closest to the proposed method is a plastic multilayer molded product obtained by welding in an electromagnetic alternating field (RU No. 2428312, publ. 09/10/2011), while the welded joint is carried out using a plastic material that contains nanoscale, magnetic oxide particles, characterized in that nanoscale, magnetic oxide particles have non-agglomerated super paramagnetic domains and consist of aggregated primary particles, while the primary particles are built of magnetic domains of metal oxides with a diameter of 2 to 100 nm in a non-magnetic matrix of metal oxides or metalloid oxides.

Недостаток заключается в низкой технологичности процесса сварки, т.к. для его осуществления необходимо наличие частиц оксид металлов в свариваемом объекте, что увеличивает сложность его изготовления (ухудшается технологичность), а во избежание выделения газа (дыма) от пластмассы в плотной среде вокруг металлов нагрев происходит постепенно в течение длительного промежутка времени.The disadvantage is the low manufacturability of the welding process, because for its implementation, the presence of metal oxide particles in the welded object is necessary, which increases the complexity of its manufacture (manufacturability deteriorates), and in order to avoid gas (smoke) release from plastic in a dense medium around metals, heating occurs gradually over a long period of time.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании надежного и быстрого способа сварки профильных труб из пластика не требующего применения высокотехнологичных компонентов.The technical result of the proposed invention is to create a reliable and fast method for welding shaped pipes made of plastic, which does not require the use of high-tech components.

Способ сварки пластиковых труб, заключающийся в том, что сварное соединение проводят с помощью пластмассового материала, отличающееся тем, что предварительно на элементах труб закрепляют металлические провода из ферримагнитных материалов диаметром 0,2 мм и в длину 0,7 мм, потом соединяют пластиковые трубы между собой посредством втулки или кольца и проводят индукционный нагрев ферримагнитных материалов высокочастотным током в течении 4-7 секунд, причем сила тока при потреблении прибора и при частоте 80 КГц на выходе индукционной катушки составляет от 0,1 до 0,15 ампер на 100 кв. мм поверхности ферримагнитных материалов.A method of welding plastic pipes, which consists in the fact that the welded joint is carried out using a plastic material, characterized in that metal wires made of ferrimagnetic materials with a diameter of 0.2 mm and a length of 0.7 mm are preliminarily fixed on the pipe elements, then the plastic pipes are connected between by means of a sleeve or ring and induction heating of ferrimagnetic materials is carried out with a high-frequency current for 4-7 seconds, and the current when the device is consumed and at a frequency of 80 KHz at the output of the induction coil is from 0.1 to 0.15 amperes per 100 sq. mm of the surface of ferrimagnetic materials.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - соединение в сборе с втулкой, с закрепленными с внутренней и внешней стороны отрезками металлических проводов; на фиг. 2 - соединение в сборе с кольцом, с закрепленными с боковых или торцевых сторон отрезками металлических проводов; на фиг. 3 - кольцо с проводками, на фиг. 4 - клещи вид сбоку, на фиг. 5 - клещи вид на внутренние и развернутые стороны с катушкой из литцендрата; на фиг. 6 - фотография соединения трубы с муфтой в разрезе после сварки по заявляемому способу.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 - connection assembled with a sleeve, with sections of metal wires fixed on the inside and outside; in fig. 2 - connection assembled with a ring, with pieces of metal wires fixed from the lateral or end sides; in fig. 3 - a ring with wires, in Fig. 4 is a side view of the pliers, FIG. 5 - pliers view of the inner and unfolded sides with a coil of litz wire; in fig. 6 is a photograph of the connection of a pipe with a sleeve in section after welding according to the claimed method.

Способ заключается в соединении пластиковых труб, например, из полипропилена или полиэтилена высокого или низкого давлений, между собой посредством втулки или кольца. Для осуществления способа необходимо закрепить (нанести) на внешнюю и внутреннюю поверхности втулки или боковых поверхностей кольца ферримагнитные материалы (металлические элементы), например, металлическую крошку или отрезки металлических проводов, с последующим индукционным нагревом. Стенки втулки и кольца в разрезе имеют форму симметричной трапеции, причем их толщины с одной стороны ~2 мм, а с другой ~1,7 мм. Такая форма втулки нужна для того, чтобы равномерно удалить воздух из свариваемых пространств. Также на торцевых поверхностях ограничителя муфты для втулок и труб выполнены каналы по направлению к центру трубы для выпуска воздуха, который поступал из полостей втулки. Внутренней диаметр ограничителя муфты равен внутреннему диаметру трубы. Втулка легко вставляется в муфту торцом наименьшей толщины ее стенки.The method consists in connecting plastic pipes, for example, high or low pressure polypropylene or polyethylene, to each other by means of a sleeve or ring. To implement the method, it is necessary to fix (apply) on the outer and inner surfaces of the sleeve or the side surfaces of the ring ferrimagnetic materials (metal elements), for example, metal chips or pieces of metal wires, followed by induction heating. The walls of the sleeve and the ring in section have the shape of a symmetrical trapezoid, and their thickness is ~ 2 mm on one side, and ~ 1.7 mm on the other. This shape of the sleeve is needed in order to evenly remove air from the welded spaces. Also, on the end surfaces of the limiter of the coupling for bushings and pipes, channels are made towards the center of the pipe for releasing air that came from the cavities of the bushing. The inside diameter of the coupling stop is the same as the inside diameter of the pipe. The sleeve is easily inserted into the sleeve with the end face of the smallest wall thickness.

Способ осуществляется следующим образом:The method is carried out as follows:

1. На свариваемую поверхность наносят любым известным способом ферримагнитные материалы размерами в диаметре 0,2 мм и в длину 0,7 мм.1. Ferrimagnetic materials with dimensions 0.2 mm in diameter and 0.7 mm in length are applied to the surface to be welded.

2. Соединяют пластиковые трубы между собой посредством втулки или кольца.2. Connect the plastic pipes to each other by means of a sleeve or ring.

3. Проводят индукционный нагрев свариваемой поверхности высокочастотным в течении 4-7 секунд, причем сила тока при потреблении прибора и при частоте 80 КГц на выходе индукционной катушке составляет от 0,1 до 0,15 ампер на 100 кв. мм поверхности ферримагнитных материалов.3. Conduct high-frequency induction heating of the surface to be welded for 4-7 seconds, and the current when the device is consumed and at a frequency of 80 KHz at the output of the induction coil is from 0.1 to 0.15 amperes per 100 square meters. mm of the surface of ferrimagnetic materials.

Пример.Example.

Рассмотрим соединение муфты с трубой из полипропилена диаметром 40 мм посредством втулки. Торец одной стороны втулки тоньше торца другой стороны на 0,3 мм для выпуска воздуха из полости между муфтой и трубой. Толщина втулки 2 мм. На наружной и внутренней поверхности втулки (фиг. 1) закрепили отрезки металлического провода диаметром 0,2 мм и в длину 0,7. От края втулки на расстоянии 2 мм металлические провода не закрепляли. Данный отступ от края втулки при закреплении отрезков металлических проводов исключает коррозию, т.к. отрезки после сварки скрыты внутри конструкции и не подвергаются воздействию окружающей среды.Consider the connection of a coupling with a polypropylene pipe with a diameter of 40 mm by means of a sleeve. The end of one side of the sleeve is 0.3 mm thinner than the end of the other side to release air from the cavity between the coupling and the pipe. Sleeve thickness 2 mm. On the outer and inner surfaces of the sleeve (Fig. 1), pieces of metal wire with a diameter of 0.2 mm and a length of 0.7 were fixed. Metal wires were not fixed at a distance of 2 mm from the edge of the sleeve. This indentation from the edge of the sleeve when fixing the pieces of metal wires excludes corrosion, because After welding, the sections are hidden inside the structure and are not exposed to the environment.

Далее соединили втулку с муфтой, после чего в течении 5 секунд на собранную конструкцию поместили в поле кратковременного индукционного нагрева высокочастотным током.Next, the sleeve was connected to the sleeve, after which, within 5 seconds, the assembled structure was placed in the field of short-term induction heating by high-frequency current.

В зависимости от частоты и силы тока время сварки можно изменить. Пространство между соединяемыми элементами за счет наличия металлических проводов прогревается до высокой температуры быстрее чем внешняя поверхность муфты, т.е. в процессе температурного расширения элементов внешняя поверхность муфты не деформируется.The welding time can be changed depending on the frequency and amperage. The space between the connected elements, due to the presence of metal wires, heats up to a high temperature faster than the outer surface of the coupling, i.e. in the process of thermal expansion of the elements, the outer surface of the coupling is not deformed.

Сваренная конструкция в разрезе (фиг. 6) показывает отсутствие ранее существующего зазора, а также дефектов в виде раковин и трещин.The sectional welded structure (Fig. 6) shows the absence of a pre-existing gap, as well as defects in the form of pits and cracks.

В качестве источника кратковременного индукционного нагрева высокочастотным током выступают "клещи", представляющие собой 2-е половинки изогнутых ферритовых сердечников с катушками литцендрата. Такой вариант увеличивает мобильность осуществления индукционного нагрева.As a source of short-term induction heating by high-frequency current, "pincers" are used, which are 2 halves of bent ferrite cores with litz wire coils. This option increases the mobility of performing induction heating.

Для соединения труб по предлагаемому способу не требуется использование прибора, потребляющего большое количество энергии, а аккуратность создаваемого соединения и отсутствие внешнего воздействия на область сваривания обеспечивают гладкую и надежную внутреннюю поверхность, что в свою очередь исключает остатков жидкости после слива и попадание воздуха в процессе эксплуатации в зазоры свариваемых швов с внутренней стороны, чему также способствует отсутствие внутренних дефектов.To connect pipes according to the proposed method, the use of a device that consumes a large amount of energy is not required, and the accuracy of the created connection and the absence of external influence on the welding area provide a smooth and reliable inner surface, which in turn excludes liquid residues after draining and the ingress of air during operation into the gaps of the welded seams from the inside, which is also facilitated by the absence of internal defects.

Claims

A method of welding plastic pipes, which consists in the fact that the welded joint is carried out using a plastic material, characterized in that metal wires of ferrimagnetic materials with a diameter of 0.2 mm and a length of 0.7 mm are preliminarily fixed on the pipe elements, then the plastic pipes are connected between by means of a sleeve or a ring and conduct induction heating of ferrimagnetic materials with a high-frequency current for 4-7 seconds, and the current when the device is consumed and at a frequency of 80 KHz at the output of the induction coil is from 0.1 to 0.15 A per 100 mm ² surface ferrimagnetic materials.