馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法及其帶狀夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及塑料管道焊接技術(shù)，旨在提供馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法及其帶狀夾具。該馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法包括步驟：將馬鞍形管件放置在主管道上，取至少兩個帶狀夾具，分別安裝在馬鞍形管件的支管兩側(cè)，焊接結(jié)束后拆除帶狀夾具；該帶狀夾具的主體的一端接頭處設(shè)置有條形凹槽，另一端接頭處設(shè)置卡緊機構(gòu)和彈簧，卡緊機構(gòu)處安裝有相互連接的壓力傳感器和小型電子顯示器。本發(fā)明通過增加額外的夾具進行進一步的夾緊，充分保證了馬鞍形管件在焊接過程中熔融區(qū)壓力的穩(wěn)定維持，解決了現(xiàn)有焊接條件下熔融區(qū)壓力不足導(dǎo)致的焊接質(zhì)量問題，降低了馬鞍形管件焊接產(chǎn)品的報廢率，提高了經(jīng)濟效益。
【專利說明】 馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法及其帶狀夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于塑料管道焊接技術(shù)，特別涉及馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法及其帶狀夾具。

【背景技術(shù)】
[0002]馬鞍形管件一般有兩類:鞍形分支管件；鞍形三通管件。馬鞍形管件是實現(xiàn)主管線分支的主要管件，它的使用讓輸送管網(wǎng)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布的多樣性。在需要分支或?qū)崿F(xiàn)三通的管路處，安裝與管路規(guī)格對應(yīng)的馬鞍形管件，采用一定的焊接方式使得馬鞍形管件與管路實現(xiàn)永久連接，并且保證連接處的強度以及密封性。馬鞍形管件與主管路的主要焊接方式有熱熔連接和電熔連接。
[0003]對于馬鞍形管件的電熔連接，工程中常見的問題是管件與管道的連接處強度不足，出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象，導(dǎo)致剝離能降低，有時甚至是焊接后進行的試壓也達不到相關(guān)標準的要求。這就使得產(chǎn)品的報廢率升高，造成了經(jīng)濟損失，不僅增加了產(chǎn)品的成本，而且給管道系統(tǒng)帶來巨大的安全隱患。出現(xiàn)這一問題的主要原因是馬鞍形管件與主管道焊接過程中壓力不足導(dǎo)致的:由于加工、運輸、儲存等原因，馬鞍形管件內(nèi)表面與相應(yīng)管道的外表面并不完全貼合匹配；同時焊接過程中熔體會膨脹，且溫度升高會使聚乙烯模量減小，致使焊接區(qū)域更容易發(fā)生變形。
[0004]目前我們已采取的措施包括:利用精度更高的數(shù)控銑削加工中心對馬鞍形管件的內(nèi)表面進行處理，讓其達到完整的圓形；采用更為復(fù)雜的電阻絲布線工藝，改變?nèi)廴趨^(qū)各處的融化狀態(tài)。但實際應(yīng)用表明，這兩種措施的效果也并不理想。究其原因主要是對焊接過程中材料熱膨脹會產(chǎn)生多大的壓力以及聚乙烯受熱軟化后能否維持焊接區(qū)壓力這一復(fù)雜的材料熱-結(jié)構(gòu)耦合問題理解不足。在技術(shù)層面上，該問題的關(guān)鍵在于在焊接過程中在熔焊區(qū)維持一個相對穩(wěn)定的熔融壓力，所以不管是提高內(nèi)表面的圓度或是改變布線工藝，僅改善了焊接的初始條件與焊接工藝過程，但并沒有真正解決焊接壓力不足的問題。針對該問題，工程中采用了加大馬鞍形管件的螺栓預(yù)緊力等措施，但即使管件兩側(cè)已被螺栓完全約束，由于其約束的位置并非為最佳，熔融區(qū)的壓力也不能得到很好地維持。因此，在現(xiàn)有螺栓緊固的基礎(chǔ)上，考慮在馬鞍形管件電熔焊接過程中增加一組額外的夾具進行進一步的夾緊，從而解決其焊接壓力不足的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠提高馬鞍形管件的焊接質(zhì)量和改變馬鞍形管件焊接產(chǎn)品報廢率高這一現(xiàn)狀的馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法及其帶狀夾具。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法，用于保證馬鞍形管件焊接熔融區(qū)的壓力穩(wěn)定，具體包括下述步驟:
[0007](I)電熔焊接前，將馬鞍形管件放置在主管道上，擰緊馬鞍形管件兩側(cè)的連接螺栓；
[0008](2)取至少兩個帶狀夾具，分別安裝在馬鞍形管件的支管兩側(cè)，具體安裝方法為:將帶狀夾具主體箍于馬鞍形管件上，并使靠近馬鞍形管件上的支管的帶狀夾具主體的一側(cè)與支管外壁貼緊，將卡緊頭卡在條形凹槽中，根據(jù)小型電子顯示器中顯示的讀數(shù)，調(diào)整卡緊頭在不同的條形凹槽中卡緊，小型電子顯示器中顯示的讀數(shù)達到要求值時，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)至關(guān)閉狀態(tài)；所述要求值即能使馬鞍形管件與主管道貼合緊密的預(yù)緊力值；
[0009](3)利用電熔焊機對馬鞍形管件進行焊接操作，焊接結(jié)束并冷卻完成后，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)至打開狀態(tài)，從馬鞍形管件上拆除帶狀夾具。
[0010]提供用于所述的馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法的帶狀夾具，包括帶狀夾具主體，所述帶狀夾具主體的一端接頭處設(shè)置有條形凹槽，另一端接頭處設(shè)置卡緊機構(gòu)和彈簧，卡緊機構(gòu)、彈簧和條形凹槽共同作用能夠使帶狀夾具主體的兩端接頭處實現(xiàn)卡緊和松開，用于適用不同直徑的馬鞍形管件；卡緊機構(gòu)處安裝有相互連接的壓力傳感器和小型電子顯示器(類似于電子手表上使用的小型電子顯示器)，壓力傳感器用于測量帶狀夾具和馬鞍形管件的卡緊力，小型電子顯示器用于實時顯示壓力傳感器測量到的卡緊力。
[0011]作為進一步的改進，所述帶狀夾具主體的長度為馬鞍形管件外壁圓周長的1.1?1.5 倍。
[0012]作為進一步的改進，所述帶狀夾具主體的寬度為能包圍馬鞍形管件焊接區(qū)域俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?I倍。
[0013]作為進一步的改進，所述帶狀夾具主體的厚度為馬鞍形管件壁厚的0.5?I倍。
[0014]作為進一步的改進，所述卡緊機構(gòu)包括卡緊頭和卡緊松開開關(guān)，壓力傳感器設(shè)置在卡緊頭上。
[0015]作為進一步的改進，所述卡緊頭的長度在50?10mm之間。
[0016]作為進一步的改進，所述條形凹槽設(shè)置在以卡緊頭與帶狀夾具主體連接處為起點、距離起點長度為馬鞍形管件外壁圓周長±10%所在的區(qū)域內(nèi)。
[0017]作為進一步的改進，所述帶狀夾具主體是纖維增強復(fù)合材料材質(zhì)的帶狀主體。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]通過增加額外的夾具進行進一步的夾緊，充分保證了馬鞍形管件在焊接過程中熔融區(qū)壓力的穩(wěn)定維持，解決了現(xiàn)有焊接條件下熔融區(qū)壓力不足導(dǎo)致的焊接質(zhì)量問題，降低了馬鞍形管件焊接產(chǎn)品的報廢率，提高了經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為DNl 10-SDR11馬鞍形管件1/4幾何模型示意圖圖。
[0021]圖2為DNl 10-SDR11馬鞍形管件1/4幾何模型在焊接壓力下的徑向位移等值線圖。
[0022]圖3為DNl 10-SDR11馬鞍形管件電熔焊接裝配圖。
[0023]圖4為帶狀夾具示意圖。
[0024]圖5為DNl 10-SDR11馬鞍形管件電熔焊接裝配帶狀夾具后效果圖。
[0025]圖6為DN110-SDR11馬鞍形管件裝配帶狀夾具后焊接壓力下的徑向位移等值線圖。
[0026]圖中的附圖標記為:1馬鞍形管件；2焊接區(qū)；3最大徑向位移處；4最小徑向位移處；5連接螺栓；6條形凹槽；7帶狀夾具主體；8彈簧；9壓力傳感器；10卡緊松開開關(guān)；11卡緊頭；12小型電子顯示器。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0028]依據(jù)馬鞍形管件I在電熔焊接過程中，熔融區(qū)壓力作用下徑向位移過大而導(dǎo)致該區(qū)壓力難以維持的事實，提出馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法，具體包括下述步驟:
[0029](I)電熔焊接前，將馬鞍形管件I放置在主管道上，擰緊馬鞍形管件I兩側(cè)的連接螺栓5 ；
[0030](2)取至少兩個帶狀夾具，分別安裝在馬鞍形管件I的支管兩側(cè)，具體安裝方法為:將帶狀夾具主體7箍于馬鞍形管件I上，并使帶狀夾具主體7的一側(cè)與馬鞍形管件I上的支管外壁貼緊，將卡緊頭11卡在條形凹槽6中，根據(jù)小型電子顯示器12中顯示的讀數(shù)，調(diào)整卡緊頭11在不同的條形凹槽6中的卡緊，小型電子顯示器12中顯示的讀數(shù)達到要求值時，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)10至關(guān)閉狀態(tài)；所述要求值即能使馬鞍形管件I與主管道貼合緊密的預(yù)緊力值；
[0031](3)利用電熔焊機對馬鞍形管件I進行焊接操作，并冷卻完成后，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)10至打開狀態(tài)，從馬鞍形管件I上拆除帶狀夾具。
[0032]用于上述馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法的帶狀夾具，使得在電熔焊接過程中馬鞍形管件I與主管道的焊接熔融區(qū)具有足夠的壓力，從而提高馬鞍形管件I的焊接質(zhì)量，改變由于僅依靠螺栓連接出現(xiàn)馬鞍形管件I在焊接過程中約束不足，導(dǎo)致焊接熔融區(qū)壓力不能穩(wěn)定維持，致使馬鞍形管件I焊接產(chǎn)品報廢率高這一現(xiàn)狀。
[0033]帶狀夾具包括采用纖維增強復(fù)合材料材質(zhì)的帶狀夾具主體7，具有較好的柔性。所述帶狀夾具主體7的一端接頭處設(shè)置有條形凹槽6，條形凹槽6設(shè)置在以卡緊頭11與帶狀夾具主體7連接處為起點、距離該起點長度為馬鞍形管件I外壁圓周長±10%所在的區(qū)域內(nèi)；另一端接頭處設(shè)置卡緊機構(gòu)和彈簧8，卡緊機構(gòu)、彈簧8和條形凹槽6共同作用能夠?qū)崿F(xiàn)帶狀夾具主體7的兩端接頭處的卡緊和松開，用于適用不同直徑的馬鞍形管件I ;卡緊機構(gòu)處安裝有相互連接的壓力傳感器9和小型電子顯示器12 (類似于電子手表上使用的小型電子顯示器)，壓力傳感器9用于測量帶狀夾具和馬鞍形管件I的卡緊力，小型電子顯示器12用于實時顯示壓力傳感器9測量到的卡緊力，方便實現(xiàn)一組夾具中夾緊力相等的理想狀態(tài)，并且可根據(jù)不同直徑馬鞍形管件I焊接的需求設(shè)置不同的值。
[0034]其中，所述帶狀夾具主體7的長度為馬鞍形管件I外壁圓周長的1.1?1.5倍，帶狀夾具主體7的寬度為能包圍焊接區(qū)2俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?I倍，帶狀夾具主體7的厚度為馬鞍形管件I壁厚的0.5?I倍。
[0035]其中，所述卡緊機構(gòu)的作用在于保證馬鞍形管件I在整個焊接過程中除螺栓的預(yù)緊之外始終有一個額外的預(yù)壓力，使得馬鞍形管件I的內(nèi)表面與主管道的外表面緊密貼合，這里采用卡緊頭11和卡緊松開開關(guān)10來實現(xiàn)，當然也可采用其他材料制造、使用其他形式的卡緊機構(gòu)?？ňo頭11的長度在50?10mm之間，厚度較帶狀夾具要厚，其背面裝有類似于電子手表上使用的小型電子顯示器12，壓力傳感器9設(shè)置在卡緊頭11上。
[0036]下面的實施例可以使本專業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。以某公司型號為DN110-SDR11馬鞍形管件為例，分析采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案后的效果。
[0037]采用通用有限元軟件對上述馬鞍形管件I在進行電熔焊接時的受力進行分析，在焊接熔融區(qū)施加焊接時產(chǎn)生的壓力。圖2為該條件下馬鞍形管件I的徑向位移等值線圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的僅有螺栓緊固的條件下，整個結(jié)構(gòu)的徑向位移以焊接區(qū)2為中心向周圍區(qū)域減小，因此焊接區(qū)2有分離的趨勢，這會導(dǎo)致熔融區(qū)壓力難以穩(wěn)定維持，致使焊接質(zhì)量不能得到保證，表明此時僅靠螺栓緊固并不能很好地約束馬鞍形管件I。
[0038]為了能夠較好地限制馬鞍形管件I的徑向位移，給其焊接時熔融區(qū)提供一個穩(wěn)定的壓力環(huán)境，根據(jù)本發(fā)明提出的技術(shù)方案，采用以下【具體實施方式】:
[0039]圖3所示為上述馬鞍形管件I電熔焊接裝配圖(未畫出主管道)，進行電熔焊接前，將馬鞍形管件I安放于主管道上，擰緊兩側(cè)的連接螺栓5 ;然后采用圖4所示的一組帶狀夾具對整個馬鞍形管件I進行夾持、夾具的一側(cè)與馬鞍形管件I上的支管外壁貼緊、根據(jù)不同規(guī)格管件需求將夾具中的預(yù)緊力調(diào)至理想值，使得管件在焊接前與主管道貼合緊密。夾具具體安裝過程如下:將帶狀夾具主體7箍于馬鞍形管件I上，卡緊頭11會卡在條形凹槽66中，壓力傳感器9會將實時預(yù)緊力的大小傳至安裝于卡緊頭11背面的小型電子顯示器12上，依據(jù)小型電子顯示器12中的讀數(shù)調(diào)整卡緊頭11卡在條形凹槽6中的位置，當預(yù)緊力達到要求值時，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)10至關(guān)閉狀態(tài)，彈簧8是實現(xiàn)夾具打開與閉合的輔助部件。帶狀夾具在馬鞍形管件I上安裝的效果如圖5所示；最后按照相應(yīng)的焊接參數(shù)設(shè)置電熔焊機，對馬鞍形管件I進行焊接操作，在規(guī)定的冷卻時間后，拆除夾具。
[0040]再次采用通用有限元軟件對本發(fā)明提出的連接方式下馬鞍形管件I在進行電熔焊接時的受力進行分析，同樣在焊接熔融區(qū)施加焊接時產(chǎn)生的壓力。圖6所示為該條件下馬鞍形管件I的徑向位移等值線圖。對比兩次的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)后者約束條件下焊接區(qū)2徑向位移的最大值大幅減小(為原結(jié)構(gòu)的1/10)。由于帶狀夾具的夾持作用，該區(qū)域的徑向位移值很小且變化不大，其平均值在熔融膨脹范圍內(nèi)，表明新的連接固定方法能夠使得馬鞍形管件I與主管道貼合更加緊密，可以更好地維持焊接熔融區(qū)的壓力，利于焊接質(zhì)量的提聞，從而降低焊接廣品的報廢率、提聞經(jīng)濟效益。
[0041]顯然，本發(fā)明的實施方式說明只是本發(fā)明實施過程的一個具體描述，本發(fā)明提出了一種新型電熔馬鞍形管件的連接固定方法，旨在更好地維持電熔焊接過程中馬鞍形管件焊接熔融區(qū)壓力的穩(wěn)定，采用了額外的一組夾具進行進一步的夾緊。除實施案例中柔性的、采用纖維增強復(fù)合材料制成的帶狀、可配套用于不同規(guī)格的馬鞍形管件且能實時讀出預(yù)緊力大小的夾具之外，其他的為實現(xiàn)上述目的，采用不同材料、不同形式的卡緊與松開機構(gòu)的帶狀夾具應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法，用于保證馬鞍形管件焊接熔融區(qū)的壓力穩(wěn)定，其特征在于，具體包括下述步驟: (1)電熔焊接前，將馬鞍形管件放置在主管道上，擰緊馬鞍形管件兩側(cè)的連接螺栓； (2)取至少兩個帶狀夾具，分別安裝在馬鞍形管件的支管兩側(cè)，具體安裝方法為:將帶狀夾具主體箍于馬鞍形管件上，并使靠近馬鞍形管件上的支管的帶狀夾具主體的一側(cè)與支管外壁貼緊，將卡緊頭卡在條形凹槽中，根據(jù)小型電子顯示器中顯示的讀數(shù)，調(diào)整卡緊頭在不同的條形凹槽中卡緊，小型電子顯示器中顯示的讀數(shù)達到要求值時，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)至關(guān)閉狀態(tài)；所述要求值即能使馬鞍形管件與主管道貼合緊密的預(yù)緊力值； (3)利用電熔焊機對馬鞍形管件進行焊接操作，焊接結(jié)束并冷卻完成后，轉(zhuǎn)動卡緊松開開關(guān)至打開狀態(tài)，從馬鞍形管件上拆除帶狀夾具。
2.用于權(quán)利要求1所述的馬鞍形管件電熔焊接時的連接固定方法的帶狀夾具，包括帶狀夾具主體，其特征在于，所述帶狀夾具主體的一端接頭處設(shè)置有條形凹槽，另一端接頭處設(shè)置卡緊機構(gòu)和彈簧，卡緊機構(gòu)、彈簧和條形凹槽共同作用能夠使帶狀夾具主體的兩端接頭處實現(xiàn)卡緊和松開，用于適用不同直徑的馬鞍形管件；卡緊機構(gòu)處安裝有相互連接的壓力傳感器和小型電子顯示器，壓力傳感器用于測量帶狀夾具和馬鞍形管件的卡緊力，小型電子顯示器用于實時顯示壓力傳感器測量到的卡緊力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶狀夾具，其特征在于，所述帶狀夾具主體的長度為馬鞍形管件外壁圓周長的1.1?1.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶狀夾具，其特征在于，所述帶狀夾具主體的寬度為能包圍馬鞍形管件焊接區(qū)域俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?1倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶狀夾具，其特征在于，所述帶狀夾具主體的厚度為馬鞍形管件壁厚的0.5?1倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶狀夾具，其特征在于，所述卡緊機構(gòu)包括卡緊頭和卡緊松開開關(guān)，壓力傳感器設(shè)置在卡緊頭上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶狀夾具，其特征在于，所述卡緊頭的長度在50?100臟之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶狀夾具，其特征在于，所述條形凹槽設(shè)置在以卡緊頭與帶狀夾具主體連接處為起點、距離起點長度為馬鞍形管件外壁圓周長±10%所在的區(qū)域內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8任意一項所述的帶狀夾具，其特征在于，所述帶狀夾具主體是纖維增強復(fù)合材料材質(zhì)的帶狀主體。
【文檔編號】B29L23/00GK104385569SQ201410353186
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】施建峰, 羅翔鵬, 鄭津洋, 周凱迪, 岑佳勇 申請人:浙江大學(xué), 寧波澳普管業(yè)科技有限公司