專利名稱：內(nèi)裝繞組的塑料部件焊接方法與機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將塑料部件相互自動(dòng)焊接的方法與機(jī)器。
周知在多種用途中，尤其是用在氣體分配系統(tǒng)的施工中，當(dāng)前已越來越經(jīng)常地采用塑料特別是聚乙烯制作的管道。
這類管道是不能滿意地用粘合劑結(jié)合在一起的，因而必須將它們焊接，更具體地說需將它們進(jìn)行熱焊接。
愈益廣泛應(yīng)用的一種方法是，通過在其內(nèi)表面上有繞組的套筒來將一些管道連接起來。
焊接作業(yè)按下述方式進(jìn)行將此繞組連接一電源，靠焦耳效應(yīng)加熱繞組，而使該套筒與對(duì)應(yīng)的管道融合，由此，實(shí)現(xiàn)了焊接。
另一些部件，例如支管與管塞等，也是根據(jù)相同原理而接合到相應(yīng)系統(tǒng)上的。
同時(shí)還必須知道，當(dāng)前已有若干家部件制造廠，對(duì)于上述的特別是由聚乙烯制成的部件是采用電焊方式把它們結(jié)合起來的。
每一家制造廠都為在可靠條件下焊接它的有關(guān)設(shè)備擬定了精確的操作規(guī)程。
然而這些規(guī)程在今天是基于這樣一種焊接技術(shù)一方面，用來幫助均勻進(jìn)行焊接作業(yè)的溫度讀數(shù)只取直接實(shí)施于待焊接部件的溫度讀數(shù);另一方面，用電源把電能加到套筒的引線，該電能可以是電壓或電流強(qiáng)度，后者的有效值在所建議的整個(gè)焊接時(shí)間基本上恒定。
將可得知，在整個(gè)加熱時(shí)間內(nèi)將繞組保持在恒定電壓(或電流強(qiáng)度)之下，使會(huì)在全部焊接時(shí)間內(nèi)讓繞組的溫度持續(xù)上升。
所以，各家制造廠不得不去精確地定出為能焊接好其有關(guān)設(shè)備所需的理想工作時(shí)間。此外，這樣的焊接時(shí)間還必須在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際作業(yè)中嚴(yán)格遵守。
事實(shí)上，上述焊接方法有著各式各樣的影響焊接質(zhì)量的缺點(diǎn)。
當(dāng)采用的焊接時(shí)間過短，溫度升高得不充分，焊接的質(zhì)量就會(huì)較差。
當(dāng)采用的焊接時(shí)間過長(zhǎng)，就可能要損傷構(gòu)成待焊接部件的塑料，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫而在繞組的線圈間發(fā)生短路。
此外已注意到，當(dāng)管道加工得不完善(不規(guī)則或表面劃痕太深等)以及待焊接之管道與套筒間存在晃動(dòng)，此時(shí)都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響。
因此，上述的先有焊接技術(shù)在絕大多數(shù)情形，都必須把焊接時(shí)間作為待焊合部件的初始溫度函數(shù)去作出校正，或者對(duì)套筒繞組的電阻值給出很窄的生產(chǎn)容差。
本發(fā)明之目的在于避免上述困難，以使用戶能在最佳可能條件下從事焊接，尤其是不會(huì)招致由于焊接溫度升高到使有關(guān)部件因塑性變形而受損傷的溫度之上，而損毀待焊合的部件的危險(xiǎn)。
為此目的，本發(fā)明的方法明確規(guī)定為在焊接階段，裝配在前述套筒內(nèi)之繞組的溫度被保持在下述的最低溫度與最高溫度之間低于此最低溫度，有關(guān)部件不能相互焊合;而此最高溫度則相應(yīng)于使這些部件經(jīng)一段時(shí)間間隔t受到損傷的溫度，此時(shí)間間隔t為
logt≥- (A)/(T) +B其中T為繞組溫度，t對(duì)應(yīng)于T1＜T＜T2的時(shí)間，而A與B為相應(yīng)于焊接參數(shù)的常數(shù)。
按照上述方法，任何使待焊合部件受到過度加熱的風(fēng)險(xiǎn)可以有效地消除，這是因?yàn)楹附訒r(shí)間被確定在一最短與最長(zhǎng)的時(shí)間間隔之間，前者對(duì)應(yīng)于足以使溫度升高到可使這些部件相互焊合，后者對(duì)應(yīng)于使這些待焊接的部件過度地熔合。
即將看到，要是本發(fā)明的方法付諸實(shí)施，上述的焊接時(shí)間(即繞阻被加熱的時(shí)間)將不再是使焊接具備合格質(zhì)量所必不可少的參數(shù)，所以可按下述方式來對(duì)它進(jìn)行選擇，使焊接質(zhì)量幾乎完全不受待結(jié)合之部件加工結(jié)果(如擦傷)或這些部件與套筒間的晃動(dòng)的影響，甚至不受這些部件初始溫度的影響。
此外，本發(fā)明的方法對(duì)于繞組的電阻值還允許有較寬的生產(chǎn)容差范圍，并具有易應(yīng)用于現(xiàn)有的可電焊之套筒上的優(yōu)點(diǎn)。
至于實(shí)施本發(fā)明方法的機(jī)器，它的特別之處是具有可調(diào)節(jié)供給于繞組之電能(電壓或強(qiáng)度)的功能，使得焊接階段的電能能在這段期間內(nèi)讓繞組的溫度處于前述的最低與最高焊接溫度之間變化。
從下面對(duì)照附圖以舉例方式闡述本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例所作的描述中，將可更清楚地理解本發(fā)明。
附圖中

圖1為本發(fā)明之第一實(shí)施例的框圖;
圖2為本發(fā)明之第二實(shí)施例的框圖;
圖3則為本發(fā)明之第三實(shí)施例的框圖;
圖4與5為曲線圖，它們按照先有工藝中的方法，分別說明了作為時(shí)間t之函數(shù)的繞組溫度T的變化趨勢(shì)，以及作為時(shí)間t之函數(shù)的供給于此繞組之電能(電壓U或電流強(qiáng)度I)的變化趨勢(shì)。
圖6與7均為曲線圖，它們依據(jù)本發(fā)明的方法，表示了作為時(shí)間t之函數(shù)的繞組溫度T的變化趨勢(shì)。
圖8至10都是曲線圖，說明了依據(jù)本發(fā)明時(shí)作為時(shí)間t之函數(shù)的供給于繞組之電能(電壓U或強(qiáng)度I)的變化趨勢(shì)。
首先參看圖1，其中示意地表明了兩個(gè)例如用聚乙烯塑料制得的管件1與2，它們通過一個(gè)同樣由聚乙烯制的套管3跨套著管件1與2相互抵靠的端部而熱焊在一起。
按常用的方法，套筒3在其內(nèi)壁的鄰近處裝配有繞組(未示明)，繞組的端部可通到兩個(gè)電源接線端4與5。
套管3是以一種公知的方式熱焊合至管件1與2上，即讓電源6供給的電能通過接線端4與5之間，并精確地算出特定的工作時(shí)間，以便使這些部件的溫度能合適地升高到可保證進(jìn)行良好熱焊接的程度。
以上有關(guān)數(shù)據(jù)主要取決于部件3，尤其是以下參數(shù);套筒的直徑、它的壁厚、內(nèi)裝繞組的電阻、套筒的長(zhǎng)度、塑料的質(zhì)量以及所估計(jì)的焊接時(shí)間ts等。
如圖所示，以上參數(shù)是儲(chǔ)存于機(jī)器7的模擬/邏輯單元9的內(nèi)存儲(chǔ)器8之中。
然而，在本發(fā)明中，為了能在焊接階段使緊鄰焊接界面的繞組溫度嚴(yán)格地保持在最低溫度T1(低于它，部件1、2與3不能互相焊合)與最高溫度T2(對(duì)應(yīng)于會(huì)使上述部件損傷或熔合過度的溫度)之間，此存儲(chǔ)器8還包括有與最高允許繞組溫度T數(shù)值(T1＜T＜T2)有關(guān)的信息。還將看到，以后將參考的其它數(shù)據(jù)也將儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器8之中。
用任何已知方式將上述信息從存儲(chǔ)器8中讀出并通過線路11傳輸，同時(shí)以此作為機(jī)器內(nèi)預(yù)定數(shù)據(jù)處理焊接程序的函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，處理部件10將在模擬/邏輯單元9確定出需由功率單元12為套筒3接線端4與5間之加熱用繞組的電源線13提供的電能。
如圖示，經(jīng)功率單元12引至電源線13的電能是由電源6所供給的，后者例如可以是電流網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)場(chǎng)使用的發(fā)電機(jī)。
更具體地說，電源6是由電路14連至部件15上，后者用來控制供給繞組的電能(有效電壓U或強(qiáng)度I)，部件15則由電路25連接到前述處理部件10之上。
這樣，電能的調(diào)節(jié)值已在其中確定并能用其中的微處理機(jī)予以控制的上述處理部件10，就可將控制信號(hào)傳送給功率單元12的調(diào)節(jié)部件15。
在已知的焊接方法中，在將電能供給繞組時(shí)，迄今都是在整個(gè)焊接時(shí)間ts內(nèi)將一恒定的有效電壓或強(qiáng)度供給于繞組的接線端4與5之間，此時(shí)間ts乃是制造廠建議用來使部件1、2與3(參看圖5)獲得“適當(dāng)”焊接的全部工作時(shí)間。在此整個(gè)時(shí)間間隔ts(圖4)內(nèi)，繞組的溫度持續(xù)上升。
在本發(fā)明中，調(diào)節(jié)部件15在處理部件10的控制下，于整個(gè)焊接時(shí)間ts內(nèi)將改變和調(diào)整供給繞組的電能值，使繞組的溫度在焊接階段保持在溫度T1與T2之間。
實(shí)際上，部件間界面緊鄰區(qū)域中繞組的溫度在時(shí)間間隔t中將控制到使得logt≥ (A)/(T) +B，其中A與B為常數(shù)，對(duì)應(yīng)于作為所用塑料材料的函數(shù)而采用的焊接參數(shù)。由此，對(duì)于處在T1與T2間的材料溫度T，此溫度將大致保持一段時(shí)間t，使得待焊接之部件界面處的分子發(fā)生位移并在內(nèi)部充分地互連，而達(dá)到高質(zhì)量的焊接。
于是，這樣的焊接在整個(gè)焊接階段將基本上遵從上述的變化規(guī)律。
圖6與圖7闡明了繞組溫度在時(shí)間間隔ts內(nèi)依上述規(guī)律變化趨勢(shì)的兩個(gè)典型例子。
圖6表明，此溫度首先漸增，然后在T1(極限焊接溫度)與T2(損傷材料的溫度)間基本上恒定，直到經(jīng)過時(shí)間間隔ts。
相反，在圖7中，同樣于T1至T2間，這一溫度經(jīng)過一段較長(zhǎng)的時(shí)間升至一極限值，然后下降，直到時(shí)間ts終結(jié)。實(shí)際上，可以采用三種加到繞阻的調(diào)節(jié)有效電壓和電流強(qiáng)度的方法。
首先，如圖8與9所示，處理部件10能夠指令調(diào)節(jié)部件15，首先在時(shí)間t1(小于ts)內(nèi)提供一個(gè)大致取常值U1的有效電壓U(或有效強(qiáng)度I)，然后使其線性地(圖8)或非線性地(圖9)下降，直至?xí)r間ts結(jié)束。當(dāng)然，如果證明這是必須的，則此時(shí)間間隔t1實(shí)際上可以為零。至此便得以確定出所供給的能量值(U，I)。
如圖10所示，相反，當(dāng)由電源6所供給的電能基本上為零時(shí)，在此同一的時(shí)間ts內(nèi)，對(duì)于特定的按周期分布的相繼時(shí)間間隔，還能將供給繞組的有效電壓(或有效強(qiáng)度)有選擇地例如保持在一恒定值U2。此時(shí)的能量將以“鈍鋸齒狀”的形式變化。恰當(dāng)?shù)卣f，所達(dá)到的能值U、I對(duì)于各個(gè)鈍鋸齒形可能是不同的(未圖示)。
將會(huì)得知，各步驟中相繼時(shí)間間隔的長(zhǎng)短可預(yù)以確定和調(diào)節(jié)，而由此獲得所需的繞組極限溫度;同樣情況也適用于值U1、U2以及表示所供能量呈遞降時(shí)的曲線之斜度與方程。
根據(jù)用來改變供給繞組之能量有效值的方法，這些為進(jìn)行焊接所必須的數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器8中，使之能由處理部件10處置。在本案特定的情形下，以上數(shù)據(jù)特別是能量基本上以恒值供給時(shí)的時(shí)間t1，能量的下降斜度β(見圖8)或非線性遞降的曲線(圖9)，或各控制步驟的相繼時(shí)間間隔Δti(圖10)。
現(xiàn)在參看圖2，它說明了本發(fā)明之焊接機(jī)的另一實(shí)施例。
此實(shí)施例與上述的不同處在于，它另外還設(shè)置有熱敏傳感器16，后者的溫度敏感元件17與套筒3接觸，用來測(cè)定此部件在焊接開始時(shí)的有效溫度。此熱傳感器16是由一電纜18連至機(jī)器7，得以將這一附加的溫度參數(shù)輸入此機(jī)器的模擬/邏輯單元9中。
更確切地說，熱傳感器16將它的信號(hào)傳給一放大器19，經(jīng)放大的信號(hào)到達(dá)測(cè)量單元20，后者例如為一個(gè)模擬/數(shù)字變換器，它將相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)輸給處理部件10。根據(jù)這一有關(guān)存儲(chǔ)器8中所含信息和傳遞給它的測(cè)量信號(hào)，此處理部件10就能將控制信號(hào)經(jīng)前述的線路25傳給功率級(jí)12。
在此案中，存儲(chǔ)器8將不僅存儲(chǔ)有制造廠提供的基本數(shù)據(jù)(套筒直徑、繞組電阻、等等)而且還包含有必須的一些信息(t1、ts，斜度β或Δti、繞組的最高溫度TM，等等)，以確保供給繞組的電能在焊接時(shí)間ts內(nèi)能按所采用的方式改變(參看圖8、9與10)，使得繞組的溫度能保持在所涉及的范圍內(nèi)，即處于極限控制溫度T1(下限焊接溫度)與T2(待焊接部件于受損傷前的極限溫度)之間。
再來參看圖3，其中示明了本發(fā)明之焊接機(jī)7的第三個(gè)實(shí)施例。
在此另一種變型中，焊接機(jī)7可通過模擬/邏輯單元9的計(jì)算部件21，算出繞組在焊接時(shí)間tS內(nèi)所達(dá)到的溫度T，以便對(duì)供給該繞組之有效值的改變作出調(diào)節(jié)，據(jù)此去獲得以后將限制在T1與T2間的一個(gè)溫度T。
現(xiàn)今，這種計(jì)算程序被用于這類焊接機(jī)。盡管為此，還要對(duì)其主要操作簡(jiǎn)單地回顧。
套筒3在焊接前的溫度T0的附加參數(shù)首先由熱傳感器16記錄下來，并將相應(yīng)的信息供給處理部件10的計(jì)算部件21。據(jù)此算出繞組的電阻R0。為此可以采用電源6在剛剛加熱瞬間所供應(yīng)的電壓與電流強(qiáng)度的初值U0與I0(注意此電阻R0是由關(guān)系式RO= (UO)/(IO) 計(jì)算)。這些值例如用伏安計(jì)27記錄下，并由連接模擬/邏輯單元9的線路26經(jīng)調(diào)節(jié)部件15傳送給計(jì)算部件21。也可為套筒3提供低有效值的電壓(或強(qiáng)度)，進(jìn)而采用在對(duì)此套筒進(jìn)行焊接之前通過實(shí)驗(yàn)所獲得的電壓與強(qiáng)度值。
由于繞組的電阻R0已知，且存儲(chǔ)器8已含有為進(jìn)行焊接所必須的全部數(shù)據(jù)，特別是此時(shí)的繞組電阻的變化系數(shù)值α是溫度的函數(shù)，因而由模擬/邏輯單元9的計(jì)算部件21便可算出此繞組在焊接時(shí)的溫度T(注意到關(guān)系式R＝ (U)/(I) 以及T = 1/(α) ( (U)/(ROI) - 1)+TO,故可采用式R＝R0〔1+α(T-T0)〕進(jìn)行計(jì)算)。
既然在將部件相互焊接時(shí)的繞組溫度T已經(jīng)知道，此機(jī)器事實(shí)上就能對(duì)電源6的電壓或電流強(qiáng)度的有效值之變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過功率級(jí)12的調(diào)節(jié)部件15給以控制，從而得到此繞組能使各部件相互以極高質(zhì)量焊接的極限溫度，而不必?fù)?dān)心溫度會(huì)過度的升高到損傷這些部件的程度。
本發(fā)明并不完全局限于所述實(shí)施例。
特別是可在機(jī)器7外部裝設(shè)一存儲(chǔ)器8，而此種存儲(chǔ)器例如是取與待焊接部件相關(guān)聯(lián)的識(shí)別卡(未示明)形式。于是還將配備讀取這種卡的部件(光筆，磁筆等)，用來記錄下此識(shí)別卡中所含的參數(shù)，并把這些參數(shù)傳送給此機(jī)器的模擬/邏輯單元9。
同樣地，盡管上面的描述僅僅是對(duì)電壓或電流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)而言，但也可采用其它的控制形式。具體地說，也可采用一種熱敏元件(例如熱傳感器16)，以便在焊接時(shí)記錄下待焊接部件在界面處的溫度。
總之，法國(guó)專利2572326號(hào)(1984，10月18日提出)中給出了一種焊接機(jī)，它在結(jié)構(gòu)上可與上述的利用相應(yīng)裝置來處理由存儲(chǔ)器8或恰當(dāng)?shù)卣f由熱敏傳感器16所提供之信息的這種機(jī)器相比較。由于本發(fā)明的機(jī)器可以由上述專利中所說的裝置操作，對(duì)于此機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的任何有用細(xì)節(jié)可以參考該項(xiàng)專利。
權(quán)利要求
1.由具有自動(dòng)控制裝置的機(jī)器，對(duì)于有內(nèi)裝繞組之塑料部件通過電加熱來對(duì)這些部件進(jìn)行焊接的一種方法，其特征是在焊接階段，此繞組的溫度在下述時(shí)間間隔t內(nèi)，嚴(yán)格地保持在低于它時(shí)不能使部件焊接的最低溫度T1與相應(yīng)于不損傷所說部件的最高溫度T2之間，此時(shí)間間隔t為logt≥ (A)/(T) +B式中的t是此繞組溫度處在T1與T2間的時(shí)間，T為此繞組在該范圍內(nèi)所達(dá)到的溫度，而A與B則為與焊接參數(shù)相應(yīng)的常數(shù)。
2.用來將具有內(nèi)裝繞組之塑料部件(1、2、3)焊接的一種機(jī)器，此機(jī)器具有為繞組供應(yīng)電能以加熱待焊接之部件的裝置16以及用來調(diào)節(jié)加熱時(shí)間使之能進(jìn)行焊接的裝置9，其特征在于此機(jī)器包括有調(diào)節(jié)部件10、15，用來在加熱時(shí)間ts的第一部分t1內(nèi)，將供給繞組的電能值調(diào)節(jié)到一特定的非零值，然后在這一時(shí)間間隔的其余期間內(nèi)使此能量值遞降，用以在此焊接階段使繞組的溫度保持在，低于它時(shí)不能使部件1、2、3相互焊接的最低溫度T1與相應(yīng)于不損傷所說部件的最高溫度T2之間。
3.用來將具有內(nèi)裝繞組之塑料部件1、2、3進(jìn)行焊接的一種機(jī)器，此機(jī)器具有為繞組供應(yīng)電能以加熱待焊接之部件的裝置6以及用來調(diào)節(jié)加熱時(shí)間使之能進(jìn)行焊接的裝置9，其特征在于，此機(jī)器包括有調(diào)節(jié)部件10、15，后者在供給于繞組的電能基本上為零時(shí)，能在此加熱時(shí)間內(nèi)，對(duì)于特定的按周期分布的相續(xù)時(shí)間間隔，將此所供給的電能保持在一恒定值，而由此使該繞組的溫度能保持在，低于它時(shí)不能使部件相互焊接的最低溫度T1與相應(yīng)于不損傷此種部件的最高溫度T2之間。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種機(jī)器，其特征在于它還包括有存儲(chǔ)器8，其中至少存儲(chǔ)有為對(duì)供給繞組的電能進(jìn)行上述調(diào)節(jié)所必須的全部參數(shù);線路11，用來對(duì)存儲(chǔ)裝置進(jìn)行讀取，并將讀取的信息傳輸給處理部件(10)，后者作為此信息的函數(shù)確定出所用焊接程序的特點(diǎn);用來控制焊接用電源，使之根據(jù)確定的焊接程序?qū)⑺璧碾娔芄┙o所述的待焊接部件的裝置15，25。
5.如權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器，其特征是，它具有用來測(cè)量上述部件附加溫度參數(shù)的熱傳感器16;用來對(duì)上述熱傳感器16進(jìn)行讀取，并將所讀取的信息傳輸給所述處理部件10的裝置17，18、19、20。
6.如權(quán)利要求2或3所述的一種機(jī)器，其特征是，它還包括存儲(chǔ)器8，其中至少存儲(chǔ)有為對(duì)供給繞組的電能進(jìn)行前述調(diào)節(jié)所必須的全部參數(shù)，但此繞阻的溫度參數(shù)則除外，且此存儲(chǔ)器與一個(gè)讀數(shù)線路11相關(guān)聯(lián);與用來測(cè)量上述部件溫度的熱傳感器16相連接的讀數(shù)裝置19、20;用來記錄由電源裝置16供給繞組電能的裝置12、27;用來計(jì)算上述繞組在加熱時(shí)溫度的裝置21，此溫度是作為上述熱傳感器16測(cè)得之溫度以及分別由所說存儲(chǔ)器8與記錄裝置12，27獲得之讀數(shù)與所記錄參數(shù)的函數(shù);處理部件10，它根據(jù)由存儲(chǔ)器8讀取的參數(shù)以及由繞組所計(jì)算出的溫度，確定出所用焊接程序的特點(diǎn);用來控制焊接用電源6的裝置15、25，根據(jù)所確定的焊接程序?yàn)榇附拥牟考┘与娔堋?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)具有內(nèi)裝繞組的塑料部件進(jìn)行自動(dòng)焊接，它不會(huì)因焊接溫度過高而損傷待焊接的部件(1、2、3)，其中設(shè)有用來改變供給繞組之電能的調(diào)節(jié)裝置(10，15)，以便在焊接階段將繞組的溫度保持在低于它時(shí)不能進(jìn)行焊接的最低溫度與超過它時(shí)將損傷這些部件的最高溫度之間。本發(fā)明特別適用于由塑料管道進(jìn)行受壓氣體分配系統(tǒng)的制造。
文檔編號(hào)B29C65/34GK1030886SQ8810437
公開日1989年2月8日 申請(qǐng)日期1988年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月15日
發(fā)明者麥克斯·尼斯伯尤曼, 依里科·費(fèi)得斯皮爾 申請(qǐng)人:法國(guó)煤氣部