專利名稱：連接樹脂管的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接樹脂管的方法和設(shè)備。更為具體地說，本發(fā)明涉及一種連接樹脂管的方法，樹脂管包括例如用于輸送純水和超高純水以冷卻超導(dǎo)線圈和制造大規(guī)模集成電路(LSI)的設(shè)備的碳氟樹脂管，用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水的聚氯乙烯管，和用于煤氣的聚乙烯管。本發(fā)明還涉及連接樹脂管的設(shè)備。
樹脂管一般都用如

圖12和13中所示的傳統(tǒng)方法來連接。在圖12所示的方法中，組成樹脂管線1的有兩根樹脂管1a，1b。樹脂管1b在其端頭部份1c處用一個(gè)噴燈或電阻加熱器予以軟化。樹脂管1b的端頭部份1c于是膨脹致使其內(nèi)徑略大于樹脂管1a的形狀。然后將粘接劑20涂敷在端頭部份1c的內(nèi)表面上。樹脂管1a的外表面固定到樹脂管1b的內(nèi)表面上。待粘接劑20硬化后，兩根樹脂管1a，1b就被連接上了。在圖13所示的另一方法中，兩個(gè)法蘭盤21a，21b安裝在樹脂管1a，1b的周邊端上予以連接以形成樹脂管線1。該管子是用螺栓和螺母(圖中未顯示)來連接的。在另一個(gè)方法中，參看圖12，碳氟樹脂管是通過將樹脂管1a的外表面和樹脂管1b的內(nèi)表面融化，然后將它們配合在一起來予以連接的。
但是，上述的傳統(tǒng)方法中具有管子中會(huì)產(chǎn)生死空間的問題。例如，在樹脂管被用以為冷卻超導(dǎo)線圈和制造大規(guī)模集成電路的設(shè)備輸送純水或超高純水時(shí)就會(huì)產(chǎn)生死空間。在圖12中所用的連接樹脂管的方法在兩根樹脂管1a，1b的連接處產(chǎn)生了死空間1d。如水垢等的雜質(zhì)積存在死空間就使其感染上細(xì)菌。其結(jié)果是純水或超高純水在樹脂管線1內(nèi)時(shí)也會(huì)含有細(xì)菌。同樣情況，在圖13所示的方法中，不可能將兩根樹脂管1a，1b完全地連接起來。在交接處出現(xiàn)一個(gè)小的間隙。法蘭盤在夾緊時(shí)使密封墊變形，因而在密封墊和樹脂管的內(nèi)表面之間產(chǎn)生的死空間內(nèi)存在著如水垢和細(xì)菌等的雜質(zhì)。
公開在日本公開專利申請(qǐng)說明書(特開平)第5-87286號(hào)中的另一種連接管子的傳統(tǒng)方法中，兩根樹脂管從套管式管子接頭的每一邊插入，接頭中嵌有電組絲(加熱絲)。于是電流使兩根管子焊接在一起。然而，通常制造上述套管式管接頭的方法是注模法并將涂有樹脂的加熱絲插入其內(nèi)。這方法不但費(fèi)時(shí)也很昂貴，因?yàn)槊恳粋€(gè)管腔都要制造管接頭并且還需生產(chǎn)注模用的金屬模。
這種樹脂管都裝在工廠中的天花板上或管系槽內(nèi)。在這些地方都很難操作。因此，復(fù)雜的方法或設(shè)備都不能用來連接樹脂管。
另一種連接樹脂管的方法公開在日本公開專利申請(qǐng)說明書(特開平)第5-84829號(hào)中，這里使用調(diào)頻電力。這種方法的問題在于連接處的強(qiáng)度很低，因?yàn)橹挥袠渲艿亩嗣媸呛附釉谝黄鸬?，而樹脂管的焊接面積受到限制，因?yàn)榧訜崞靼仓迷诠芙宇^處。
本發(fā)明被設(shè)想來解決上述的問題，而本發(fā)明的目的是提供一種用以連接樹脂管而不會(huì)在接頭處產(chǎn)生死空間或間隙的簡(jiǎn)單的方法，并提供一種適用于該方法的設(shè)備。
這種連接樹脂管的方法包括一種構(gòu)形，在這構(gòu)形內(nèi)兩根樹脂管安放在準(zhǔn)備連接的位置上，一個(gè)圓筒形的金屬加熱器沿著一個(gè)接頭(里面和外面)設(shè)置。一個(gè)繞在加熱器上的線圈受到調(diào)頻電流的激勵(lì)并以感應(yīng)發(fā)熱來加熱加熱器。這樣，樹脂管之間的接頭就被焊接在一起。
此外，本發(fā)明還包括一種用于連接樹脂管的設(shè)備，這種設(shè)備由一個(gè)加熱器、一個(gè)線圈和一個(gè)高頻電流發(fā)生器組成，加熱器繞著在兩根準(zhǔn)備連接的樹脂管之間的接頭設(shè)置，線圈繞著加熱器，而高頻電流發(fā)生器用于激勵(lì)高頻電流進(jìn)入線圈以便通過感應(yīng)發(fā)熱的方式對(duì)加熱器進(jìn)行加熱。
圓筒形金屬加熱器上最好有多個(gè)孔眼，設(shè)置在板的厚度的方向上。當(dāng)然也可以使用沒有孔眼的加熱器。
加熱器的內(nèi)徑最好比樹脂管的外徑大一個(gè)尺寸公差，而加熱器最好在鄰近樹脂管處被加熱。
此外，最好是加熱器的至少一種材料能從不銹鋼、黃銅或鋁中選出。
還有，最好是加熱器有一個(gè)圓筒形的形狀，通過將一塊不銹鋼板的兩端焊接在一起而形成。
還有，最好是設(shè)置在圓筒形表面上的多個(gè)孔眼的直徑都在0.1mm至5mm的范圍內(nèi)。
還有，最好是多個(gè)孔眼被設(shè)置成幾行，而每行中的孔眼都隔開相同的間距。
還有，最好是加熱器的寬度在大約1/4至2/3的樹脂管的標(biāo)稱直徑的范圍內(nèi)。
還有，最好是由具有抗熱和電絕緣性能的材料構(gòu)成的圓筒形制動(dòng)器在加熱器的兩側(cè)繞著樹脂管設(shè)置。
還有，最好是圓筒形制動(dòng)器的材料從酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂，和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂中選出。
還有，最好是由酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂中之一制成的圓筒形制動(dòng)器形成帶形的并繞在樹脂管上。
還有，最好是圓筒形制動(dòng)器所用的材料是用玻璃纖維加強(qiáng)的。
還有，最好是圓筒形金屬加熱器以這樣一種狀態(tài)繞著每根樹脂管設(shè)置，其中兩根樹脂管之間的間隔在0.1mm至10mm的范圍內(nèi)。
在上述的連接樹脂管的方法和設(shè)備中，高頻電流激勵(lì)了線圈，而磁通量隨著頻率而變化。當(dāng)磁通量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就產(chǎn)生了。因此，感應(yīng)電流流入加熱器內(nèi)，而加熱器被焦耳熱所加熱。由于加熱器是圍繞著處于兩根準(zhǔn)備連接的樹脂管之間的接頭設(shè)置的，當(dāng)接頭從外面被逐漸加熱時(shí)，它首先軟化然后融化。因此，兩根樹脂管之間的接頭不是急劇加熱或用高溫加熱，因而不會(huì)有燒焦接頭或分解的樹脂開始發(fā)泡起沫的危險(xiǎn)。其結(jié)果是，經(jīng)焊接的接頭具有較高機(jī)械強(qiáng)度。在此方法中，樹脂管與加熱器之間的空氣受熱而膨脹，但空氣通過圓筒形板上的孔眼被釋出。因此，即使樹脂管被軟化，管內(nèi)也不會(huì)產(chǎn)生由于空氣膨脹的凸包。也極少有可能在接頭處存積有水垢和所輸送的純水在樹脂管內(nèi)受到雜物的污染。
本發(fā)明使用了一塊圓筒形的金屬板作為加熱器。圓筒形金屬板可以在其厚度的方向上具有孔眼。當(dāng)使用帶有孔眼的圓筒形金屬板時(shí)，融化的樹脂膨脹并從加熱器的圓筒形表面上的孔眼中流出。由于有可能根據(jù)融化樹脂的流出確定樹脂管的外部是否已經(jīng)焊接在一起，因此有必要繼續(xù)加熱直等其內(nèi)部也焊接在一起。在此之后，高頻電流即停止激勵(lì)線圈，而加熱器則停止發(fā)熱。在樹脂冷卻下來之后，加熱器和兩樹脂管之間的接頭即行連接在一起，因?yàn)樵诳籽壑械娜诨瘶渲葱惺怪苿?dòng)器的功能。加熱管加強(qiáng)了樹脂管之間的接頭，因而樹脂管被很牢固地連接起來。取使液壓力施加在樹脂管的接頭上，加熱管也會(huì)防止管子向外膨脹。同樣情況，即使彎曲力施加其上接頭也不會(huì)破裂。
通過使加熱器的內(nèi)徑比樹脂管的外徑大一個(gè)尺寸公差以及在鄰近樹脂管處對(duì)加熱器加熱就有可能幾乎均勻地圍繞著兩根樹脂管之間的接頭加熱。因此，樹脂的融化速度就能保持恒定而樹脂的被焊接部份形成一個(gè)均勻的結(jié)構(gòu)。接頭的機(jī)械強(qiáng)度保持穩(wěn)定。此外，加熱器與樹脂管之間的間隙非常之小。因此，不僅加熱器和樹脂管之間的空氣而且還有融化的樹脂都穿過孔眼流動(dòng)。其結(jié)果是由于空氣和融化樹脂的膨脹引起的凸包很少會(huì)在樹脂管內(nèi)出現(xiàn)。
根據(jù)一般加熱原理，當(dāng)電流恒定時(shí)，熱值根據(jù)電阻的增加而增加。因此，當(dāng)一種具有高電阻的材料，例如不銹鋼(SUS304，SUS430)，被用于加熱器時(shí)，其熱值要比使用如鋁的低電阻材料高出很多。因此這樣就能使圓筒形加熱器制得更薄些。此外，不銹鋼能夠通過將板彎曲然后焊接其兩端而模制成一個(gè)圓筒形狀。更加具體地說，本發(fā)明加熱器在其圓筒形表面上具有很多孔眼。當(dāng)孔眼是預(yù)先在平板材料上鉆成或沖出然后再通過焊接板的兩端而將平板材料模制成圓筒形要比材料(管子等)首先模制成圓筒形然后再鉆孔操作起來更容易，制造費(fèi)用也更省。當(dāng)加熱器上有很多的孔眼或者計(jì)劃大量地制造加熱器則最好使用沖壓法在平板材料上制成孔眼。
根據(jù)上述發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圓筒形表面上多個(gè)孔眼中的每一個(gè)的直徑在0.1mm至5mm的范圍內(nèi)，加熱器與樹脂管之間的空氣能在樹脂一開始融化時(shí)就被釋出。因此，樹脂管的變形就能有效地加以避免。如果孔眼的直徑在這范圍內(nèi)非常小，融化的樹脂會(huì)以線的形式流出，反之，如果孔眼的直徑在這范圍內(nèi)非常之大則融化的樹脂膨脹并充塞著孔眼。
一般說來，大于板厚的0.5的孔眼，在平板材料上壓制出孔眼比較適合。反之，小于板厚的0.5的孔眼則用鉆孔法鉆孔。因此，如果孔眼的最大直徑大于板的厚度的0.5則用沖壓法來模制比較容易。當(dāng)樹脂管連接時(shí)，樹脂的融化部份(即連接頭處)受到樹脂自身膨脹或人工裝置的壓力。如果孔眼直徑過大，這壓力能使樹脂融化并大量地流出孔外從而減小了壓力。于是就也有可能喪失過多壓力而不能保持樹脂管的連接。因此，最好是孔眼的最大尺寸保持在板在厚度的兩倍以維持融化部份的壓力。
最好是許多孔眼在加熱器圓筒形表面上排成數(shù)行，而孔與孔之間隔都相等從而使樹脂順利地穿過，因?yàn)槿诨僮饕婚_始樹脂即開始膨脹。這種構(gòu)形使樹脂管之間的接頭不致變形。特別是，當(dāng)樹脂融化時(shí)朝管子內(nèi)部的膨脹被防止了。此外，當(dāng)加熱器的寬度是樹脂管的標(biāo)稱直徑的大約1/4至2/3時(shí)，圍繞接頭四周的融化和膨脹部份的范圍可以被限制在一個(gè)很小的面積內(nèi)。因此，樹脂管的變形，更為具體地說是朝著管子的內(nèi)部的膨脹可以在樹脂管之間的接頭處被防止。
另外，最好是圓筒形金屬加熱器設(shè)置在每根樹脂管的四周而兩根樹脂管之間的間隔(縫隙)大約在0.1mm至10mm范圍之間。一個(gè)較佳的例子如圖10所示，其中圓筒形金屬加熱器16，17與樹脂管1a，1b的接頭間的距離幾乎是完全相等的。兩者之間的間隔(縫隙)18大約確定在0.1mm至10mm范圍之間。根據(jù)這一例子，焊接操作是在圖11所示的狀態(tài)下完成的。在這樣的安排下，在接頭處沒有空氣因而樹脂管的變形可以避免。在此同時(shí)，樹脂管1a，1b可以甚至更為可靠地予以連接。因?yàn)榭梢栽谟^察接頭隔化程度的同時(shí)加以焊接。
將加熱器的內(nèi)表面完全附接在樹脂管的外表面是不可能的。因此，由于空氣的膨脹和樹脂本身的膨脹而膨脹的融化樹脂可以從加熱器和樹脂管之間的間隙中被壓出。然而，當(dāng)由具有抗熱和電絕緣性能的材料組成的圓筒形制動(dòng)器附接在加熱器的兩側(cè)并圍繞著樹脂管時(shí)，加熱器和樹脂管之間的間隙就被充填了。這樣，加熱器和樹脂管之間的空氣就穿過加熱器圓筒形表面上的孔眼逸出。融化的樹脂也從這些孔眼中流出。其結(jié)果是，融化的樹脂將不從加熱器和樹脂管之間的間隙中滲出。最好是能選擇具有抗熱和電絕緣性能的材料，諸如熱固型樹脂，例如酚醛樹脂，不飽和聚酯樹脂，和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂。特別可取的是選擇以玻璃纖維加強(qiáng)的材料。此外，當(dāng)這些材料以條帶的形式提供，它們就更容易操作，因?yàn)閳A筒形制動(dòng)器是通過把這些材料繞在樹脂管上的方式而形成的。
任何種類的能擠壓成形的樹脂管都能夠用于本發(fā)明。這種樹脂管包括，例如，碳氟樹脂，諸如聚偏氟乙烯，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，和四氟乙烯-全氟化烷基乙烯醚共聚物(PEA)，以及大范圍的熱塑性樹脂，諸如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯撐硫和聚醚醚酮。
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明予以說明。
圖1是連接樹脂管的方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意流程圖;
圖2是第一實(shí)施例中一個(gè)帶有孔眼的加熱器的橫截面圖，顯示出正待連接的兩根樹脂管間的一個(gè)接頭;
圖3是第一實(shí)施例中剛連接好后的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖4是第二實(shí)施例中正待連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中使用了帶孔眼的加熱器而圓筒形制動(dòng)器安置在加熱器的兩側(cè);
圖5是第二實(shí)施例中剛連接好后的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖6是第二實(shí)施例中準(zhǔn)備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中使用了無孔眼的加熱器;
圖7是第三實(shí)施例中剛連接好后的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖8是一幅顯示第三實(shí)施例中加熱器的溫度變化的曲線圖;
圖9是第四實(shí)施例中放置在樹脂管內(nèi)外兩側(cè)的無孔眼加熱元件的橫截面圖;
圖10是第五實(shí)施例中正待連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中兩個(gè)圓筒形加熱器被設(shè)置成中間留有間隙;
圖11是第五實(shí)施例中剛連接好后的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖12是連接樹脂管的一種傳統(tǒng)方法的橫截面圖;和圖13是連接樹脂管的另一種傳統(tǒng)方法的橫截面圖。
實(shí)施例1本發(fā)明連接樹脂管的方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D1-3予以敘述。圖1是連接樹脂管的方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意流程圖。圖2是第一實(shí)施例中準(zhǔn)備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。圖3是第一實(shí)施例中剛連接好后的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。
在圖1中，兩根形成樹脂管線1的樹脂管1a，1b面對(duì)面地放置在準(zhǔn)備連接的位置。由不銹鋼制成的圓筒形加熱器2繞著樹脂管1a，1b之間的接頭設(shè)置。熱感應(yīng)線圈3以松弛的螺旋形繞在加熱器2上。共振電容器4與輸出變壓器的一個(gè)次級(jí)繞組串連在熱感應(yīng)線圈3的兩個(gè)終端之間。輸出變壓器5的一個(gè)初級(jí)繞組連接在換流器6上。換流器6連接在直流電源7和商業(yè)電源或發(fā)電機(jī)電源10上。在交流電流變換成直流電流之后，直流電源7就將電力輸出。還有，電池9也能對(duì)換流器6供應(yīng)電力。在這例子中，直流電源8通過使用DC-DC變流器將來自電池9的直流電力變換成預(yù)定電壓和/或電流，然后將電力輸出到換流器6。在將來自直流電源7或直流電源8的直流電變換成具有一定電壓和頻率的交流電之后，換流器6將電力輸出至輸出變壓器5的初級(jí)繞組。當(dāng)交流電流以一定的電壓和頻率流入輸出變壓器5的初級(jí)繞組時(shí)，一個(gè)預(yù)定的次級(jí)電流開始流入次級(jí)繞組內(nèi)。當(dāng)次級(jí)電流流入熱感應(yīng)線圈3時(shí)，從熱感應(yīng)線圈3產(chǎn)生的磁通量也相應(yīng)地變化。由于變化的磁通量，感應(yīng)電動(dòng)熱就產(chǎn)生出來，而感應(yīng)電流流入加熱器2內(nèi)。流入加熱器2內(nèi)的感應(yīng)電流使加熱器2發(fā)出熱，這是因?yàn)榧訜崞?從電阻中產(chǎn)生焦耳熱。最好能使用集成鎖相環(huán)路控制(PLL控制)，因?yàn)閾Q流器6根據(jù)線圈的耦合感應(yīng)(linkage inductance)始終使電容器4和共振線路保持在共振的狀態(tài)中。
加熱器2被加熱至幾百度以便轉(zhuǎn)換足夠的必要能量來焊接樹脂管1a，1b。另一方面，雖然熱感應(yīng)線圈3和加熱器2形成一個(gè)高頻變壓器，熱感應(yīng)線圈3和加熱器2并沒有很好地連接因?yàn)榧訜崞?太熱了。因而，耦合感應(yīng)增加了以致高頻電流不再流至熱感應(yīng)線圈3。為了使電流流至熱感應(yīng)線圈3，共振電容器4連同熱感應(yīng)線圈3的耦合感應(yīng)一起形成電感-電容(LC)串聯(lián)共振電路。這樣做后，一個(gè)從LC串聯(lián)共振頻率得到的高頻波可以被加入從而使高頻電流流注至熱感應(yīng)線圈3。換流器6探測(cè)輸出電壓和電流，并控制(PLL控制)相位，因而相位差是0。這樣，LC共振頻率的高頻波不斷地產(chǎn)生，因而LC共振頻率在加熱時(shí)變化。還有，電流相對(duì)于LC共振頻率在加熱時(shí)的變化而流動(dòng)。
加熱器2的電阻值并不太高，因而較大的電流(數(shù)百安培)和較低的電壓在加熱器2內(nèi)產(chǎn)生，以便將樹脂管1a，1b加熱至熔點(diǎn)。在另一方面，從實(shí)用性和成本來看，太多地增加繞組的匝數(shù)也并不太合適。因此，輸出變壓器被連接以獲得阻抗匹配。其結(jié)果是在到達(dá)輸出變壓器5之前對(duì)換流器6的電阻似乎在增加因而需要的電力可以減少。直流電源7通過與一個(gè)計(jì)時(shí)器相結(jié)合可以確定和輸出必要的能量用于焊接管子。
如圖2中所示，加熱器2具有一個(gè)圓筒的形狀并且是用不銹鋼(如SUS304，SUS430)所制成。加熱器的圓筒形表面上有許多個(gè)孔眼2a。孔眼2a可以在不銹鋼管的圓筒形表面上被鉆出。但也有可能通過用鉆取法或沖壓法在不銹鋼板上制出多個(gè)孔眼2a，然后彎曲該板形成一個(gè)圓筒并將其兩端焊接在一起的方式模制出這圓筒。這后一方法比首先模制一個(gè)圓筒形材料然后鉆出多個(gè)孔眼不但比較容易而且在制造成本上也較低廉。當(dāng)計(jì)劃在加熱器上需要大量的孔眼或者需要大量地生產(chǎn)加熱器，最好是使用沖壓法在平板材料上制出孔眼。
在下述的例子中，使用具體材料和尺寸對(duì)加熱器2進(jìn)行描述。對(duì)于根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(J/S)的標(biāo)稱直徑75A同樣尺寸的聚偏氟乙烯(以下簡(jiǎn)稱PVDF)管子，使用了厚度為0.5mm的不銹鋼板SUS304作為加熱器2的材料。由于具有標(biāo)稱直徑75A的PVDF管子的外徑為89.0mm，故加熱器被計(jì)算出具有89.2mm的內(nèi)徑和30mm的長(zhǎng)度?？籽?a被制成五排，離中心的間隔為5mm的長(zhǎng)度。每一排具有28個(gè)孔眼同間距地安排在一條線上?？籽?a是直徑1mm的一個(gè)圓筒形。雖然它取決于將被連接的樹脂管的直徑，但為了容易加工和運(yùn)用，不銹鋼的厚度最好在0.5和1.0mm之間。
雖然取決于材料的硬度，但一般地說在平板材料上壓制出小于材料厚度的0.5的孔眼是困難的，因?yàn)闆_壓金屬模的構(gòu)成形狀能被折斷。因此，在沖壓法中最好規(guī)定孔眼2a的最大直徑大于材料厚度的大約0.5。在另一方面，當(dāng)樹脂管1a，1b被連接時(shí)，樹脂的一個(gè)融化部份(即在其接頭處)容易受到來自樹脂本身膨脹或人為因素的壓力。然而，如果孔眼的直徑太大，則這壓力可能會(huì)使樹脂融化并大量地流出孔眼外以減小壓力。于是，也有可能失去太多的壓力以致不能維持樹脂管的連接。因此，最好是使孔眼2a的最大直徑盡可能小，例如小于材料厚度的兩倍以便維持在融化部份的壓力。因此，最好選定一個(gè)孔眼2a的直徑(最大尺寸或最大直徑)是厚度的0.5至2倍之間。
當(dāng)高頻電流被激勵(lì)入熱感應(yīng)線圈3，從熱感應(yīng)線圈3產(chǎn)生的磁通量根據(jù)頻率而變化，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在加熱器2中產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)促使電流流入加熱器2內(nèi)，而焦耳熱由加熱器2的內(nèi)部電阻產(chǎn)生。其結(jié)果是加熱器2發(fā)射出熱并使樹脂管1a，1b的接頭處的溫度逐漸地從外增加。由于加熱器2的內(nèi)部和樹脂管1a，1b的外部幾乎是接合的，加熱器2和樹脂管1a、1b之間的膨脹空氣穿過孔眼2a逸出。預(yù)定的壓力在軸向上施加到樹脂管1a，1b上以連接管子。因此，當(dāng)樹脂管1a，1b之間的接頭處的溫度達(dá)到一個(gè)預(yù)定的軟化或融化點(diǎn)時(shí)，從外部融化和膨脹的樹脂1c開始穿過孔眼2a流出，如圖3中所示。融化樹脂的量逐漸增加，這種融化樹脂的一部分在加熱器2的兩側(cè)形成堆積升高部份13。外側(cè)的樹脂被加熱直至樹脂管的內(nèi)部也融化，兩根樹脂管1a，1b就被焊接在一起不留間隙。由于樹脂管1a，1b之間的接頭是逐漸地加熱的，樹脂管1a，1b之間的接頭就不會(huì)烤焦或起泡的危險(xiǎn)。其結(jié)果是焊接的接頭具有高的機(jī)械強(qiáng)度。此外，加熱器2只是部份地放置在接頭處，因此樹脂管1a，1b只在有限的區(qū)域內(nèi)軟化和融化。當(dāng)樹脂管被焊接在一起時(shí)，膨脹的空氣和樹脂穿過孔眼2a被釋出，因而在樹脂管1a，1b之間的接頭處很少會(huì)出現(xiàn)凸包的現(xiàn)象。
在本發(fā)明中，加熱器2在其圓筒形表面上具有多個(gè)孔眼。這些孔眼2a當(dāng)管子被焊接在一起時(shí)有效地使膨脹的空氣和樹脂逸出?？籽圻€能夠使操作人員根據(jù)融化的樹脂的流出容易確認(rèn)在樹脂管1a，1b之間接頭的外面部份是否已經(jīng)開始融化了。當(dāng)接頭的外面部份繼續(xù)被加熱，融化的樹脂就充塞孔眼2a。因此，加熱器2和樹脂管1a，1b就完全被連接成一個(gè)部份了。換句話說，當(dāng)焊接過程完畢后，加熱器2就對(duì)兩根樹脂管1a，1b之間的接頭作了加強(qiáng)。不銹鋼由于其高的機(jī)械強(qiáng)度，特別適合于作為一種加強(qiáng)材料。
實(shí)施例2本發(fā)明連接樹脂管的方法和設(shè)備的第二個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D4和圖5予以描述。圖4是準(zhǔn)備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。圖5是在連接后兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。具有與圖2和3相同標(biāo)號(hào)的元件這里就不再加以描述以免重復(fù)。
在第一個(gè)實(shí)施例中，加熱器2的里面部份放置在緊貼樹脂管1a，1b的外面部份處。加熱器2是通過彎曲一塊不銹鋼板并焊接其兩端形成一個(gè)圓筒形而模制成的。其結(jié)果很難使加熱器2的內(nèi)徑尺寸幾乎完全等于樹脂管1a，1b的外徑。同樣情況，也很難經(jīng)常維持其圓形。加熱器2的內(nèi)徑通常設(shè)計(jì)成比樹脂管1a，1b的外徑大一個(gè)預(yù)定的尺寸容差以便大量地生產(chǎn)加熱器。第二實(shí)施例往往構(gòu)成這種情況，即在加熱器2的內(nèi)側(cè)部份和樹脂管1a，1b的外側(cè)部分之間存在著一個(gè)間隙。
實(shí)際上，重力就使加熱器2的內(nèi)側(cè)部份和樹脂管1a，1b的外側(cè)部份之間形成一個(gè)間隙2b，如圖4中所示(為了說明的目的，間隙2b被繪制成大于其實(shí)際的大小)。如果在這種情況下對(duì)加熱器2加熱，如在第一實(shí)施例中那樣，融化和膨脹的樹脂就不僅會(huì)從孔眼2a中而且還從間隙2b中流出，造成會(huì)從加熱器2的兩側(cè)突出樹脂凸包(被稱作“空腔”)。當(dāng)發(fā)生這種情況，則有可能不僅接頭在其表面處受損害，而且由于膨脹的空氣和融化的樹脂未能通順地被釋出，接頭的內(nèi)部也顯得粗糙不平。因此，由具有抗熱和電絕緣性能的材料組成的圓筒形制動(dòng)器11被放置在加熱器2的兩側(cè)以便充塞加熱器2和樹脂管1a，1b之間的間隙。制動(dòng)器對(duì)減少融化樹脂的空腔或突出部份，對(duì)防止融化部份厚度的減小，對(duì)調(diào)節(jié)融化時(shí)的內(nèi)部壓力，和對(duì)防止接頭內(nèi)部變成粗糙不平方面都是非常有效的。具有抗熱和電絕緣性能的材料有熱固性樹脂，例如，酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂，尤其是那些用玻璃纖維加強(qiáng)的樹脂。因此，當(dāng)這些材料以條帶形式來使用時(shí)，它們就更容易操作，因?yàn)闂l帶可以容易地繞在樹脂管上形成圓筒形制動(dòng)器，在工作完成后，條帶也很容易被除去。
下面將說明準(zhǔn)備連接的樹脂管的標(biāo)稱直徑與加熱器2的長(zhǎng)度之間的關(guān)系。當(dāng)加熱器2很長(zhǎng)時(shí)，樹脂管1a，1b之間接頭四周較大的面積將被加熱。當(dāng)樹脂管1a，1b被加熱時(shí)，即使溫度還未達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，管子就開始膨脹了。因此，當(dāng)較大面積被加熱時(shí)，因樹脂本身膨脹引起的內(nèi)部壓力將較高。如果因樹脂本身膨脹引起的內(nèi)部壓力過高時(shí)，樹脂管1a，1b從外側(cè)開始融化直等其余部份變成如此的薄以致因內(nèi)部壓力造成的皺折形成在樹脂上。因此，在樹脂管1a，1b之間接頭的內(nèi)部出現(xiàn)粗糙不平部份。所以，有必要確定最能適合樹脂管1a，1b的厚度的加熱面積，也就是加熱器2的長(zhǎng)度，以便完全消除由于皺折引起的粗糙不平表面，或盡量減少它。各種不同標(biāo)稱直徑的樹脂管被準(zhǔn)備好以對(duì)應(yīng)于各種不同長(zhǎng)度的加熱器2。每個(gè)加熱器2都試驗(yàn)性地連接起來。結(jié)果顯示在表1中(如下)。樹脂管被連接得很好不致在接頭內(nèi)部引起任何凸包。
表1標(biāo)稱直徑 加熱器長(zhǎng)度65A 20～30mm75A 20～30mm100A 30～45mm125A 35～65mm從表1中可以明顯地看出，加熱器2的長(zhǎng)度最好是在樹脂管的標(biāo)稱直徑的大約1/4和2/3之間。
在上述的幾個(gè)實(shí)施例中，用作樹脂管1a，1b的材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，但本發(fā)明并不只限于使用這種樹脂。任何種類的熱塑性樹脂管都能使用。這種樹脂管的樹脂包括，例如碳氟樹脂，其中有聚偏氟乙烯，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，和四氟乙烯-全氟化烷基乙烯醚共聚物(PFA)，以及各種各樣的熱塑性樹脂，其中有聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯撐硫和聚醚醚酮。此外，樹脂管的形狀也并不限于直管。彎管，接頭管，或閥的端頭處的管也都包括在內(nèi)。本發(fā)明的基本原理并不是只用于連接樹脂管，也能用于連接玻璃管(包括石英玻璃和硅酮玻璃)。
此外，換流器6的振蕩頻率可以有伸縮性地設(shè)定在至少為15～80KHz的范圍內(nèi)，從而使它可以應(yīng)付不同的材料和不同直徑的準(zhǔn)備連接的樹脂管。還有可能預(yù)先將一些數(shù)據(jù)，例如，溫度數(shù)據(jù)，使不同材料和不同直徑的樹脂管軟化和融化所需的加熱時(shí)間的數(shù)據(jù)記錄入存貯器內(nèi)，并將數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)微機(jī)內(nèi)，該微機(jī)自動(dòng)控制輸入到熱感應(yīng)線圈內(nèi)的電流。以這種方式，在工廠內(nèi)的連接操作就可以簡(jiǎn)化。一種非常便宜的將細(xì)線絞合的編織線通常用作熱感應(yīng)線圈3的材料。當(dāng)樹脂管的連接操作完成后，熱感應(yīng)線圈3就可以被割斷并從樹脂管線1上除去。此外，樹脂管1a，1b在其接頭處的溫度達(dá)到一個(gè)預(yù)定的軟化或融化點(diǎn)之后就用壓力在軸向的方向上使其焊接在一起，一種預(yù)定的焊接夾具可以用來獲得最好的焊接壓力。
實(shí)施例3本發(fā)明連接樹脂管的方法和設(shè)備的第三個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D6和圖7予以描述。圖6和7是一種通過在管子外面設(shè)置一塊圓筒形金屬板來連接兩根樹脂管的實(shí)施例的橫截面圖。使用了圖1中所用的同樣的高頻發(fā)電機(jī)。
加熱器12用諸如鋁，黃鋼或不銹鋼的圓筒形金屬板制成。在這實(shí)施例中，在加熱器12厚度的方向上沒有孔眼。當(dāng)高頻電力輸入到熱感應(yīng)線圈3內(nèi)時(shí)，它逐漸地提高圍繞著樹脂管1a，1b之間接頭四周的溫度。一旦樹脂管1a，1b之間接頭處的溫度到達(dá)一個(gè)預(yù)定的軟化或融化點(diǎn)時(shí)，樹脂管就被焊接在一起。當(dāng)加熱時(shí)，融化的樹脂在體積上膨脹，因而兩根樹脂管1a，1b就被完全接合住，其間不留空隙。由于樹脂管1a，1b之間的接頭是逐漸地加熱的，因此樹脂管1a，1b之間的接頭沒有被烤焦或起泡的危險(xiǎn)。其結(jié)果，焊接的接頭具有高機(jī)械強(qiáng)度。此外，加熱器12只是部份地放置在接頭處，因此樹脂管只在有限的面積內(nèi)軟化和融化。因此，在樹脂管1a，1b之間的接頭內(nèi)側(cè)很少會(huì)出現(xiàn)凸包。
此外，換流器6的振蕩頻率可以有伸縮性地設(shè)定在至少為15～80KHz的范圍內(nèi)，從而使它可以應(yīng)付不同的材料和不同直徑的準(zhǔn)備連接的樹脂管。還有可能預(yù)先將一些數(shù)據(jù)，例如，溫度數(shù)據(jù)，使不同材料和不同直徑的樹脂管軟化和融化所需的加熱時(shí)間的數(shù)據(jù)錄入存貯器內(nèi)，并將數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)微機(jī)內(nèi)，該微機(jī)自動(dòng)控制輸入到熱感應(yīng)線圈內(nèi)的電流。以這種方式，在工廠內(nèi)的連接操作就可以簡(jiǎn)化。一種非常便宜的將細(xì)線絞合的編織線通常用作熱感應(yīng)線圈3的材料。當(dāng)樹脂管的連接操作完成后，熱感應(yīng)線圈3就可以被割斷并從樹脂管線1上除去。此外，樹脂管1a，1b在其接頭處的溫度達(dá)到一個(gè)預(yù)定的軟化或融化點(diǎn)之后就用壓力在軸向上使其焊接在一起，一種預(yù)定的焊接夾具可以用來獲得最好的焊接壓力。
參照著圖6和7并用具體的材料對(duì)此實(shí)施例予以說明。管子1a，1b(外徑76mm，厚度4.2mm)是用聚偏氟乙烯(PVDF-65A，融點(diǎn)178～180℃)制成，而圓筒形金屬加熱器12(材料鋁，內(nèi)徑76.2mm，厚度1.0mm，長(zhǎng)度20mm)被放置在管子的外側(cè)上。兩個(gè)端面配合得正好，如圖6中所示。
于是，熱感應(yīng)線圈3由編織線(材料銅，芯線直徑0.12mm，整線直徑6.6mm)組成，其松弛地繞著(匝數(shù)4匝)，如圖7中所示。焊接操作通過輸入頻率74KHz的118W電力在9分鐘時(shí)間內(nèi)完成。
在此實(shí)施例中，加熱器在9分鐘內(nèi)被加熱至270℃，然后在電力不再供應(yīng)后于10分鐘內(nèi)冷卻至100℃。圖8顯示了溫度隨時(shí)間而變化的曲線。如上可見，焊接操作所必需的溫度控制是很容易執(zhí)行的。這一焊接操作以輸入電力至加熱器12開始，加熱器于是從其整個(gè)表面發(fā)出熱(薄片發(fā)熱)。一部分緊挨著加熱器12的樹脂首先開始融化。融化樹脂的量逐漸增加，一部份這種融化樹脂在加熱器12兩側(cè)形成堆聚升高部份13。一部份融化的樹脂流入樹脂管1a，1b端頭處的間隙內(nèi)，從而融化了在邊界部份的樹脂。由于在樹脂管1a，1b內(nèi)表面上的熱傳遞比較慢，這部份開始融化得較晚。在此時(shí)間產(chǎn)生的壓力使端面熔焊起來。最好這一部份最后也能融化。實(shí)際上，內(nèi)表面最后形成一道墻(固態(tài)的)并沒有太多地改變其形狀。因此，在這種連接管子的方法中可以確認(rèn)兩根樹脂管是在提供結(jié)合壓力時(shí)熔焊在一起的，這種壓力對(duì)熔焊端面是必需的。
在下一步驟，當(dāng)電力供應(yīng)停止時(shí)，或電力供應(yīng)量逐漸弱時(shí)，加熱器12開始冷卻下來，整個(gè)構(gòu)形變成固體化，融化樹脂的堆聚升高部份(空腔)13仍留在加熱器的兩端。因此，樹脂管1a，1b被完全地焊接在一起了。將上述樹脂管在接頭處沿軸向切成兩部份并檢查其橫截面時(shí)，確認(rèn)管子完全被焊成一根管子了。
使用加熱器12通過上述程序所獲得的樹脂管之間的接頭即使在液壓壓力被施加到管子上時(shí)也不會(huì)在內(nèi)側(cè)形成凸包。接頭也得到加強(qiáng)，特別是在彎曲的方向上。此外，融化部份修飾得平滑沒有死空間。
實(shí)施例4在上面顯示的第三實(shí)施例中(圖6和7)，舉出了一個(gè)環(huán)形金屬加熱器12被放置在樹脂管1a，1b之間的接頭四周的例子。還有可能形成一個(gè)如圖9中所示的接頭。在圖9中所示的實(shí)施例中，圓筒形金屬加熱器14，15分別放在樹脂管1a，1b之間的接頭的外表面和內(nèi)表面上。對(duì)于連接厚的管子，將圓筒形金屬加熱器14，15放置在樹脂管的內(nèi)外兩個(gè)表面上是可取的。同時(shí)，圓筒形金屬加熱器15是如此的薄以致即使加熱器14被安放在內(nèi)側(cè)，內(nèi)表面也不致因而成為粗糙，它幾乎不會(huì)影響液體在樹脂管線內(nèi)的流動(dòng)。
實(shí)施例5在上面顯示的第三實(shí)施例中(圖6和7)，舉出了一個(gè)環(huán)形金屬加熱器12被放置在樹脂管1a，1b之間的接頭四周的例子。在圖10和11所示的實(shí)施例中，圓筒形金屬加熱器16和17繞著每根樹脂管的四周放置，其間留有一個(gè)大約2mm的間隔(縫隙)。換句話說，一個(gè)縫隙部份18被安排在兩個(gè)圓筒形金屬加熱器16，17之間。管子1a，1b(外徑76mm，厚度4.2mm)由聚偏氟乙烯(PVDF-65A，融點(diǎn)178～180℃)制成，而圓筒形金屬加熱器16，17(材料鋁，內(nèi)徑76.2mm，厚度1.0mm，長(zhǎng)度10mm)被放置在管子的外面，兩個(gè)端面正好配合。根據(jù)第三實(shí)施例連接的樹脂管顯示出在接頭處沒有空氣，因而防止了樹脂管的變形。此外，管子能夠更為可靠地被連接，因?yàn)槟軌蛟诤附拥耐瑫r(shí)觀察到融化的樹脂是如何流入到縫隙部份18內(nèi)的。融化的樹脂在縫隙部份18內(nèi)在一個(gè)堆聚升高的狀態(tài)下冷卻形成一個(gè)堆聚升高部份19。
權(quán)利要求
1.一種連接樹脂管的方法，其包括下列步驟(a)將兩根準(zhǔn)備連接的樹脂管安放就位；(b)沿著所述樹脂管之間的接頭放置一個(gè)圓筒形金屬加熱器；和(c)將所述加熱器繞以一個(gè)線圈，其中所述加熱器通過高頻電流加以激勵(lì)，該高頻電流是通過感應(yīng)加熱的方式對(duì)所述加熱器進(jìn)行加熱，從而使所述樹脂管之間的所述接頭被焊接在一起。
2.一種連接樹脂管的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)繞著準(zhǔn)備連接的兩根樹脂管之間的接頭設(shè)置的加熱器;一個(gè)圍繞著所述加熱器的線圈;和一個(gè)用于激勵(lì)高頻電流流入所述線圈通過感應(yīng)加熱對(duì)所述加熱器進(jìn)行加熱的高頻電流發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述加熱器可以在其圓筒形表面上有多個(gè)厚度方向的孔眼。
4.如權(quán)利要求1至3中之一項(xiàng)所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述加熱器的內(nèi)徑比所述樹脂管的外徑大一個(gè)尺寸容差，所述加熱器的緊靠所述樹脂管處被加熱。
5.如權(quán)利要求1至4中之一項(xiàng)所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述加熱器至少有一種材料是選自包括不銹鋼，黃銅和鋁的材料族內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述加熱器具有一個(gè)圓筒的形狀，該形狀是通過將一塊不銹鋼板的兩端焊接在一起的方式形成的。
7.如權(quán)利要求6所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中設(shè)置在所述圓筒形表面上的所述多個(gè)孔眼中每一個(gè)的直徑都在0.1mm至5mm的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述多個(gè)孔眼在一塊不銹鋼板上是排成若干行，每一所述行中的每一所述孔眼間的間距都是相等的。
9.如權(quán)利要求1至8中之一項(xiàng)所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中所述加熱器的寬度在大約1/4至2/3的所述樹脂管的標(biāo)稱直徑范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1至9中之一項(xiàng)所述的連接樹脂管的方法和設(shè)備，其特征在于其中由具有抗熱和電絕緣性能材料組成的圓筒形制動(dòng)器在所述加熱器的兩側(cè)繞著所述樹脂管附接在其上。
11.如權(quán)利要求1至10中之一項(xiàng)所述的連接樹脂管方法和設(shè)備，其特征在于其中所述圓筒形金屬加熱器繞在每個(gè)樹脂管上，樹脂管與樹脂管之間的間隙在0.1mm至10mm的范圍內(nèi)。
全文摘要
當(dāng)樹脂管通過感應(yīng)加熱被連接時(shí)，本發(fā)明的樹脂管在加熱過程中不會(huì)因?yàn)榭諝夂蜆渲呐蛎浂纬蓛?nèi)部凸包。由不銹鋼制成的圓筒形加熱器2繞在由聚偏氟乙烯制的兩根樹脂管1a、1b之間的接頭上。加熱器2于是由感應(yīng)加熱被加熱而將樹脂管1a、1b的接頭焊接住。加熱器2在其圓筒形表面上具有多個(gè)孔眼2a，因而位于加熱器2和樹脂管1a，1b之間的空氣和融化的樹脂都能穿過孔眼2a被釋出。
文檔編號(hào)B29C65/36GK1109154SQ9410936
公開日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月24日
發(fā)明者井口熱, 赤羽篤, 山下武宏, 松岡弘市 申請(qǐng)人:旭有機(jī)材工業(yè)株式會(huì)社