СПОСОБ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМУФТ
METHOD FOR POLYMER TUBES WELDING VIA ELECTRIC SLEEVES

Область применения
Изобретение относится к сварке полимерных труб.
Уровень техники
Известен способ сварки полимерных труб с помощью муфты (патент №4117311, US; патент №4349219, US), содержащей корпус из термопластика и электроспираль. Спираль расположена вблизи внутренней стенки и защищена тонким слоем материала корпуса муфты.
Известен способ сварки полимерных труб с помощью муфты (заявка №97111682/06, RU), содержащей пластмассовый корпус и две электроспирали. Электроспирали размещены в разных половинах корпуса.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ сварки полимерных труб с помощью муфты (патент №4147926, US), содержащей пластмассовый корпус и электроспираль. Спираль расположена на внутренней стенке корпуса. При сварке на электроспираль муфты подается постоянный ток, величина которого зависит от температуры окружающей среды, типа муфты, а также материала, диаметра и толщины стенки трубы. Мощность тока на электроспирале во время сварки не меняется.
Недостатки вышеперечисленных изобретений
При муфтовой сварке зазор между трубами и муфтой должен быть минимальным и равномерным вдоль плоскости соприкосновения. Например, при большом диаметре труб сложно обеспечить равномерный зазор между муфтой и трубами. На каком-то участке зазор будет больше регламентированного. Увеличенные зазоры приводят к дефектам сварки.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создания способа упрочнение сварочного слоя, при сварке полимерных труб с помощью муфт. А также возможность применения муфтовой сварки к трубам, технологический зазор между трубой и муфтой больше регламентируемого.
Технический результат
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении отрицательного влияния зазора между трубой и муфтой при сварке, упрочнении сварочного слоя за счет вытягивания волокон.
Технический результат достигается тем, что вдоль труб, впереди и сзади корпуса муфты, прикрепляются с помощью хомутов блоки, состоящие из двух катушек. Каждая из катушек намотана на сердечник в форме полуцилиндрического сегмента, вдоль его высоты. Сердечник выполнен из ферромагнитного материала.
Катушки соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки совпадали друг с другом. Цепь подключают к генератору переменного тока.
Сварку осуществляют подачей постоянного напряжения на электроспираль муфты на определенный период времени. Величина напряжения и период времени зависят от размера, толщины стенок труб, температуры окружающей среды, типа муфты.
Электроспираль можно изготовить из эмалированного провода. Регулируя частоту, амплитуду тока в катушках, а также местоположение блоков относительно муфты, при этом расстояние между муфтой и блоками должно быть одинаково, подбирают оптимальные параметры для продольных колебаний электроспирали. При частоте тока в генераторе, близкой к собственной частоте продольных колебаний электроспирали, можно использовать катушки с меньшей индуктивностью и снизить потребляемую мощность.
Полимерные расплавы не подчиняются основным законам гидродинамики и относятся к неньютоновским жидкостям, а именно к псевдопластикам. Вязкость полимерного расплава уменьшается с увеличением скорости течения. Это происходит потому, что вытягиваются молекулярные клубки, а значит изменяются структура жидкости и ее вязкость.
Псевдопластик - n<1, вязкость уменьшается при увеличении скорости сдвига.
- градиент скорости
σ - вязкость расплава;
α - коэффициент пропорциональности.
Во время сварки под действием магнитного поля катушек электроспираль совершает продольные колебательные движения, увлекая за собой приграничный слой полимерного расплава. От нагрева расплав расширяется, вязкость его уменьшается. В соответствии с формулой происходит дополнительное уменьшение вязкости расплава, повышение его текучести, что положительно влияет на заполнение технологического зазора между трубой и муфтой. Вытягивание полимерных волокон вдоль оси трубы приводит к упрочнению сварочного слоя.
Краткое объяснение чертежей
1. Расположение муфты, блоков с катушками на свариваемых трубах.
2. Схема подключения катушек к генератору.
Осуществление изобретения
Вдоль полимерных труб 1 (фиг.1), впереди и сзади корпуса муфты 3, прикрепляют с помощью хомутов 4 блоки, состоящие из двух катушек 2. Каждая из катушек 2 намотана на сердечник 5 в форме полуцилиндрического сегмента, вдоль его высоты. Сердечник 5 выполнен из ферромагнитного материала.
Катушки 2 соединяют в общую цепь с таким расчетом, чтобы направления аксиальных сил магнитного поля каждой катушки 2 совпадали друг с другом. Цепь подключают к генератору переменного тока 7 (фиг.2).
Сварку осуществляют подачей постоянного напряжения на электроспираль 6 муфты 3 (фиг.1) на определенный период времени. Величина напряжения и период времени зависят от размера, толщины стенок трубы 1, температуры окружающей среды, типа муфты 3.
Регулируя частоту, амплитуду тока в катушках 2, а также местоположение блоков относительно муфты 3, при этом расстояние между муфтой 3 и блоками должно быть одинаково, подбирают оптимальные параметры для продольных колебаний электроспирали 6 (фиг.2). При частоте тока в генераторе 7, близкой к собственной частоте продольных колебаний электроспирали 6, можно использовать катушки 2 (фиг.1) с меньшей индуктивностью и снизить потребляемую мощность.
Пример применения
Сварка труб ПЭ80 ГАЗ SDR 11 d63 была выполнена на аппарате FRIAMAT, производства компании FRIATEC, Германия. Применялась муфта+GF+ELGEF Plus, производство Германии с параметрами d63, R=1,5 Ом. Температура окружающей среды - +10°С. Регламентируемые параметры: время сварки t=40 сек, напряжение постоянного тока U=40 В. Частота тока в генераторе 5 Гц, общая аксиальная сила, действующая на катушку, 0,4 Н. Трубы были взяты с заведомыми дефектами. С наружной поверхности труб был снят слой 1 мм. Образы, вырезанные из сваренного соединения, сварка которого производилась с применением предложенного способа, при испытаниях стандартными методами - ISO/DIS 8085/3, ISO/DIS 11413 - показали лучший результат, чем сваренные по обычной технологии.
Источник информации
1. David I. Bower, An introduction to polymer physics, Cambridge University press, 2002, page 187-188.