способ радиальной сварки трением трубчатых деталей на основе полиолефинов

Формула изобретения

1. Способ радиальной сварки трением трубчатых деталей из термопластов на основе полиолефинов, преимущественно армированной трубы, и концевой втулки, при котором осуществляют взаимное сопряжение свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительное вращение свариваемых деталей, торможение и выдержку для охлаждения, отличающийся тем, что сопряжение с начальным натягом осуществляют дополнительно по второй посадочной поверхности, причем сопряжение по посадочной поверхности меньшего диаметра осуществляют на диаметре, не превышающем внутренний диаметр армирующего каркаса трубы, и на длине, соизмеримой с толщиной стенки трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают равной 0,6 1,0 от величины начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра, при этом перед сопряжением свариваемых деталей в центральное отверстие трубы устанавливают опорную оправку.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают не более 0,6 от величины начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра, при этом перед относительным вращением свариваемых деталей к внутренней поверхности меньшего диаметра прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что величину начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра выбирают равной 1 2% от величины этого диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сварки термопластов с использованием теплоты трения, а именно к способу радиальной сварки трением, преимущественно армированной трубы и концевой втулки, выполненных из термопласта на основе полиолефинов.

Известен способ радиальной сварки трением трубчатых деталей из термопластов при котором осуществляется взаимное сопряжение свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительное вращение свариваемых деталей, торможение и выдержку для охлаждения (патент США N 3799821, В 29 С 27/08, 1974.)

В известном способе осуществляют сопряжение с начальным натягом около 0,9% от диаметра посадочной поверхности по одной из посадочных поверхностей, а именно меньшего диаметра, в то же время как сопряжение по посадочной поверхности большего диаметра осуществляют с нулевым натягом (переходная посадка), при этом длина сопряжение по обеим посадочным поверхностям примерно одинакова. Сварное соединение, обеспечивающее прочность и плотность изделия, получается, таким образом, по посадочной поверхности меньшего диаметра, в то время как посадочная поверхность большего диаметра полноценной сварке не подвергается, что впрочем, приемлемо для данного вида изделий.

Применительно к радиальной сварке трением таких деталей из термопласта, как армированная труба и концевая втулка, известным способом в его неизменном виде не удалось бы обеспечить необходимое качество изделия по следующим причинам.

Труба из термопласта, армированная, в частности проволочным каркасом спиральной или решетчатой формы, изготавливается известным методом непрерывного экструзионного формирования и по мере изготовления разрезается вместе с армирующим каркасом на мерные отрезки заданной длины, которые затем снабжаются концевыми втулками для фланцевого или муфтового (резьбового) соединения при прокладке трубопроводов. Армирующий каркас трубы, выходящий на ее торцовую поверхность, остается в условиях эксплуатации доступным воздействию протекающей среды под давлением. Последняя неизбежно проникает, преодолевая силы сцепления термопласта с металлом, вдоль армирующего каркаса и воздействует непосредственно на наружный слой стенки трубы, отрывая его за пределами концевой втулки от армирующего каркаса. При этом последний уже не выполняет своей функции, и рабочая нагрузка от давления протекающей среды воспринимается непосредственно наружным слоем трубы, что недопустимо даже в случае неагрессивной протекающей среды. Попытки осуществления одновременно с радиальной сваркой трением торцовой сварки концевой втулки с торцом трубы не дали благоприятного результата именно из-за наличия в торцовой поверхности трубы металла армирующего каркаса, препятствующего нормальному процессу торцовой сварки трением. Также неэффективными оказались попытки использования различных уплотнительных средств, которые препятствовали бы недостаточной надежности герметизации, в особенности с течением времени.

Результатом изобретения является создание такого способа радиальной сварки трением, преимущественно армированной трубы и концевой втулки, выполненных из термопласта на основе полиолефинов, и аналогично деталей, применение которого позволило бы достигнуть требующегося для тяжелых условий эксплуатации качества изделий в отношении их прочности, плотности и эксплуатационной надежности.

Для достижения технического результата в способе радиальной сварки трением трубчатых деталей из термопластов, преимущественно армированной трубы и концевой втулки, выполненных из термопласта на основе полиолефинов, при котором осуществляют взаимное сопряжение свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительное вращение свариваемых деталей, торможение и выдержку для охлаждения. Согласно изобретению сопряжение с начальным натягом осуществляют дополнительно по второй посадочной поверхности, причем сопряжение по посадочной поверхности меньшего диаметра осуществляют на диаметре, не превышающем внутренний диаметр армирующего каркаса трубы, и на длине, соизмеримой с толщиной стенки трубы.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают равной 0,6-1,0 от величины начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра, при этом перед сопряжением свариваемых деталей в центральное отверстие трубы устанавливают опорную оправку.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения величину выбирают не более 0,6 от величины начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра, при этом перед относительным вращением свариваемых деталей к внутренней поверхности трубы на участке, соответствующем длине посадочной поверхности меньшего диаметра, прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности.

В любом варианте использования изобретения величину начального натяга по посадочной поверхности большего диаметра выбирают равной 1-2% от величины этого диаметра.

В описываемом способе функцию восприятия основных механических нагрузок несет сварное соединение по посадочной поверхности большего диаметра, длина которой может выбираться без вынужденных ограничений, в то время как сварное соединение по посадочной поверхности меньшего диаметра, имеющего вынужденно ограниченную величину, несет главным образом функцию герметизации армирующего каркаса трубы от воздействия протекающей среды.

Выбранный диаметр посадочной поверхности меньшего диаметра и соответственно герметизирующего участка сваренного соединения обусловлен необходимостью полного исключения металла из посадочной поверхности, без чего трудно гарантировать требующееся качество сварного соединения в отношении его плотности. Существенное уменьшение этого диаметра целесообразно по прочностным соображениям.

Выбранная относительно малая длина этого герметизирующего участка, как установлено экспериментально, достаточна для выполнения им своей функции и в то же время позволяет существенно увеличить длину участка армирующего каркаса, находящегося в пределах концевой втулки, что способствует повышению несущей способности изделия по отношению к внешним нагрузкам. Существенное увеличение длины герметизирующего участка по отношению к выбранной нецелесообразно также потому, что он расположен на меньшем диаметре, и соответствующая относительно малая толщина стенки в этом месте ограничивает предельную величину прикладываемого при сварке трением крутящего момента, величина которого пропорциональна длине этого участка (при прочих равных условиях).

Начальный натяг по поверхности меньшего диаметра может быть таким же, как и по поверхности большего диаметра, или меньше, что предпочтительно. Это соотношение величин начального натяга может колебаться в широких пределах, в зависимости как от назначения изделия, конструкции и конкретных размеров свариваемых деталей, используемых термопластичных материалов, параметров технологического оборудования для сварки трением, так и фактических величин толщины стенки и длины участка трубы с меньшим диаметром (герметизирующего участка). При благоприятном соотношении этих факторов могут не потребоваться дополнительные технологические средства, такие как опорная оправка, в особенности при относительно малой, но достаточной для сварки трением величине натяга по поверхности меньшего диаметра. Как установлено экспериментально, использование опорной оправки оправдано при величине натяга по поверхности меньшего диаметра, составляющей 0,6-1,0 от величины натяга по поверхности большего диаметра. При неблагоприятном соотношении указанных факторов, когда величина натяге по поверхности меньшего диаметра не может быть установлена достаточной для полноценной сварки трением по прочностным соображениям, в частности до 0,6 от величины натяга по поверхности большего диаметра, целесообразно использование технологического средства для приложения к внутренней поверхности трубы на соответствующей длине радикального разжимающего усилия, равномерно распределенного по радикального разжимающего усилия, равномерно распределенного по окружности, такого как разжимная или коническая оправка.

На фиг. 1 изображен частичный разрез сварного соединения армированной трубы и концевой втулки под фланцевое соединение; на фиг.2 то же, под муфтовое соединение.

Способ радиальной сварки трением трубчатых деталей из термопластов, преимущественно армированной трубы 1 и концевой втулки 2, выполненных из термопласта на основе полиолефинов, включает взаимное сопротивление свариваемых деталей 1 и 2 по двум посадочным поверхностям 3 и 4 разного диаметра с начальным натягом, относительное вращение свариваемых деталей 1 и 2, торможение и выдержку для охлаждения.

Сопряжение с начальным натягом осуществляют по обеим посадочным поверхностям 3 и 4, при этом соотношение величин натяга по каждой из них может быть различным, в зависимости от вида изделия. Сопряжение по посадочной поверхности 4 меньшего диаметра (герметизирующий участок) осуществляют на диаметре, не превышающем внутренний диаметр армирующего каркаса 5 трубы 1, на длине, соизмеримой с номинальной толщиной ее стенки, как показано на чертежах (фиг. 1,2).

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, величина начального натяга по посадочной поверхности 4 меньшего диаметра составляет 0,6-1,0 от величины начального натяга по посадочной поверхности 3 большего диаметра. При этом перед сопряжением свариваемых деталей 1 и 2 в центральное отверстие трубы 1 на глубину, соизмеримую с длиной посадочной поверхности 4, устанавливают технологическую опорную оправку 6 (фиг.1), воспринимающую сжимающую нагрузку, как в процессе сопряжения (напрессовки), так и в процессе сварки трением.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, величина начального натяга по посадочной поверхности 4 меньшего диаметра составляет до 0,6 от величины начального натяга по посадочной поверхности 3 большего диаметра. При этом перед относительным вращением свариваемых деталей 1 и 2 к внутренней поверхности трубы 1 на участке, соответствующем длине посадочной поверхности 4, прикладывают контролируемое радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности, оптимальная величина которого устанавливается опытным путем. Эта величина зависит от конкретной величины начального натяга по посадочной поверхности 4 и оптимальных для конкретного случая параметров трения при радиальной сварке. В качестве средства для создания такого усилия могут быть использованы раздвижная цилиндрическая или коническая (фиг.2) оправка 7.

В любом варианте использования изобретения возможна и целесообразна величина начального натяга по посадочной поверхности 3 большего диаметра в пределах 1-2% от величины этого диаметра. Такая величина начального натяга более предпочтительна для выполнения качественной радиальной сварки трением и допустима по крайней мере в преимущественной области применения способа, согласно изобретению, благодаря наличию в трубе несущего армирующего каркаса 5.

Ниже приведены практические примеры осуществления изобретения.

Пример 1. (фиг.1)

Производят радиальную сварку трением полиэтиленовых трубы 1, армированной решетчатым проволочным каркасом 5, и концевой втулки 2 под фланцевое соединение, имеющей кольцевой выступ 8 для накидного фланца и периферийные пазы 9 для фланцевого крепежа, используемые также для приложения крутящегося момента. Процесс характеризуется следующими данными и параметрами представленными в табл.1.

Пример 2 (фиг.1)

Пример отличается от примера 1 тем, что труба 1 армирована спиральным проволочным каркасом 5, а также следующими данными и параметрами представленными в табл. 2.

Пример 3 (фиг.2)

Производят радиальную сварку трением полиэтиленовых трубы 1, армированной решетчатым проволочным каркасом 5, и концевой втулки 2 под муфтовое (резьбовое) срединение, имеющей пазы 10 для приложения крутящего момента. Процесс характеризуется следующими данными и параметрами представленными в табл. 3.

Пример 4 (фиг.2)

Пример отличается от примера 3 тем, что труба 1 армирована спиральным проволочным каркасом 5, а также следующими данными и параметрами представленными в табл. 4.

Пример 5 (фиг.2)

Пример отличается от примера 3 следующими данными и параметрами представленными в табл. 5.

Изделия, получаемые с применением способа, согласно изобретению, могут быть использованы, преимущественно, для сооружения трубопроводов; в особенности предназначенных для транспортирования агрессивных сред под давлением, в нефтегазовой, химической, энергетической и других отраслях промышленности.