способ сварки при изготовлении спиральнонавитой трубы и сварочная головка для осуществления этого способа

Формула изобретения

1. Способ сварки при изготовлении спиральнонавитой трубы из термопластичного профиля по существу прямоугольного сечения, при котором пустотелый профиль наматывают по винтовой линии на сварочный барабан с одновременным разогревом свариваемых поверхностей до заданной температуры и последующим сжатием их друг с другом, формируя при этом двойной сварной шов между двумя смежными витками пустотелого профиля, отличающийся тем, что сварку осуществляют сварочной головкой, соединенной с экструдером и оснащенной сварочным килем, который извне вставляют между двумя свариваемыми поверхностями профиля, при этом нагрев свариваемых поверхностей осуществляют горячим воздухом, подаваемым через две пары воздушных отверстий, расположенных на стороне сварочного киля, обращенной навстречу направлению вращения пустотелого профиля рядом с участками стенок профиля, на которых формируются сварные швы, а нос сварочного киля, расположенный между двумя парами воздушных отверстий, направляет потоки горячего воздуха в зону сварки, предотвращая нагрев средних участков поверхностей профиля, причем после разогрева свариваемых поверхностей на нагретые участки вдоль каждой кромки поверхности профиля двумя полосами экструдируют сварочную массу через две пары отверстий, расположенных в задней части сварочного киля по существу на одном уровне с двумя парами воздушных отверстий, а сжатие друг с другом участков пустотелого профиля с нанесенной сварочной масоой осуществляют посредством по меньшей мере одного прижимного ролика, ось которого проходит радиального относительно сварного барабана, при этом давление сварки поддерживают на заданном уровне путем регулирования трения между пустотелым профилем и сварочным барабаном.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что две пары воздушных отверстий сварочного киля соединяют с отдельными, индивидуально регулируемыми системами подачи воздуха, снабженными собственными нагревательными элементами для регулирования температуры и расхода воздуха.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что количество сварочной массы регулируют посредством экструдера, а балансировку потоков сварочной массы между двумя парами отверстий для сварочной массы осуществляют посредством по меньшей мере одного регулировочного винта, установленного в сварочной головке.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ширину полос сварочной массы задают камерами, выполненными вокруг каждого отверстия для сварочной массы в сварочном киле.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что трение между сварочным барабаном и пустотелым профилем регулируют, охлаждая сварочный барабан.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что трение между сварочным барабаном и пустотелым профилем регулируют, изменяя диаметр сварочного барабана.

7. Сварочная головка для сварки термопластичных пустотелых профилей при изготовлении спиральнонавитой трубы по существу прямоугольного сечения, содержащая вертикальный киль, выполненный с возможностью размещения его между двумя свариваемыми поверхностями профиля, при этом сварочная головка соединена с экструдером и выполнена с воздушными отверстиями для подачи горячего воздуха на свариваемые поверхности и отверстиями для нанесения сварочной массы на формуемый сварной шов, отличающаяся тем, что сварочный киль имеет три основные зоны, включающие верхнюю сварочную зону, на передней кромке которой расположена пара наклоненных вперед воздушных отверстий для подачи горячего воздуха на каждую из свариваемых поверхностей, а на задней кромке пара направленных в обе стороны отверстий для нанесения сварочной массы на поверхности профиля, разогретые потоками горячего воздуха, центральную экранирующую зону с направленным вперед носом киля и нижнюю сварочную зону, на которой расположена пара воздушных отверстий для подачи горячего воздуха и пара отверстий для сварочной массы для формирования внутреннего сварного шва.

8. Головка по п.7, отличающаяся тем, что имеет плугообразный скошенный передний участок, в котором расположены две пары пары воздушных отверстий для горячего воздуха нижней и верхней зон сварочного киля, причем вокруг каждого отверстия для сварочной массы выполнена камера для задания ширины наносимых полос сварочной массы.

9. Головка по п.8, отличающаяся тем, что две пары воздушных отверстий для горячего воздуха соединены с раздельными, индивидуально регулируемыми системами подачи воздуха, имеющими собственные нагревательные элементы для регулирования температуры и расхода воздуха.

10. Головка по п.9, отличающаяся тем, что снабжена по меньшей мере одним регулировочным винтом для балансировки потоков сварочной массы между обеими парами отверстий для сварочной массы в сварочных зонах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сварки при изготовлении спирально-навитой трубы из термопластичного профиля в основном прямоугольного сечения и сварочным головкам для осуществления этих способов.

Известен способ сварки при изготовлении спирально-навитой трубы из термопластичного профиля по существу прямоугольного сечения, при котором пустотелый профиль наматывают по винтовой линии на сварочный барабан с одновременным разогревом свариваемых поверхностей до заданной температуры и последующим сжатием их друг с другом, формируя при этом двойной сварной шов между двумя смежными витками пустотелого профиля [1]

Известна сварочная головка, содержащая вертикальный киль, выполненный с возможностью размещения его между двумя свариваемыми поверхностями профиля, при этом сварочная головка соединена с экструдером и выполнена с воздушными отверстиями для подачи горячего воздуха на свариваемые поверхности и отверстиями для нанесения сварочной массы на формируемый сварной шов [2]

Однако известный способ требует использования экструдеров, при этом операцию сварки относительно трудно контролировать, в частности, из-за того, что нагрев осуществлялся с помощью воздухонагревателя с нагревателем, который не был встроен в сварочный киль, а требовал отдельной регулировки, в результате чего возникали неравномерности нагрева.

Кроме того, при таком способе наблюдается равномерное сварочное давление и он не отвечает требованиям к хорошему шву при сварке полиэтилена, что особенно важно для внешнего вида шва.

Технический результат изобретения создание двойного сварного шва, удовлетворяющего всем требованиям к качеству и являющегося простым и надежным в изготовлении.

Для достижения технического результата в способе сварки при изготовлении спирально-навитой трубы из термопластичного профиля по существу прямоугольного сечения, при котором пустотелый профиль наматывают по винтовой линии на сварочный барабан с одновременным разогревом свариваемых поверхностей до заданной температуры и последующим сжатием их друг с другом, формируя при этом двойной сварной шов между двумя смежными витками пустотелого профиля, согласно изобретению сварку осуществляют сварочной головкой, соединенной с экструдером и оснащенной сварочным килем, который извне вставляют между двумя свариваемыми поверхностями профиля, при этом нагрев свариваемых поверхностей осуществляют горячим воздухом, подаваемым через две пары воздушных отверстий, расположенных на стороне сварочного киля, обращенной навстречу направлению вращения пустотелого профиля рядом с участками стенок профиля, на которых формируются сварные швы, а нос сварочного киля, расположенный между двумя парами воздушных отверстий, направляет потоки горячего воздуха в зону сварки, предотвращая нагрев средних участков поверхностей профиля, причем после разогрева свариваемых поверхностей на нагретые участки вдоль каждый кромки поверхности профиля двумя полосами экструдируют сварочную массу через две пары отверстий, расположенных в задней части сварочного киля по существу на одном уровне с двумя парами воздушных отверстий, а сжатие друг с другом участков пустотелого профиля с нанесенной сварочной массой осуществляют посредством по меньшей мере одного прижимного ролика, ось которого проходит радиально относительно сварочного барабана, при этом давление сварки поддерживают на заданном уровне путем регулирования трения между пустотелым профилем и сварочным барабаном.

Кроме того, две пары воздушных отверстий сварочного киля соединяют с отдельными, индивидуально регулируемыми системами подачи воздуха, снабженными собственными нагревательными элементами для регулирования температуры и расхода воздуха.

Количество сварочной массы регулируют посредством экструдера, а балансировку потоков сварочной массы между двумя парами отверстий для сварочной массы осуществляют посредством по меньшей мере одного регулировочного винта, установленного в сварочной головке.

Ширину полос сварочной массы камерами, выполненными вокруг каждого отверстия для сварочной массы в сварочном киле.

Трение между сварочным барабаном и пустотелым регулируют, охлаждая сварочный барабан.

Трение между сварочным барабаном и пустотелым профилем регулируют, изменяя диаметр сварочного барабана.

В сварочной головке для сварки термопластичных пустотелых профилей при изготовлении спирально-навитой трубы по существу прямоугольного сечения, содержащей вертикальный киль, выполненный с возможностью размещения его между двумя свариваемыми поверхностями профиля, при этом сварочная головка соединена с экструдером и выполнена с воздушными отверстиями для подачи горячего воздуха на свариваемые поверхности и с отверстиями для нанесения сварочной массы на формуемый сварной шов, согласно изобретению сварочный киль имеет три основные зоны, включающие верхнюю сварочную зону, на передней кромке которой расположена пара наклоненных вперед воздушных отверстий для подачи горячего воздуха на каждую из свариваемых поверхностей, а на задней кромке пара направленных в обе стороны отверстий для нанесения сварочной массы на поверхности профиля, разогретые потоками горячего воздуха, центральную экранирующую зону с направленными вперед носом киля и нижнюю сварочную зону, на которой расположена пара воздушных отверстий для подачи горячего воздуха и пара отверстий для сварочной массы для формирования внутреннего сварного шва.

Кроме того, головка имеет плугообразный скошенный передний участок, в котором расположены две пары воздушных отверстий для горячего воздуха нижней и верхней зон сварочного киля, причем вокруг каждого отверстия для сварочной массы выполнены камеры для задания ширины наносимых полос сварочной массы.

Две пары воздушных отверстий для горячего воздуха соединены с раздельными, индивидуально регулируемыми системами подачи воздуха, имеющими собственные нагревательные элементы для регулирования температуры и расхода воздуха.

Головка снабжена по меньшей мере одним регулировочным винтом для балансировки потоков сварочной массы между обеими парами отверстий для сварочной массы в сварочных зонах.

Предлагаемые способ и сварочная головка создают двойной сварной шов, при этом сварка осуществляется за одну операцию с единственным экструдером и легко повторяется.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема изготовления спирально-навитой трубы; на фиг. 2 увеличенное сечение А-А на фиг. 1 стенки трубы; на фиг. 3 - принципиальная схема сварочной головки по настоящему изобретению во время операции сварки с частичным сечением и поперечное сечение сварочной головки и носа киля.

При изготовлении спирально-навитых труб из термопластичного пустотелого профиля 1 в основном прямоугольного сечения пустотелый профиль 1 подают на вращающийся сварочный барабан 2. Сварочную головку 3 со сварочным килем 4 извне вставляют в зазор, образованный между пустотелым профилем 1, заходящим на сварочный барабан 2 и пустотелым профилем 1, намотанным на сварочный барабан при первом полном обороте.

Сварочная головка соединена с экструдером (не показан), который выполнен с возможностью подачи сварочной массы S в сварочную головку 3, а также с двумя источниками горячего воздуха (не показаны).

Сварочный киль 4 имеет длину, которая в основном соответствует толщине стенки готовой трубы, и три основных зоны. Ближе всего к сварочной головке 3 расположена верхняя сварочная зона 4а с парой прямых воздушных отверстий 5, наклоненных навстречу направлению вращения сварочного барабана 2, предназначенных для обдува горячим воздухом L₁ верхних участков обеих свариваемых друг с другом поверхностей профиля 1a и 1b и с парой отверстий 6 для сварочной массы на задней кромке сварочного киля 4, расположенных по существу на одном уровне с парой воздушных отверстий 5 и предназначенных для экструзии сварочной массы S₁ и нанесения ее на участки стенок профиля 1a, 1b, разогретые потоками горячего воздуха L₁. Эта сварочная масса S₁ предназначена для формирования внешнего сварочного шва F₁.

Нижний участок сварочного киля 4 имеет нижнюю сварочную зону, выполненную по существу так же, как и верхняя сварочная зона 4а, с парой воздушных отверстий 7 и парой отверстий B для сварочной массы и которая предназначена для формирования нижнего сварного шва F₂. Между этими двумя сварочными зонами 4a и 4b сварочный киль имеет центральную экранирующую зону 4c с направленным вперед носом 9, который предназначен для направления воздушных потоков L₁ и L₂, вытекающих из двух пар воздушных отверстий 5 и 7 для предотвращения перегрева центральных участков двух стенок профиля 1a и 1b, которые сваривают друг с другом, предотвращая прямой контакт потоков горячего воздуха L₁ и L₂ с этими участками. При сильном перегреве среднего участка пустотелых профилей профиль становится слишком мягким и нестабильным. Для тонкостенных профилей 1 нос 9 киля одновременно служит опорой для стенок профиля. Противоположные участки пустотелого профиля 1, покрытые сварочной массой S₁ и S₂, сжимают друг с другом прижимным роликом 10, ось которого проходит радиально относительно барабана 2. Давление сварки, создаваемое роликом 10, поддерживают на заданном уровне путем регулирования трения между пустотелым профилем 1 и сварочным барабаном 2.

Таким образом, согласно изобретению спирально-навитую трубу с двойным швом изготавливают за одну операцию.

Для достижения абсолютно правильной температуры в верхней и нижней сварочных зонах стенок 1a и 1b профиля две пары воздушных отверстий 5 и 7 соединены с раздельными, индивидуально регулируемыми системами подачи воздуха, оснащенными своими собственными нагревательными элементами. Поток горячего воздуха L₁ на верхнюю пару воздушных отверстий 5 поступает по первому каналу 11, а поток горячего воздуха L₂ на нижнюю пару воздушных отверстий 7 поступает по второму каналу 12. Такая конструкция обеспечивает возможность индивидуального регулирования температуры подогреваемых участков 1а и 1b стенок пустотелого профиля путем регулирования температуры и расхода горячего воздуха в каналах 11 и 12.

Температуру воздуха можно регулировать предпочтительно с помощью контроллеров температуры, установленных на входных патрубках каналов горячего воздуха, соединенных со сварочной головкой 3, а расход можно определять предпочтительно по показаниям расходомеров, которые могут быть установлены на выходных линиях систем подачи воздуха.

Количество сварочной массы S, подаваемой в сварочную головку 3, регулируют экструдером, тогда как распределение потока сварочной массы между верхней парой отверстий 6 для сварочной массы и нижней парой отверстий 8 для сварочной массы регулируют посредством регулировочного винта 13, установленного в сварочной головке 3. Регулировочный винт 13 может, например, дросселировать поток сварочной массы S₁ на верхнюю сварочную зону 4а около точки, где основной канал 14 для сварочной массы разделяется на два канала 15 и 16, один из которых (15) ведет к паре отверстий 6 для сварочной массы в верхней сварочной зоне 4а, а второй (16) к паре отверстий 8 для сварочной массы в нижней сварочной зоне 4b. Эти два канала 15 и 16 имеют такие отводы на соответствующие пары отверстий 6 и 8, чтобы получить насколько возможно идентичные потоки сварочной массы, наносимые на обе поверхности пустотелых профилей 1a и 1b. Альтернативно вместо установки дросселирующего клапана, только в более коротком канале для сварочной массы S₁, такие клапаны можно установить в обоих каналах для сварочной массы S₁ и S₂.

Ширина полос 17 и 18 сварочной массы, наносимых на разогретые участки стенок профиля 1a и 1b, в первую очередь, определяется шириной камер 19 и 20, выполненных вокруг соответствующих отверстий 6 и 8 для сварочной массы, но на ширину полос 17 и 18 сварочной массы влияет и количество наносимой сварочной массы.

Для поддерживания, насколько это возможно, оптимального направления исходящих потоков L₁ и L₂ горячего воздуха обе пары воздушные отверстий 5 и 7 предпочтительно расположены на плугообразном скошенном переднем участке 21 и 22 соответствующей сварочной зоны 4a и 4b соответственно. Такие пары воздушных отверстий 5 и 7 можно получить, например, за счет разделения выходных отверстий соответствующих воздушных каналов для сварочной массы S₁ и S₂ на пару выходных отверстий вертикальной перегородкой, внутренняя часть которой предпочтительно имеет такую форму, чтобы способствовать нужному направлению соответствующих потоков L₁ и L₂ горячего воздуха.

С носом 9 киля соединен сварочный киль 4, имеющий в основном равномерную толщину, которая рядом с передним концом носа несколько уменьшается, как схематически показано на сечении на фиг.3. Сварочная головка, как показано на той же фиг.3 имеет по существу круглое сечение.

На фиг. 2 показан левый зазор между пустотелыми профилями 1, в котором полосы 17 и 18 сварочной массы нанесены на разогретые участки верхней и нижней кромок поверхностей 1a и 1b пустотелого профиля, которые должны быть сварены друг с другом, а в правом зазоре окончательно сформированный двойной сварной шов, после того, как давление сварки было установлено на таком уровне, что сварочная масса S₁ и S₂ верхней 17 и нижней 18 полос сварочной массы соединяются. Верхний сварной шов F₁ предпочтительно защищается тефлоновым башмаком (не показан), который расположен на внешней поверхности сваренных профилей 1 сразу после их сжатия прижимными роликами.

При приложении давления сварки трение между пустотелым профилем 1 и сварочным барабаном 2 может регулироваться, например так, что сварочный барабан 2 охлаждался, в результате чего участки пустотелого профиля 1, лежащие на сварочном барабане, снижаются и создают повышенное трение.

Наряду с тем фактом, что давление сварки регулируется посредством изменения трения между пустотелым профилем 1 и сварочным барабаном 2, согласно изобретению по сравнению с предыдущими способами сварки используется более длинный сварочный барабан 2. Трение между сварочным барабаном 2 и пустотелым профилем 1 можно также регулировать чисто механически, используя сварочный барабан 2 с изменяющимся диаметром. На величину трения может также оказывать влияние изменение трения натяжения профиля 1, когда он наматывается на сварочный барабан 2.

Преимуществом предлагаемого способа сварки является то, что сварка выполняется за одну операцию с минимальным количеством оборудования и в полностью контролируемых условиях нанесения сварочной массы, регулирования давления сварки и разогрева свариваемых поверхностей профиля.