一種新型馬鞍形管件及其電熔焊接時(shí)的連接固定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及塑料管道焊接技術(shù)，旨在提供一種新型馬鞍形管件及其電熔焊接時(shí)的連接固定方法。該種新型馬鞍形管件的主體是馬鞍形的圓弧主體，支管設(shè)置在圓弧主體上，在圓弧主體上的支管兩側(cè)，各設(shè)有至少一個(gè)凸臺(tái)；所述凸臺(tái)的一側(cè)設(shè)有至少一個(gè)螺釘孔，凸臺(tái)的另一側(cè)上設(shè)有咬合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過改進(jìn)馬鞍形管件結(jié)構(gòu)，省去了原馬鞍形管件的下半部分，改用一組柔性扎帶進(jìn)行預(yù)緊，充分保證了馬鞍形管件在焊接過程中熔融區(qū)壓力的穩(wěn)定維持，解決了現(xiàn)有焊接條件下熔融區(qū)壓力不足導(dǎo)致的焊接質(zhì)量問題，降低了馬鞍形管件焊接產(chǎn)品的報(bào)廢率，節(jié)約了生產(chǎn)制造成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
—種新型馬鞍形管件及其電熔焊接時(shí)的連接固定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于塑料管道焊接技術(shù)，特別涉及一種新型馬鞍形管件及其電熔焊接時(shí)的連接固定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]馬鞍形管件一般有兩類:鞍形分支管件；鞍形三通管件。馬鞍形管件是實(shí)現(xiàn)主管線分支的主要管件，它的使用讓輸送管網(wǎng)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布的多樣性。在需要分支或?qū)崿F(xiàn)三通的管路處，安裝與管路規(guī)格對(duì)應(yīng)的馬鞍形管件，采用一定的焊接方式使得馬鞍形管件與管路實(shí)現(xiàn)永久連接，并且保證連接處的強(qiáng)度以及密封性。馬鞍形管件與主管路的主要焊接方式有熱熔連接和電熔連接。
[0003]對(duì)于馬鞍形管件的電熔連接，工程中常見的問題是管件與管道的連接處強(qiáng)度不足，出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象，導(dǎo)致剝離能降低，有時(shí)甚至是焊接后進(jìn)行的試壓也達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這就使得產(chǎn)品的報(bào)廢率升高，造成了經(jīng)濟(jì)損失，不僅增加了產(chǎn)品的成本，而且給管道系統(tǒng)帶來巨大的安全隱患。出現(xiàn)這一問題的主要原因是馬鞍形管件與主管道焊接過程中壓力不足導(dǎo)致的:由于加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等原因，馬鞍形管件內(nèi)表面與相應(yīng)管道的外表面并不完全貼合匹配；同時(shí)焊接過程中熔體會(huì)膨脹，且溫度升高會(huì)使聚乙烯模量減小，致使焊接區(qū)域更容易發(fā)生變形。
[0004]目前我們已采取的措施包括:利用精度更高的數(shù)控銑削加工中心對(duì)馬鞍形管件的內(nèi)表面進(jìn)行處理，讓其達(dá)到完整的圓形；采用更為復(fù)雜的電阻絲布線工藝，改變?nèi)廴趨^(qū)各處的融化狀態(tài)。但實(shí)際應(yīng)用表明，這兩種措施的效果也并不理想。究其原因主要是對(duì)焊接過程中材料熱膨脹會(huì)產(chǎn)生多大的壓力以及聚乙烯受熱軟化后能否維持焊接區(qū)壓力這一復(fù)雜的材料熱-結(jié)構(gòu)耦合問題理解不足。在技術(shù)層面上，該問題的關(guān)鍵在于在焊接過程中在熔焊區(qū)維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的熔融壓力，所以不管是提高內(nèi)表面的圓度或是改變布線工藝，僅改善了焊接的初始條件與焊接工藝過程，但并沒有真正解決焊接壓力不足的問題。針對(duì)該問題，工程中采用了加大馬鞍形管件的螺栓預(yù)緊力等措施，但即使管件兩側(cè)已被螺栓完全約束，由于其約束的位置并非為最佳，熔融區(qū)的壓力也不能得到很好地維持。因此，在盡可能經(jīng)濟(jì)的條件下，考慮從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上解決馬鞍形管件焊接壓力不足的問題，應(yīng)用前景看好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠提高馬鞍形管件的焊接質(zhì)量和改變馬鞍形管件焊接產(chǎn)品報(bào)廢率高這一現(xiàn)狀的馬鞍形管件，以及電熔焊接時(shí)的連接固定方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種新型馬鞍形管件，包括支管，所述新型馬鞍形管件的主體是馬鞍形的圓弧主體，支管設(shè)置在圓弧主體上，在圓弧主體上的支管兩側(cè)，各設(shè)有至少一個(gè)凸臺(tái)；所述凸臺(tái)的一側(cè)設(shè)有至少一個(gè)螺釘孔，用于利用螺釘緊固柔性扎帶的一端，凸臺(tái)的另一側(cè)上設(shè)有咬合結(jié)構(gòu)，用于鎖緊柔性扎帶的另一端。
[0007]在本發(fā)明中，所述咬合結(jié)構(gòu)采用通槽實(shí)現(xiàn)，通槽的內(nèi)部設(shè)有嚙合齒，用于柔性扎帶的鎖緊。
[0008]在本發(fā)明中，所述咬合結(jié)構(gòu)的通槽入口和通槽出口分別設(shè)在凸臺(tái)的側(cè)面和頂面。
[0009]在本發(fā)明中，所述凸臺(tái)設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)置在圓弧主體上的支管兩側(cè)，且每個(gè)凸臺(tái)上的螺釘孔設(shè)有兩個(gè)。
[0010]在本發(fā)明中，所述凸臺(tái)在主管道軸線方向上的長度，為能包圍新型馬鞍形管件焊接區(qū)域俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?I倍。
[0011]在本發(fā)明中，所述凸臺(tái)的寬度和高度，分別為凸臺(tái)在主管道軸線方向長度的
0.5?I倍。
[0012]在本發(fā)明中，所述新型馬鞍形管件還包括柔性扎帶，且柔性扎帶的寬度與通槽相匹配。
[0013]在本發(fā)明中，所述柔性扎帶的長度為新型馬鞍形管件外壁圓弧所在圓周長的
1.1 ?1.5 倍。
[0014]在本發(fā)明中，所述柔性扎帶采用耐腐蝕性材質(zhì)的扎帶，包括尼龍材質(zhì)和不銹鋼材質(zhì)的扎帶。
[0015]提供基于所述的一種新型馬鞍形管件進(jìn)行電熔焊接時(shí)的連接固定方法，用于保證新型馬鞍形管件焊接熔融區(qū)的壓力穩(wěn)定，具體包括下述步驟:
[0016](I)電熔焊接前，將新型馬鞍形管件放置在主管道上；
[0017](2)取至少兩條柔性扎帶，分別利用螺釘和凸臺(tái)上的螺釘孔，將柔性扎帶的一端固定在新型馬鞍形管件的凸臺(tái)上；再將柔性扎帶的另一端繞過新型馬鞍形管件以及主管道，穿過凸臺(tái)上的咬合結(jié)構(gòu)，進(jìn)行拉緊，拉至柔性扎帶產(chǎn)生的預(yù)緊力能使新型馬鞍形管件與主管道貼合緊密；
[0018](3)利用電熔焊機(jī)對(duì)馬鞍形管件進(jìn)行焊接操作，焊接結(jié)束并冷卻完成后，即完成整個(gè)過程。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]通過改進(jìn)馬鞍形管件結(jié)構(gòu)，省去了原馬鞍形管件的下半部分，改用一組柔性扎帶進(jìn)行預(yù)緊，充分保證了馬鞍形管件在焊接過程中熔融區(qū)壓力的穩(wěn)定維持，解決了現(xiàn)有焊接條件下熔融區(qū)壓力不足導(dǎo)致的焊接質(zhì)量問題，降低了馬鞍形管件焊接產(chǎn)品的報(bào)廢率，節(jié)約了生產(chǎn)制造成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為DNl 10-SDR11馬鞍形管件1/4幾何模型示意圖。
[0022]圖2為DN110-SDR11馬鞍形管件1/4幾何模型焊接壓力下的徑向位移等值線圖。
[0023]圖3為DNl 10-SDR11馬鞍形管件電熔焊接裝配圖。
[0024]圖4為本發(fā)明中的新型馬鞍形管件示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明中的凸臺(tái)示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明中的凸臺(tái)不同視角示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明中的新型馬鞍形管件電熔焊接裝配于主管道上的效果圖。
[0028]圖8為本發(fā)明中的新型馬鞍形管件電熔焊接裝配于主管道上的不同視角效果圖。
[0029]圖9為本發(fā)明中的新型馬鞍形管件1/4幾何模型示意圖。
[0030]圖10為本發(fā)明中的新型馬鞍形管件1/4幾何模型焊接壓力下的徑向位移等值線圖。
[0031]圖中的附圖標(biāo)記為:1馬鞍形管件；2焊接區(qū)；3最大徑向位移處；4最小徑向位移處；5連接螺栓；6新型馬鞍形管件；7過渡段；8凸臺(tái)；9通槽入口 ；10通槽出口 ；11螺釘孔；12主管道；13螺釘；14柔性扎帶。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0033]如圖4所示的一種新型馬鞍形管件6，主體是馬鞍形的圓弧主體，支管設(shè)置在圓弧主體上，在圓弧主體上的支管兩側(cè)，各設(shè)有兩個(gè)凸臺(tái)8。
[0034]如圖5、圖6所示，凸臺(tái)8的一側(cè)設(shè)有兩個(gè)螺釘孔11，用于利用螺釘13緊固柔性扎帶14的一端；凸臺(tái)8的另一側(cè)上設(shè)有咬合結(jié)構(gòu)，咬合結(jié)構(gòu)采用通槽實(shí)現(xiàn)，通槽入口 9和通槽出口 10分別設(shè)在凸臺(tái)8的另一側(cè)面和頂面，且通槽的內(nèi)部設(shè)有嚙合齒，用于鎖緊柔性扎帶14的另一端。凸臺(tái)8在主管道12軸線方向上的長度，為能包圍新型馬鞍形管件6焊接區(qū)2俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?I倍；凸臺(tái)8的寬度和高度，分別為凸臺(tái)8在主管道12軸線方向長度的0.5?I倍。
[0035]柔性扎帶14采用耐腐蝕性材質(zhì)的扎帶，包括尼龍和不銹鋼等材質(zhì)的扎帶。柔性扎帶14的寬度與通槽相匹配；柔性扎帶14的長度為新型馬鞍形管件6外壁圓弧所在圓周長的1.1?1.5倍；柔性扎帶14的最小厚度應(yīng)能保證所需預(yù)緊力作用時(shí)扎帶滿足強(qiáng)度要求。
[0036]本專利的新型馬鞍形管件6與圖1至圖3所示的原馬鞍形管件I相比，省去了下半部分，只保留了上半部分；并且對(duì)上半部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的改進(jìn)，包括在原馬鞍形管件I支管兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)凸臺(tái)8，還去掉了原馬鞍形管件I用于螺栓緊固的凸緣結(jié)構(gòu)，改為了方便與主管道12貼合的過渡段7。
[0037]如圖7、圖8所示，基于上述新型馬鞍形管件6進(jìn)行電熔焊接時(shí)的連接固定方法，用于保證新型馬鞍形管件6焊接熔融區(qū)的壓力穩(wěn)定，具體包括下述步驟:
[0038](I)電熔焊接前，將新型馬鞍形管件6放置在主管道12上；
[0039](2)取至少兩條柔性扎帶14，分別利用螺釘13和凸臺(tái)8上的螺釘孔11，將柔性扎帶14的一端固定在新型馬鞍形管件6的凸臺(tái)8上；再將柔性扎帶14的另一端繞過新型馬鞍形管件6以及主管道12，穿過凸臺(tái)8上的咬合結(jié)構(gòu)，進(jìn)行拉緊，拉至柔性扎帶14產(chǎn)生的預(yù)緊力能使新型馬鞍形管件6與主管道12貼合緊密；
[0040](3)利用電熔焊機(jī)對(duì)馬鞍形管件進(jìn)行焊接操作，焊接結(jié)束并冷卻完成后，即完成整個(gè)過程。
[0041]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。以某公司型號(hào)為DN110-SDR11馬鞍形管件為例，分析采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案后的效果。
[0042]采用通用有限元軟件對(duì)上述馬鞍形管件I在進(jìn)行電熔焊接時(shí)的受力進(jìn)行分析，在焊接熔融區(qū)施加焊接時(shí)產(chǎn)生的壓力。圖2即為該條件下馬鞍形管件I的徑向位移等值線圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的螺栓緊固的條件下，整個(gè)結(jié)構(gòu)的徑向位移以焊接區(qū)2為中心向周圍區(qū)域減小，因此焊接區(qū)2有分離的趨勢，這會(huì)導(dǎo)致熔融區(qū)壓力難以穩(wěn)定維持，致使焊接質(zhì)量不能得到保證，表明此時(shí)螺栓緊固并不能很好地約束馬鞍形管件I。圖3所示為上述馬鞍形管件I電熔焊接裝配圖(未畫出主管道12)。
[0043]為了能夠較好地限制馬鞍形管件I的徑向位移，給其焊接時(shí)熔融區(qū)提供一個(gè)穩(wěn)定的壓力環(huán)境，根據(jù)本發(fā)明提出的技術(shù)方案，采用以下【具體實(shí)施方式】:
[0044]圖4所示為改進(jìn)后的新型馬鞍形管件6。進(jìn)行電熔焊接前，將新型馬鞍形管件6安放于主管道12上；取兩條尼龍材質(zhì)的柔性扎帶14，通過螺釘13固定在分布于新型馬鞍形管件6的支管兩側(cè)的凸臺(tái)8上，如圖5所示；后將柔性扎帶14主體繞過新型馬鞍形管件6以及主管道12，穿過凸臺(tái)8上的通槽入口 9和通槽出口 10，進(jìn)行拉緊，拉至柔性扎帶14產(chǎn)生的預(yù)緊力能使新型馬鞍形管件6與主管道12貼合緊密，最終效果如圖7所示；利用電熔焊機(jī)對(duì)新型馬鞍形管件6進(jìn)行焊接操作，待冷卻后，即完成整個(gè)過程。
[0045]再次采用通用有限元軟件對(duì)本發(fā)明提出的新型馬鞍形管件6焊接結(jié)構(gòu)在進(jìn)行電熔焊接時(shí)的受力進(jìn)行分析，同樣在焊接熔融區(qū)施加焊接時(shí)產(chǎn)生的壓力。圖10所示為該條件下新型馬鞍形管件6的徑向位移等值線圖，圖9所示為相應(yīng)的新型馬鞍形管件6的1/4幾何模型圖。對(duì)比兩次的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)后者約束條件下焊接區(qū)2徑向位移的最大值大幅減小(為原結(jié)構(gòu)的1/10)。由于柔性扎帶14的夾持作用，該區(qū)域的徑向位移值很小且變化不大，其平均值在熔融膨脹范圍內(nèi)，表明新的焊接結(jié)構(gòu)能夠使得馬鞍形管件與主管道12貼合更加緊密，可以更好地維持焊接熔融區(qū)的壓力，利于焊接質(zhì)量的提高。因此，新電熔焊接結(jié)構(gòu)不僅降低了焊接產(chǎn)品的報(bào)廢率，還節(jié)省了原下半部分材料的生產(chǎn)制造成本，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[0046]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型馬鞍形管件，包括支管，其特征在于，所述新型馬鞍形管件的主體是馬鞍形的圓弧主體，支管設(shè)置在圓弧主體上，在圓弧主體上的支管兩側(cè)，各設(shè)有至少一個(gè)凸臺(tái)；所述凸臺(tái)的一側(cè)設(shè)有至少一個(gè)螺釘孔，用于利用螺釘緊固柔性扎帶的一端，凸臺(tái)的另一側(cè)上設(shè)有咬合結(jié)構(gòu)，用于鎖緊柔性扎帶的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述咬合結(jié)構(gòu)采用通槽實(shí)現(xiàn)，通槽的內(nèi)部設(shè)有嚙合齒，用于柔性扎帶的鎖緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述咬合結(jié)構(gòu)的通槽入口和通槽出口分別設(shè)在凸臺(tái)的側(cè)面和頂面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述凸臺(tái)設(shè)有兩個(gè)，分別設(shè)置在圓弧主體上的支管兩側(cè)，且每個(gè)凸臺(tái)上的螺釘孔設(shè)有兩個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述凸臺(tái)在主管道軸線方向上的長度，為能包圍新型馬鞍形管件焊接區(qū)域俯視圖所圍面積的最小圓直徑的0.5?I倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述凸臺(tái)的寬度和高度，分別為凸臺(tái)在主管道軸線方向長度的0.5?I倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述新型馬鞍形管件還包括柔性扎帶，且柔性扎帶的寬度與通槽相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述柔性扎帶的長度為新型馬鞍形管件外壁圓弧所在圓周長的1.1?1.5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種新型馬鞍形管件，其特征在于，所述柔性扎帶采用耐腐蝕性材質(zhì)的扎帶，包括尼龍材質(zhì)和不銹鋼材質(zhì)的扎帶。
10.基于權(quán)利要求1所述的一種新型馬鞍形管件進(jìn)行電熔焊接時(shí)的連接固定方法，用于保證新型馬鞍形管件焊接熔融區(qū)的壓力穩(wěn)定，其特征在于，具體包括下述步驟: (1)電熔焊接前，將新型馬鞍形管件放置在主管道上； (2)取至少兩條柔性扎帶，分別利用螺釘和凸臺(tái)上的螺釘孔，將柔性扎帶的一端固定在新型馬鞍形管件的凸臺(tái)上；再將柔性扎帶的另一端繞過新型馬鞍形管件以及主管道，穿過凸臺(tái)上的咬合結(jié)構(gòu)，進(jìn)行拉緊，拉至柔性扎帶產(chǎn)生的預(yù)緊力能使新型馬鞍形管件與主管道貼合緊密； (3)利用電熔焊機(jī)對(duì)馬鞍形管件進(jìn)行焊接操作，焊接結(jié)束并冷卻完成后，即完成整個(gè)過程。
【文檔編號(hào)】B23K37/00GK104191115SQ201410398834
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】鄭津洋, 羅翔鵬, 施建峰, 周凱迪, 岑佳勇 申請人:浙江大學(xué), 寧波澳普管業(yè)科技有限公司