连续性纤维增强管对接方法

摘要

本发明公开了一种连续性纤维增强管对接方法，主要包括：a、管材端部热处理；b、管材端部翻边处理；c、热熔对接。其中步骤a通过对加热温度、加热时间、管材伸入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁的距离等因素的控制，将管材端部加热至半熔融状态，保证了连续性纤维增强带始终位于管材中间夹层的位置，从而保证了连续性纤维增强管的整体性能；步骤b中，通过对挤压力的控制，保证管材翻边在成型过程中不出现管材撑裂或者成型不到位的现象，管材翻边在翻边模具与夹持件端面的环形压板配合形成的成型腔中成型，保证了翻边成型质量；步骤c中，通过对加热温度、加热时间、被连接管材对接时施加外力的控制，保证了管材对接的质量。

权利要求

1.连续性纤维增强管对接方法，其特征在于包括以下步骤：

a、连续性纤维增强管管材端部热处理：切取管材，使其端面与轴线垂直；根据管材管径的不同，标记管材插入深度，同时将加热套筒加热至400℃；将管材的端部沿轴向水平插入加热套筒中，管材插入部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为5-20mm；根据管材管径的不同加热4-10min后，此时管材端部呈半熔融状态；

b、连续性纤维增强管管材端部翻边处理：使用翻边机对管材进行翻边处理，所述翻边机主要由液压传动装置(1)、翻边模具(2)、夹持件(3)、机座(4)组成；翻边模具(2)主体是圆盘状底板(21)，底板(21)中心设置有通孔(22)，底板(21)一侧上设置有管体(23)，管体(23)外径与管材的内径匹配，管体(23)外壁与底板(21)连接处设置扩口倒角(24)，底板(21)同一侧上设置有环形凸起(25)，凸起(25)与管体(23)同轴，管体(23)、凸起(25)与底板(21)之间形成环状凹槽，凸起(25)与底板(21)连接处有圆弧倒角(26)，凸起(25)顶部形成环形刀口；夹持件(3)主体为圆筒体结构，由两个半圆筒体连接组成，夹持件端面设置有环状压板(31)，夹持件(3)端面与内壁的过渡段设置有加强倒角(32)，环状压板(31)与凸起(25)顶部接触时，环状压板(31)与凹槽之间形成成型腔；

通过夹持件(3)将管材固定在机座上，翻边模具(2)通过通孔(22)与液压传动装置(1)的顶板(11)固定连接，管材与翻边模具(2)同轴，启动液压传动装置(1)，根据管材管径的不同向顶板(11)施加1200-2400N的力，顶板(11)受力挤压翻边模具(2)，翻边模具(2)沿轴向前移动挤压管材，管材端部逐渐扩口外翻，并进入翻边模具(2)的环形凹槽之中，当环状压板(31)与凸起(25)顶部接触时，关闭液压传动装置(1)，管材翻边在成型腔内成型；待管材翻边部分冷却固化之后，取下管材；

c、热熔对接：将加热板加热至210-240℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为30-50s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐，施加200-400N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，待翻边端面完全冷却固化后完成对接。

2.根据权利要求1所述的连续性纤维增强管对接方法，其特征在于：步骤a中，连续性纤维增强管管径为DN110mm，壁厚5.3mm，管材插入加热套筒的深度为78-82mm，管材插入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为9-11mm，管材端部在加热套筒中的加热时间为5-7min。

3.根据权利要求2所述的连续性纤维增强管对接方法，其特征在于：步骤b中，启动液压传动装置，向顶板(11)施加1500-1800N的力挤压翻边模具(2)。

4.根据权利要求2所述的连续性纤维增强管对接方法，其特征在于：步骤c中，将加热板加热至220-230℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为35-40s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐后施加250-300N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，冷却固化后完成对接。

说明书

连续性纤维增强管对接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续性纤维增强管对接方法，属于塑料管材的焊接技术领域。

背景技术

[0002] 连续性纤维增强管是一种内、外层以热塑性塑料为基体材料、中间层以连续性纤维复合材料为增强带的高压塑料复合管材，通常用作埋地供水管或者燃气管，其环刚度、强度等性能远优于普通塑料管材。

[0003] 现有塑料管材的连接方式主要有电熔管件套接、承插式胶圈连接、电熔带焊接、法兰对接、热熔对接等。采用电熔管件套接只适用于小口径管材连接，且电熔管件成本高昂；承插式胶圈连接成本较高，且管材连接处承压能力差，易出现泄露的情况；电熔带焊接是使用电熔带将被连接管材的端部包裹在一起，通电焊接，但焊接接口处强度和刚度较低，且焊接时难以操作；法兰对接需要将管材端部焊接上法兰盘后再进行对接，工艺程序复杂且成本较高。

[0004] 相比而言，热熔对接无需连接配件，工序简单、成本低廉，且熔接接头处的强度优于管材本身强度。普通塑料管材进行热熔对接时，通常采用热熔电焊机来加热管材端部，使其熔融后，迅速将两根被连接件端部贴合，保持有一定的压力，经冷却达到熔接的目的。由于连续性纤维增强管的特殊结构，其中间夹层连续性纤维增强带与基体材料热塑性塑料的物理性质(熔点等)不同，故连续性纤维增强管不能采用普通塑料管材热熔对接的方式进行对接；目前连续性纤维增强管的对接方式只能采用成本高昂的电熔管件套接或者工艺程序复杂的法兰对接。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对连续性纤维增强管的特殊结构，所提供一种成本低廉、工艺简单的连续性纤维增强管对接方法。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：连续性纤维增强管对接方法，包括以下步骤：

[0007] a、连续性纤维增强管管材端部热处理：切取管材，使其端面与轴线垂直；根据管材管径的不同，标记管材插入深度，同时将加热套筒加热至400℃；将管材的端部沿轴向水平插入加热套筒中，管材插入部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为5-20mm；根据管材管径的不同加热4-10min后，此时管材端部呈半熔融状态；

[0008] b、连续性纤维增强管管材端部翻边处理：使用翻边机对管材进行翻边处理，所述翻边机主要由液压传动装置、翻边模具、夹持件、机座组成；翻边模具主体是圆盘状底板，底板中心设置有通孔，底板一侧上设置有管体，管体外径与管材的内径匹配，管体外壁与底板连接处设置扩口倒角，底板同一侧上设置有环形凸起，凸起与管体同轴，管体、凸起与底板之间形成环状凹槽，凸起与底板连接处有圆弧倒角，凸起顶部形成环形刀口；夹持件主体为圆筒体结构，由两个半圆筒体连接组成，夹持件端面设置有翻边，夹持件端面与内壁的过渡段设置有加强倒角，环状压板与凸起顶部接触时，环状压板与凹槽之间形成成型腔；

[0009] 通过夹持件将管材固定在机座上，翻边模具通过通孔与液压传动装置的顶板固定连接，管材与翻边模具同轴，启动液压传动装置，根据管材管径的不同向顶板施加1200-2400N的力，顶板受力挤压翻边模具，翻边模具沿轴向前移动挤压管材，管材端部逐渐扩口外翻，并进入翻边模具的环形凹槽之中，当环状压板与凸起顶部接触时，关闭液压传动装置，管材翻边在成型腔内成型；待管材翻边部分冷却固化之后，取下管材；

[0010] c、热熔对接：将加热板加热至210-240℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为30-50s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐，施加200-400N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，待翻边端面完全冷却固化后完成对接。

[0011] 其中，步骤a中，连续性纤维增强管管径为DN110mm，壁厚5.3mm，管材插入加热套筒的深度为78-82mm，管材插入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为9-11mm，管材端部在加热套筒中的加热时间为5-7min。

[0012] 进一步的是，步骤b中，启动液压传动装置，向顶板施加1500-1800N的力挤压翻边模具。

[0013] 进一步的是，步骤c中，将加热板加热至220-230℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为35-40s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐后施加250-300N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，冷却固化后完成对接。

[0014] 本发明的有益效果是：针对连续性纤维增强管的特殊结构，提供一种成本低廉、工艺简单的连续性纤维增强管对接方法。本发明连续性纤维增强管对接方法主要包括：a、管材端部热处理；b、管材端部翻边处理；c、热熔对接；其中步骤a通过对加热温度、加热时间、管材伸入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁的距离等因素的控制，将管材端部加热至半熔融状态，这种半熔融状态与常规的熔融或半熔融状态不同，具体是比常规的熔融程度低，保证了连续性纤维增强带始终位于管材中间夹层的位置，从而保证了连续性纤维增强管的整体性能；步骤b中，通过对挤压力的控制，保证管材翻边在成型过程中不出现管材撑裂或者成型不到位的现象，管材翻边在翻边模具与夹持件端面的环形压板配合形成的成型腔中成型，保证了翻边成型质量；步骤c中，通过对加热温度、加热时间、被连接管材对接时施加外力的控制，保证了管材对接的质量。本发明具体方案(整体技术方案)的控制，实现了连续性纤维增强管的低成本对接，保证质量，5.3mm厚连续性纤维增强管对接后能承受5MPa以上的压强，适合在本领域内推广应用。

附图说明

[0015] 图1为本发明翻边机的结构示意图；

[0016] 图2为本发明翻边模具的轴向剖面示意图；

[0017] 图3为本发明夹持件的轴向剖面示意图；

[0018] 图4为本发明连续性纤维增强管完成翻边后的剖面示意图；

[0019] 图中标记为：液压传动装置1、翻边模具2、夹持件3、机座4、顶板11、底板21、通孔22、管体23、扩口倒角24、凸起25、圆弧倒角26、环状压板31、加强倒角32。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

[0021] 连续性纤维增强管对接方法，包括以下步骤：

[0022] a、连续性纤维增强管管材端部热处理：切取管材，使其端面与轴线垂直；根据管材管径的不同，标记管材插入深度，同时将加热套筒加热至400℃；将管材的端部沿轴向水平插入加热套筒中，管材插入部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为5-20mm；根据管材管径的不同加热4-10min后，此时管材端部呈半熔融状态；

[0023] b、如图1、图2、图3所示，连续性纤维增强管管材端部翻边处理：使用翻边机对管材进行翻边处理，所述翻边机主要由液压传动装置1、翻边模具2、夹持件3、机座4组成；翻边模具2主体是圆盘状底板21，底板21中心设置有通孔22，底板21一侧上设置有管体23，管体23外径与管材的内径匹配，管体23外壁与底板21连接处设置扩口倒角24，底板21同一侧上设置有环形凸起25，凸起25与管体23同轴，管体23、凸起25与底板21之间形成环状凹槽，凸起25与底板21连接处有圆弧倒角26，凸起25顶部形成环形刀口；夹持件3主体为圆筒体结构，由两个半圆筒体连接组成，夹持件端面设置有翻边31，夹持件3端面与内壁的过渡段设置有加强倒角32，环状压板31与凸起25顶部接触时，环状压板31与凹槽之间形成成型腔；

[0024] 通过夹持件3将管材固定在机座上，翻边模具2通过通孔22与液压传动装置1的顶板11固定连接，管材与翻边模具2同轴，启动液压传动装置1，根据管材管径的不同向顶板11施加1200-2400N的力，顶板11受力挤压翻边模具2，翻边模具2沿轴向前移动挤压管材，管材端部逐渐扩口外翻，并进入翻边模具2的环形凹槽之中，当环状压板31与凸起25顶部接触时，关闭液压传动装置1，管材翻边在成型腔内成型；待管材翻边部分冷却固化之后，取下管材；

[0025] c、热熔对接：将加热板加热至210-240℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为30-50s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐，施加200-400N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，待翻边端面完全冷却固化后完成对接。

[0026] 由于连续性纤维增强管的特殊结构，其中间夹层连续性纤维增强带与基体材料热塑性塑料的物理性质(熔点等)不同，若将管材端部加热至完全熔融状态，待翻边成型后，无法保证连续性纤维增强带仍处于管壁中间层的位置，这将造成管材端部的性能极不稳定，从而影响到管材整体的使用性能及管材焊接接口处的强度、刚度等性能，故连续性纤维增强管不能采用将管材端部完全熔融的对接方式。

[0027] 步骤a中，由于不同管径的管材其壁厚也不相同，为避免翻边过程中发生折断，故不同管径的管材翻边长度也不同，因此要对需要加热的管材端部长度进行标记；通过步骤a中对加热温度、加热时间、管材伸入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁的距离等因素的控制，使管材端部呈半熔融状态，此时连续性纤维增强带仍处于管壁中间夹层的位置，为步骤b中的翻边处理做好准备。

[0028] 步骤b中，管体23外径与管材的内径匹配，在挤压过程中管体23插入管材内；夹持件3端面与内壁的过渡段设置有加强倒角32，起到防止翻边根部在翻边过程中发生折断的作用，同时在翻边与管材外壁过渡段形成圆锥面加强筋；夹持件3端面上的环状压板31与凸起25顶部接触时，环状压板31起到公模的作用，凹槽起到母模的作用，环状压板31与凹槽配合形成翻边的成型腔，凸起25的顶部形成环形刀口，便于切掉余料；步骤b通过对液压传动装置1挤压力的控制，保证管材翻边在成型过程中不出现管材撑裂或者成型不到位的现象，保证了翻边成型质量，为步骤c的热熔对接做好准备；

[0029] 步骤c中，通过对加热温度、加热时间、被连接管材对接时施加外力的控制，保证了管材对接的质量。

[0030] 通过步骤a、b、c的实施，针对连续性纤维增强管的特殊结构，提供了一种成本低廉、工艺简单的连续性纤维增强管对接方法。

[0031] 优选的，步骤a中，连续性纤维增强管管径为DN110mm，壁厚5.3mm，管材插入加热套筒的深度为78-82mm，管材插入加热套筒部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为9-11mm，管材端部在加热套筒中的加热时间为5-7min。

[0032] 进一步优选的是，步骤b中，启动液压传动装置，向顶板11施加1500-1800N的力挤压翻边模具2。

[0033] 优选的，步骤c中，将加热板加热至220-230℃后，贴合在被连接管材翻边的端面进行加热，加热时间为35-40s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐后施加250-300N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，冷却固化后完成对接。

[0034] 实施例

[0035] 选取DN110mm、壁厚5.3mm的连续性纤维增强管，切取一根10m的管材，使其端面与轴线垂直；在距离管材端面80mm的管材外壁作标记，同时将加热套筒加热至400℃，然后将管材的端部沿轴向水平插入加热套筒中至标记处，管材插入部分的圆周外壁与加热套筒内壁之间的距离为10mm，加热6min后，将管材从加热套筒中取出，通过夹持件3将管材固定在机座上，启动液压传动装置1，向顶板11施加1600N的力，直至环状压板31与凸起25顶部接触后关闭液压传动装置1，待管材翻边部分冷却固化之后，取下管材；用相同的步骤对另一根DN110mm、壁厚5.3mm的连续性纤维增强管进行翻边处理后，将加热板加热至220℃，同时贴合在两根被连接管材翻边的端面，加热时间为38s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐，施加280N的外力将两根被连接管材翻边端面熔合在一起，待翻边端面完全冷却固化后完成对接。

[0036] 如图4所示，连续性纤维增强管完成翻边后，连续性纤维增强带位于管材各部分管壁的中间夹层位置。经测定，两根连续性纤维增强管的对接接口处承受5MPa压强不裂口漏水。

[0037] 对比例

[0038] 选取DN110mm、壁厚5.3mm的连续性纤维增强管，切取两根10m的管材，使其端面与轴线垂直；将加热板加热至220℃后，同时贴合在两根被连接管材端面，加热时间为38s，取下加热板，将两根被连接管材的轴线对齐，施加280N的外力将两根被连接管材端面熔合在一起，待对接端面完全冷却固化后完成对接。经测定，两根连续性纤维增强管的对接接口处承受2.8MPa压力时即裂口漏水，主要原因是接口处融合的面积小，并且纤维褶皱浪费了较大的融合面积。