CN113513648B - 大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管材加工领域，提出了大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构及其实现方法，包括：管体、法兰环状结构件，所述管体与法兰环状结构件承插装配，不同法兰环状结构件之间为热熔连接结构；所述法兰环状结构件外圆柱面设置有不同外径尺寸及过渡连接区，所述法兰环结构件内圆面埋敷有导电铜丝，且靠近承口端设置有两个铜接线端子，法兰环内圆面另一侧设置限位挡圈。本发明提出了一种针对大口径钢丝网骨架塑料复合管道的区别于现有技术的连接结构及其加工用设备、方法；连接结构不仅可实现连接头的本质安全问题，又可提升施工效率的一种热熔对焊连接方式。

Description

大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构及其实现方法

技术领域

本发明属于管材加工领域，具体涉及一种在塑料材质的压力管道上新型连接方式及实现方法，具体是在dn630及以上大口径钢丝网骨架塑料复合管道这类产品中，实现具有与实壁管道(聚乙烯、聚丙烯等)近似一致的热熔对焊连接。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

钢丝网骨架塑料复合管道具有五层复合结构，由外到内分别为外塑料层、热熔胶层、缠绕钢丝网增强层、热熔胶层、内塑料层，故其具有强度高、重量轻、造价低、免防腐等优势，在市政长距离供水工程、山区高压供排水、工业园区消防、矿用给排水等领域广泛应用；

现行业中，钢丝网骨架塑料复合管材连接方式主要有电熔管件连接、机械扣压双密封连接、扣压卡箍连接、翻边法兰连接等；但在dn630及以上大口径钢丝网骨架塑料复合管材中，目前仅存在电熔管件连接，其它诸如机械扣压双密封、扣压卡箍、翻边法兰等连接，因钢丝管不圆度大、环刚度低等原因，在整个行业内部一直未能有突破应用，连接方式单一且应用受限；其次，大口径钢丝网骨架塑料复合管道生产下线后，端部复合层依靠封口环配件热熔塑封，以保证阻隔输送介质，实现对钢丝层防腐的要求；但此种封口方式在批量生产、实际安装应用过程中经常出现管道因内部压强而形变，造成复合层钢丝轴向窜动，进而将管材本体端部的封口环配件顶开裂的现象，造成端部封口失效，复合层渗水、管道泄漏等质量问题；同时因管材环刚度低、不圆度大等问题，管材与管件之间配合间隙无法保证，焊接强度及管道运行的安全性受操作人员技能限制，对操作人员技能要求较高；以至于在一些较高运行压力、安全要求较高的场合，因连接方法的劣势造成此种塑料管道在大口径推广应用中受限。

因此，长期以来，在大口径钢丝网骨架塑料复合管道中缺少一种既能保障连接安全可靠，又能实现快速施工的连接方式。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出了一种针对大口径钢丝网骨架塑料复合管道的区别于现有技术的连接结构及其加工用设备、方法；连接结构不仅可实现连接头的本质安全问题，又可提升施工效率的一种热熔对焊连接方式；

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构，包括：管体、法兰环状结构件，所述管体与法兰环状结构件承插装配，不同法兰环状结构件之间为热熔连接结构；所述法兰环状结构件外圆柱面设置有不同外径尺寸及过渡连接区，所述法兰环结构件内圆面埋敷有导电铜丝，且靠近承口端设置有两个铜接线端子，法兰环内圆面另一侧设置限位挡圈。

本发明的第二个方面，提供了一种大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的实现方法，包括：

管体与法兰环状结构件承插装配：将管材装夹、定位、管端加热，待管材本体端部预热完成后，将管材承插至法兰环状结构件内部，形成对管体端部复合层的密封；并维持液压泵压力，保压冷却一定时间；

管体之间不同法兰环状结构件的热熔连接：使法兰环状结构件上对管材起密封作用的塑料逐渐转化为熔融翻边溢料，达到规定吸热时间及熔融翻边高度后，将加热装置撤离并迅速对待连接的两根管材热熔对焊在一起，实现管材本体与本体之间、法兰环状结构件与结构件之间同时焊接。

本发明的第三个方面，提供了一种大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，所述加工设备包括：机架、夹紧定位装置、加热装置、动力源装置、控制装置；所述机架设设置有至少两根滑轨，所述滑轨上可滑动地设置有夹紧定位装置，所述夹紧定位装置与动力源装置、控制装置依次相连，所述机架上还设置有加热装置。

本发明的有益效果在于：

与行业现有连接方式相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本连接方式热熔焊接的过程，是将管材本体与本体之间、法兰环结构件与结构件之间同时焊接为一体，改变了现行业中普遍使用外加封口环对复合层密封的方式；同种材质、本体焊接强度更高、可靠性更好，能彻底解决大口径钢丝复合管这类产品现有行业通病，即：封口失效后，造成复合层渗水，造成管道泄露及安全运行问题；

(2)此连接结构使大口径钢丝管具备了施工现场过程热熔对焊连接的条件，在钢丝复合管上，相对目前市场中采用的电熔连接，具有安装效率更快、操作简便易控制等优势；

(3)法兰环结构件特殊设计，即：在连接件承压区整体厚度较大、非承压区采用较薄厚度，原材料耗用减少，成本降低；

(4)本申请的结构简单、实用性强，易于规模化生产。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明法兰环状结构件示意图；

图2为本发明法兰环状结构件与钢丝网骨架塑料复合管装配图；

图3为本发明钢丝网骨架塑料复合管焊接后结构图；

图4行业现行钢丝网骨架塑料复合管连接结构图；

图5为本发明钢丝网骨架塑料复合管内整圆夹具结构；

图6为本发明设备夹紧定位装置结构图；

图7为本发明设备整体结构右视图；

图8为本发明设备整体结构俯视图；

其中，1、导电铜丝2、限位挡圈3、法兰环状结构件4、钢丝网骨架塑料复合管材5、热熔翻边6、封口环7、电熔套筒8、内整圆夹具9、花篮螺栓10、设备机架11、夹紧装置12、加热装置13、防护轴套14、动力油缸15、圆柱滑轨16、卡紧环17、定位阶台18、预紧螺栓孔19、夹具主体20、夹紧螺柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

大口径钢丝网骨架塑料复合管的热熔连接结构，是将提前预制加工完毕的法兰环状结构件，通过专用加工设备在公司内部将管材本体与结构件装夹、定位、管端加热等操作，最终实现钢丝管端部承插进入法兰环结构件内圆面并同时达到对钢丝管端部复合层热熔密封防护效果，即组成上述连接结构；现场安装时仅需对已经焊接法兰环状结构件的钢丝管端面清洁、铣削，经加热装置的加热作用、吸热、压力维持一定时间后，原法兰环状结构件上对钢丝复合层起密封作用的塑料逐渐转化为熔融翻边溢料，此时加热装置会持续将热量传递并作用到钢丝复合管的端部，达到规定吸热时间及熔融翻边高度后，将加热装置撤离并迅速对待连接的两根管材热熔对焊在一起，这样即实现管材本体与本体之间、法兰环状结构件与结构件之间同时被焊接的效果；此种连接方式，关键设计是在管道安装前法兰环状结构件具备对管端复合层基本密封防腐功能，安装后可实现管材本体与本体、法兰环状结构件与结构件之间同时被焊接、同步承受轴向拉力、同步承受径向力的效果；具体见示例图。

所述专用加工设备，是一种根据工序需求由机架、夹紧定位装置、加热装置、动力源装置、控制装置等组成的简易工装机具，具备对钢丝网骨架塑料复合管管端加热、管体与法兰环结构件装夹、定位、装配等功能；

进一步地，机架是设备的基础，由方管、角钢等钢型材焊接加工而成，起到支撑夹紧定位装置、加热装置、动力源装置的作用；机架为相对规则的长方矩形结构，沿机架长度方向设置有两根圆柱滑轨，在动力源作用下，夹紧定位装置可沿圆柱滑轨伸缩移动，进而带动管材本体或法兰环结构件移动；

进一步地，夹紧定位装置沿设备的圆柱滑轨方向分布，共设置有三组，每一组均由上下两片组合而成，具有一定宽度的半圆弧结构；夹具内圆面具有与管材外圆面、法兰环结构件外圆面相一致的圆弧曲率，通过螺柱将上下两片夹具预紧，实现管材本体与法兰环状结构件夹紧牢靠、同轴度一致，便利管材顺利承插进入法兰环结构件的内圆面；夹紧装置的相邻两组之间安装有液压油缸，当管材或法兰环结构件装夹后，可带动其中之一实现往复伸缩移动；当装夹不同型号的管材时，可通过叠加不同规格的圆弧状夹具实现，各夹具之间通过螺栓固定；实现多种型号管材在同一设备集约生产。

进一步地，加热装置固定在设备机架的圆柱滑轨上，加热装置与圆柱滑轨之间为铜质轴套过渡配合，以保证对圆柱滑轨的相对防护、避免长期磨损；位置相对固定

所述管端设置的法兰环状结构件，法兰环状结构件的外圆柱面根据所承受的径向力、轴向力、成本优化等考虑，设置有不同外径尺寸及过渡连接区；内圆面尺寸略大于管材平均外圆面尺寸1-2mm，以保证钢丝复合管材可顺利承插进入法兰环结构件的内圆面；法兰环结构件内圆面埋敷有特定螺距的导电铜丝，且靠近承口端设置有两个铜接线端子，其可与铜丝紧固连接在一起；法兰环内圆面另一侧设置限位挡圈，挡圈厚度不大于10mm，主要有两个目的：一是通过对钢丝管端面加热，限位挡圈与钢丝管端部粘接在一起，对钢丝复合层形起密封防腐作用，防止钢丝锈蚀；二是保证连续生产过程中管材每次承插进入的位置相对一致；

所述管材本体与法兰环状结构件的加工包括以下工序

Ⅰ管材外圆面清洁工序：将钢丝复合管材本体放置于专用设备并由夹具装夹牢靠，管端伸出夹具端面200mm-300mm，并将此部分的外圆面使用旋转刮刀将氧化层及污物清洁；

Ⅱ管材尺寸整圆工序：将钢制内整圆夹具放置进入管材内壁，通过花篮螺栓螺纹副的作用将夹具外扩，逐渐将管材端部外圆尺寸整圆；

Ⅲ管材端部加热工序：使用加热板对钢丝复合管端部加热，同时液压泵始终保持对夹紧定位装置的作用力，满足管端部始终与加热板紧密贴合、吸收来自加热板的热量；

Ⅳ管材本体与法兰环状结构件承插装配：待管材本体端部加热至一定时间后，快速将加热板与管材端部分离，并将管材本体借助液压缸推力作用快速承插至法兰环状结构件内部，形成对管体端部复合层的密封；并维持液压泵压力，保压冷却一定时间；

Ⅴ管端焊环清理：使用旋风铣刀将内壁翻边溢料去除，保持美观；

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

为解决大口径钢丝网骨架塑料复合管在应用中出现的封口失效、安全隐患等问题，实现此类管材连接方式的多样性及解决批量生产过程中可靠性，故本发明专利提供了一种新型连接结构及其加工用设备；

上述新型连接结构即为大口径钢丝网骨架塑料复合管的热熔对焊连接，此连接结构关键部件为图1所示的法兰环状结构件；法兰环状结构件通过注塑设备生产获得毛坯件，经自然失效处理，车削加工为图1所示结构，结构件内壁埋敷有导电铜丝1，并加工有限位挡圈2，限位挡圈的整体厚度不大于10mm，以保证在现场安装铣削、加热、吸热等工序完成后，此部分厚度呈熔融状态形成凸起翻边5，从而保证加热装置12的热量能顺利传递到钢丝管本体的端部；法兰环状结构件限位挡圈2的内径尺寸，具有与钢丝网骨架塑料复合管内圆面相接近的尺寸，以保证管材本体4承插进入法兰环结构件3之后内圆面的平整过度；

其次，在法兰环结构件与管材本体内部加工中，专用加工设备是必不可少的重要装备，是确保连接头焊接质量、生产效率的关键；专用加工设备由机架10、夹紧装置11、加热装置12、动力油缸14、圆柱滑轨15、控制装置等组成；夹紧装置11由夹具主体19、卡紧环16、防护轴套13、夹紧螺柱20等组成；夹具主体19由上、下两部分组成，其中下半部分夹具主体两端固定于圆柱滑轨15，上半部分夹具体的一端固定于圆柱滑轨，并以圆柱滑轨15为支点可做旋转动作，另一端通过夹紧螺柱20可实现对管材本体或连接件的夹紧或松动动作；卡紧环16呈半圆结构、上下两片分布，通过定位阶台17及预紧螺栓孔18固定于夹具主体19，并可通过更换不同规格的卡紧环，实现对不同管径的钢丝网骨架塑料复合管本体4及法兰环状结构件3装夹要求；

管材本体生产下线后，将管材吊装至设备，通过夹紧装置11对钢丝网骨架塑料复合管本体4与法兰环状结构件3装夹可靠；因管材定尺较长，故加热装置12一侧的单个夹紧装置用于法兰环状结构件装夹，另一侧的两处夹紧装置共同用于钢丝网骨架塑料复合管装夹；装夹过程中需保证管材端部伸出夹紧装置11端面长度200mm-300mm，此时将钢制内整圆夹具8放入管材端部内圆面，通过花篮螺栓9螺纹副的作用将夹具外扩，逐渐将管材端部外圆尺寸整圆；然后将此部分的外圆面使用旋转刮刀将氧化层及污物清洁；同时在动力油缸14作用下可分别实现法兰环状结构件及管材本体在一定范围内移动；因各夹紧装置均固定于圆柱滑轨15，故可实现管材本体与结构件较高同轴度要求；

然后将加热装置12沿圆柱滑轨15旋转动作，移至设备机架10内，准备对钢丝网骨架塑料复合管的端部进行加热、吸热等操作；加热装置12的温度一般设置在220℃-235℃之间，根据管材本体的壁厚设置动力油缸14动作压力，以保证管体端部与加热装置12之间始终存在作用力，管端充分加热、吸热，形成熔融翻边；待翻边高度及加热时间达到设定工艺标准时，将加热装置12旋转移出，借助动力油缸14快速将法兰环状结构件3与钢丝网骨架塑料复合管承插连接，实现钢丝管端部承插进入法兰环结构件内圆面并同时达到对钢丝管端部复合层热熔粘接效果；以上操作后，即实现效果图2所示的连接效果；最后使用电熔焊机连接导电铜丝1，铜丝持续通电、产生热量，最终将钢丝网骨架塑料复合管材与法兰环状结构件承插后配合区域的界面材料熔融、焊接在一起，达到较高的轴向拉伸强度。

现场安装时，仅需对图2所示结构的法兰环状结构件的钢丝管端面清洁、铣削，经加热装置12的加热作用、吸热、压力维持一定时间后，原法兰环状结构件上对钢丝复合层起密封作用的限位挡圈2逐渐转化为熔融翻边溢料，此时加热装置12会持续将热量传递并作用到钢丝复合管的端部，达到规定吸热时间及熔融翻边高度后，将加热装置撤离并迅速对待连接的两根管材热熔对焊在一起，这样即实现管材本体与本体之间、法兰环状结构件与结构件之间同时被焊接的效果，如图3所示；此种连接方式，管道安装前法兰环状结构件3上的限位挡圈2与管材本体热熔接后具备对管端复合层的基本密封功能，在现场安装过程中，依靠加热装置12将限位挡圈2转变为熔融翻边溢料，实际焊接后确保管材本体与本体、法兰环状结构件与结构件之间同时被焊接、同步承受轴向拉力、同步承受径向力的效果；

目前行业中常见的电熔管件连接，如图4结构，即使用封口环6实现对管端复合层热熔焊接密封，当管材本体受内部压强产生形变，钢丝会轴向窜动，很容易造成封口环6与管材本体之间裂痕、开裂现象，介质随间隙带压渗入，造成窜水及运行安全隐患；本发明所述连接方式，最大优势是安装焊接后，实现了钢丝管本体与本体之间、法兰环状结构件与结构件之间同时被焊接、同步承受轴向拉力、同步承受径向力的效果。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构，其特征在于，包括：管体、法兰环状结构件，所述管体与法兰环状结构件承插装配，不同法兰环状结构件之间为热熔连接结构；所述法兰环状结构件外圆柱面设置有不同外径尺寸及过渡连接区，所述法兰环状结构件内圆面埋敷有导电铜丝，且靠近承口端设置有两个铜接线端子，法兰环内圆面另一侧设置限位挡圈；

所述管体与管体之间、所述法兰环状结构件与法兰环状结构件之间同时被焊接；

限位挡圈的整体厚度不大于10mm。

2.如权利要求1所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构，其特征在于，所述法兰环状结构件内圆面尺寸大于管材平均外圆面尺寸1-2mm。

3.一种权利要求1或2所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的实现方法，其特征在于，包括：

管体与法兰环状结构件承插装配：将管材装夹、定位、管端加热，待管材本体端部预热完成后，将管材承插至法兰环状结构件内部，形成对管体端部复合层的密封；并维持液压泵压力，保压冷却一定时间；

管体之间不同法兰环状结构件的热熔连接：使法兰环状结构件上对管材起密封作用的塑料逐渐转化为熔融翻边溢料，达到规定吸热时间及熔融翻边高度后，将加热装置撤离并迅速对待连接的两根管材热熔对焊在一起，实现管材本体与本体之间、法兰环状结构件与结构件之间同时焊接。

4.如权利要求3所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：管材外圆面清洁工序、管材尺寸整圆工序。

5.如权利要求3所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的实现方法，其特征在于，对管材加热过程中，始终保持对夹紧定位装置的作用力，使管端部始终与加热装置紧密贴合。

6.一种权利要求1或2所述大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，其特征在于，所述加工设备包括：机架、夹紧定位装置、加热装置、动力源装置、控制装置；所述机架设置有至少两根滑轨，所述滑轨上可滑动地设置有夹紧定位装置，所述夹紧定位装置与动力源装置、控制装置依次相连，所述机架上还设置有加热装置；

所述加热装置固定在机架的滑轨上，加热装置与滑轨之间为铜质轴套过渡配合。

7.如权利要求6所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，其特征在于，沿滑轨方向设置有多组夹紧定位装置。

8.如权利要求7所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，其特征在于，相邻两组夹紧定位装置之间设置有液压油缸。

9.如权利要求7所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，其特征在于，所述夹紧定位装置由上、下两片夹具组合而成，所述夹具为半圆弧结构。

10.如权利要求9所述的大口径钢丝网骨架塑料复合管连接结构的加工设备，其特征在于，所述夹紧定位装置叠加有多种不同规格的圆弧状夹具。

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