专利名称：用于产生拉伸试验试样的方法和模板的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及热熔塑料管接头的质量试验，且更明确地说，涉及一种产生试样的方法和模板，所述试样可用于当管铺设在野外时试验管接头的性质，例如拉伸强度和延性。
背景技术：
塑料管(例如由中密度或高密度聚乙烯制成的管)可通过各种方法接合，一种常见的接合方法为熔接对接。这种方法的过程包含将待熔接的管插入专门设计的熔接机中，所述熔接机将所述管相互轴向对齐且固持，且使管端相邻；将管牢固地夹持在熔接机的钳口内；清洁待熔接的管端；表面加工管端以确保干净正方形管端，所述管端具有适合于 热熔的曝露材料；将管端加热适当时间；和接着在压力下接合经加热管端且允许冷却熔接管。管线的整体性和有用性需要具有可接受机械性能质量的高质量熔接接头。因此，已设计拉伸试验方法，所述方法希望确保管线构造质量为可合理预期通过了管线设计用途的最终试验。不幸的是，现有大多数拉伸试验方法需要的器械和装置不适合野外使用。因此，拉伸试验试样用于实验室试验方法且通常在非便携式机床上产生。已设计一些破坏性野外试验方法用来在管线生产中检查熔接接头的机械性能。最常见的生产中试验方法是“反曲”(bend back)试验。在“反曲”试验中，从管的熔接接头和与接头相邻的截面中抽取材料条带。所述抽取条带沿一方向弯曲以使得将最大拉伸应力和压缩弯曲应力施加到条带的源于所述管的外径和内径的部分。根据这种试验，“良好”的接头是在弯曲后表现出良好结合整体性的接头。如果可行，条带通常是空气弯曲的，但是如果需要较多力来弯曲条带到所需程度，则可能应用器具。可改变“反曲”条带的所需长度，且对于较大管壁厚度，弯曲条带所需的力变大，失效防护变得较难，且方法变得不安全且成本过高。另外，施加到熔接接头上的应力水平很大程度上依赖于例如弯曲半径和用于弯曲条带的工具类型的不受控制或未知因素。这些变化导致就通过这种试验的意义而言的不确定性。此外，对于需要试验较长管条带的较大管径，施加合适弯曲试验负载所需管条带的材料成本可能相当昂贵。所以，本发明的目的在于提供一种便于从熔接接头高效且精确地抽取高质量拉伸试验试样的方法和模板。本发明的另一目的在于提供一种便于快速野外评估熔接接头的质量的方法和模板。本发明的又一目的在于提供一种确保在拉伸试验中试样的失效将发生在接头处的方法和模板。本发明的又一目的在于提供一种产生可定性地与由管材料制成的样本和/或与预定定性标准比较以确定可接受性的的拉伸试验结果的方法和模板。本发明的又一目的在于提供一种需要为破坏性试验抽取比“反曲”试验少的管材料的方法和模板
发明内容
根据本发明，提供一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的方法。所述方法包括穿过管的壁钻出一阵列的孔的步骤。所钻出阵列限定试样的直线可连接点对点图案。本发明还包括用往复锯切出直线切口的步骤。切口连接试样的图案中的所述阵列的孔，从而将试样与管分离。试样限定阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，一条轴线与管的外表面相切且另一轴线沿管的外表面是纵向的。优选的是，试样限定阵列的孔限定关于切向轴线和纵向轴线而对称的蝴蝶结状试样，且切向轴线位于在管的熔接截面之间的界面的平面内。所述方法还可以包括将模板铺设在管的外表面上的步骤。穿过模板的一阵列的孔限定试样的直线可连接点对点图案。在如此将模板定位在管上后，在下一步骤中，模板孔用于引导穿过管钻出所述阵列的图案孔。此后，所述方法包括在切出直线切口前从管移除模板的步骤。所述方法还可以包括在切割试样前穿过管的壁且在试样的图案内钻出至少两个额外孔的额外步骤。这些额外孔定向成便于沿试样的最窄横截面向抽取试样施加拉力。 用于从塑料管产生拉伸试验试样的模板具有板，所述板形成稳定对接在管的外表面上的轮廓。例如，轮廓可以是将板的纵向轴线与管的纵向轴线对齐的V形槽。穿过板的一阵列的孔限定试样的直线可连接点对点图案。穿过所述板且在试样的图案内的至少两个额外孔定向成便于在试样的最窄横截面向抽取试样施加实验拉力。试样限定阵列的孔可以关于一对相交轴线布置成对称定向，当板稳定对接在管上时，一条轴线与管的外表面相切且另一轴线沿管的外表面是纵向的。所述阵列的对称定向使得可以产生对称试样。至少两个额外孔可以横跨切向轴线且沿纵向轴线布置成对称定向。这些孔的对称定向与试样的对称性配合而允许将试验拉力对称施加到试样。所述板设有起伏结构以容纳焊道，焊道通过沿着管的熔接界面平面熔接管而形成在管的外表面上。切向轴线位于界面平面内，以使得所述板可以稳定对接在管上，即使焊道处的接头的外径大于管的外径还是如此。试样限定阵列的孔和额外对称孔各自可以配备有硬化钻套。上述方法中的任何方法可以进一步优选包括在钻孔前将模板紧固到管的外表面的步骤。例如，如果穿过模板提供至少两个额外孔，那么可以通过推入穿过额外孔插入到管内的螺杆完成所述紧固步骤。在第二实施例中，U形螺栓可紧固模板产生对称拉伸强度试样。模板具有形成稳定对接在管的外表面上的轮廓的板。优选的是，所述轮廓是将板的纵向轴线与管的纵向轴线对齐的阶梯锥形V形槽。穿过板的一阵列的孔限定试样的直线可连接蝴蝶结状图案。试样限定阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，当板稳定对接在管上时，一条轴线与管的外表面相切且另一轴线沿管的外表面是纵向的。所述阵列的对称定向使得可以产生对称试样。试样图案的蝴蝶结状部分可以通过所述阵列的两个或四个孔而限定。定向在试样的图案中且延伸穿过板的至少两个额外孔便于试样上定位位点，在所述位点处，拉力可以在图案的蝴蝶结状部分的最窄横截面处施加到试样。额外孔可以从切向轴线对称移位且位于纵向轴线上。这些孔的对称定位与试样的对称性配合而允许将试验拉力对称施加到试样。模板可以使用通过板的两对孔而紧固到管。优选的是，每对孔位于图案外且横跨图案，所述孔对定向成容纳U形螺栓以便于夹紧板轮廓而抵靠管。或者，模板可以使用通过板的孔而紧固到管，优选的是，在图案的外部且在图案的纵长对端上并容纳固持板轮廓而抵靠管的螺杆的一对孔。模板可以设有允许使用U形螺栓和螺杆的孔。板设有起伏结构以容纳焊道，焊道沿管的熔接界面平面通过熔接过程而形成于管的外表面上。切向轴线位于界面平面内，以使得板可以稳定对接在管上，即使焊道处的接头的外径大于管的外径还是如此。在第三实施例中，可通过螺杆或U形螺栓紧固到管的模板产生不对称拉伸强度试样。如果模板具有横跨4孔蝴蝶结的两个拉力孔且将旋紧到管时，四个蝴蝶结状孔优选地经对齐，以使得关于起伏结构在切向轴线每侧上各有两个孔，而切向轴线的一侧上的四个孔中的两个相对齐。如果模板具有横跨4孔蝴蝶结的两个拉力孔且将使用U形螺栓旋紧到管时，四个蝴蝶结状孔优选地经对齐，以使得关于起伏结构在切向轴线每侧上各有两个孔，而切向轴线一侧上的四个孔中的两个相对齐，且板将具有凹处以用于当螺栓完全插入到螺栓的各对孔中时容纳U形螺栓的相交部分。结合第二实施例和第三实施例使用的方法包括穿过管的壁钻出一阵列的孔的步骤。所钻出阵列限定试样的直线可连接点对点图案。所述方法还包括用往复锯切出直线切口的步骤。切口连接试样的图案中的所述阵列的孔，从而将试样与管分离。试样限定阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，一条轴线与管的外表面相切且另一轴线沿管的外表面是纵向的。优选的是，试样限定阵列的孔限定关于切向轴线和纵向轴线而对称的蝴蝶结状试样，且切向轴线位于管的熔接截面之间的界面的平面内。可以通过将模板铺设在管的外表面上的步骤便于实现所述方法。模板限定用于试样的直线可连接点对点图案的所述阵列的孔的位置。在如此将模板定位在管上后，模板孔用于引导穿过管钻出所述阵列的图案孔。在钻出所述阵列的图案孔后，所述方法包括在切出直线切口前从管移除模板的步骤。所述方法还可以包括在切割试样前穿过管的壁且在试样的图案内钻出至少两个额外孔的额外步骤。这些额外孔定向成便于沿试样的最窄横截面将拉力施加到抽取试样。在这种情况下，如果通过使用模板而便于实现所述方法，模板还将限定拉力孔的位置以在从管移除模板之前引导穿过管钻出拉力孔。所述方法可以进一步优选包括在钻孔前使用螺杆或U形螺栓将模板紧固到管的外表面的步骤。
通过阅读以下具体实施方式
以及参看附图，本发明的其他目的和优点将变得显而易见图I是拉伸试验试样模板的第一实施例的透视图；图2是图I的模板的底部的平面图；图3是图I的拉伸试验试样模板的侧视立视图；图4是图I的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图5是图I的拉伸试验试样模板的端视图；图6是安装在管上的图I的拉伸试验试样模板的端视图；图7是沿图6的线7-7而截取的横截面图；、
图8是安装在管上的图I的拉伸试验试样模板的侧视立视图；图9是安装在管上的图I的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图10是说明使用图I的拉伸试验试样模板的方法的步骤的透视图；图11是说明使用图I的拉伸试验试样模板的方法的另一步骤的透视图；图12是说明使用图I的拉伸试验试样模板的方法的又一步骤的透视图；图13是通过本发明的方法从管接头得到的对称拉伸试验试样的俯视平面图；图14是图13的试样的端视图；图15是图13的试样的侧立视图； 图16是图13的试样的另一端视图；图17是沿图13的线17-17而截取的横截面图；图18是拉伸试验试样模板的第二实施例的透视图；图19是图18的模板的底部的平面图；图20是图18的拉伸试验试样模板的侧视立视图；图21是图18的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图22是图18的拉伸试验试样模板的端视图；图23是安装在较小直径管上的图18的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图24是沿图23的线24_24而截取的横截面图；图25是沿图23的线25_25而截取的横截面图；图26是安装在较大直径管上的图18的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图27是沿图26的线27_27而截取的横截面图；图28是沿图26的线28_28而截取的横截面图；图29是拉伸试验试样模板的第三实施例的透视图；图30是图29的模板的底部的平面图；图31是图29的拉伸试验试样模板的侧视立视图；图32是图29的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图33是图29的拉伸试验试样模板的端视图；图34是安装在较小直径管上的图29的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图35是沿图34的线35-35而截取的横截面图；图36是沿图34的线36_36而截取的横截面图；图37是安装在较大直径管上的图29的拉伸试验试样模板的顶部的平面图；图38是沿图37的线38_38而截取的横截面图；图39是沿图37的线39_39而截取的横截面图；图40是通过本发明的方法从管接头得到的不对称拉伸试验试样的透视图；图41是图40的试样的俯视平面图；图42是图40的试样的端视图；图43是图40的试样的侧视立视图；图44是图40的试样的端视图；和图45是沿图40的线45-45而截取的横截面图。虽然将结合本发明的优选实施例描述本发明，但是应了解，并不希望将本发明限制为那些实施例或附图中说明的部分的构造或布置的详情。
具体实施例方式模板的第一实施例参看图I到图12，说明用于从塑料管P或从塑料管P的熔接接头J产生图13到图17所见的拉伸试验试样80的模板10的旋紧到位的对称安装实施例。模板10在管径和组成物的广泛范围内适用，但是特别适用于中密度或高密度聚乙烯管。模板10是使用例如适合于机械加工的市售铝或钢的材料的相对厚板而形成。模板10具有在使用时将对接到管P的外表面上的基座11。只要模板10在固持而抵靠管P时为稳定对齐，基座11的轮廓就可以是各种形状。如图所示，基座11具有在横截面中垂直于模板10的纵向轴线15的V形槽13。因此，当模板10在稳定条件下对接到管P上时，管纵向轴线L和模板纵向轴线15平行。如图所示，V形槽13具有允许模板10以管P的弯曲部分为中心的阶梯状管接触表面17。阶梯17可配置为由于阶梯的抓紧效果而进一步将模板10稳固在管P上，或允许同一模板10用 于不同直径的管P。基座11中的起伏结构19垂直于模板10的纵向轴线15延伸。起伏结构19允许模板10以熔接接头J的焊道B为中心，但是不管是否存在熔接接头J，都不阻止模板10附着到沿管P的任何位置。模板10具有穿过模板10的一阵列的孔21和23，这些孔21和23将模板10中的图案25限定为拉伸试验试样80的所需形状。这些孔21和23是通过往复锯切出的锯切口的起点和终点。如图所示，将各个孔21和23的中心作为限定点，孔21和23以阵列排列以限定直线可连接点对点图案25。所示图案25具有关于模板10的纵向轴线15和起伏结构轴线27对称的蝴蝶结形状。如图所示，阵列的四个孔23允许操作员形成试样80的外“角”，并且阵列的两个孔21允许操作员将“角”连接到蝴蝶结状试样80的最窄横截面81。如图所示，最窄横截面孔21在蝴蝶结状试样的中心对齐。如图所示，阵列的各个孔21和23配备有硬化钻套29，硬化钻套29将精确引导由手摇钻驱动的钻头。钻套29确保在钻孔期间产生的孔21和23将相互平行到密切精密度且降低模板10的磨损。额外孔31 (如图所示的具有与试样阵列的孔21和23直径相同的两个孔31)在图案25的范围内延伸穿过模板10。额外孔31将用于与拉伸试验装置相关的插销与U形钩布置中以将拉力施加到试样80。在所示的两个额外孔配置中，孔31以图案的纵向轴线15为中心且对称地横跨起伏结构轴线27，以使得拉力将均匀地施加到试样80的窄横截面81。如图所示，额外孔31也各自配备有硬化钻套29。在使用中，优选的是，将模板10暂时地贴附到管P。如图所示，通过使用对称地横跨起伏结构19且在模板10的纵向中心线15上对齐的安装孔33 (如图所示，延伸穿过模板10的两个孔33)完成此贴附。粗螺纹木螺杆可以穿过孔33推入到管P中以临时将模板10紧固到位。如图所示，安装孔33在试样图案25的范围的外部。然而，安装孔33的确切位置和数量并不重要。孔33只需要作为木螺杆的导孔，所述木螺杆推入到管P中以在钻出试样图案孔21和23以及拉力孔31时牢固地固持模板10而抵靠管P且锚固模板10。模板的第二实施例第一实施例模板10使用螺杆将模板牢固地固定到待试验管的外表面。在管壁厚且/或直径大时，管的结构相当稳定，则此方法效果良好。此方法充分起作用而将模板稳固到产生精确钻孔试样所必需的程度。较小管缺乏必需硬度且在钻孔时易于从钻头的方向移位，从而可能在试样中导致扭曲的孔阵列，以致于钻出的孔并非如所需般精确对齐。U形螺栓布置将试验中的管封包且使所述管与模板的稳定轮廓牢固接触。U形螺栓在U形螺栓的端部具有螺纹，螺纹螺帽用于将螺栓旋紧而抵靠管，从而使管与模板牢固接触。这些U形螺栓还有助于在钻孔时使管保持管的形状。参看图18到图28，说明用于从塑料管P或从塑料管P的熔接接头J产生最佳如图13到图17所见的拉伸试验试样80的模板210的U形螺栓对称安装实施例。模板210在管径和组成物的广泛范围内适用，但是特别适用于较小直径中密度或高密度聚乙烯管。模板210是使用例如适用于机械加工的市售铝或钢的材料的相对厚板而形成。模板210具有在使用时将对接到管P的外表面上的基座211。只要模板210在固持而抵靠管P时为稳定对齐，基座211的轮廓就可以是各种形状。如图所示，基座211具有在横截面中垂直于模板210的纵向轴线215的V形槽213。因此，当模板210在稳定条件下对接到管P上时，管纵向轴线L和模板纵向轴线215平行。如图所示，V形槽213具有允许模板210以管P的弯曲部分为中心的阶梯状管接触表面217。阶梯217可配置为由于阶梯的抓紧效果而进一步将模板210稳固在管P上，或允许同一模板210用于不同直径的管P。基座211中的起伏结构219垂直于模板210的纵向轴线215延伸。最佳如图23和图26中所见，起伏结构219允许模板210以熔接接头J的焊道B为中心，但是不管是否存在熔接接头J，都不阻止模板210附着到沿管P的任何位置。再次参看图18到图22，模板210具有穿过模板的一阵列的孔221和223，这些孔221和223将模板210中的图案225限定为拉伸试验试样80的所需形状，最佳如图13到图17中所见。这些孔221和223是通过往复锯切出的锯切口的起点和终点。如图所示，将各个孔221和223的中心作为限定点，孔221和223以阵列排列以限定直线可连接点对点图案225。所示图案225具有关于模板210的纵向轴线215和起伏结构轴线227对称的蝴蝶结形状。如图所示，阵列的四个孔223允许操作员形成试样80的外“角”，并且阵列的两个孔221允许操作员将“角”连接到图案225的最窄横截面以形成试样80的蝴蝶结形状。最佳如图19中所见，最窄横截面孔221在起伏结构轴线227上对齐，所述起伏结构轴线227与纵向轴线215垂直，将与管P相切且在蝴蝶结状图案225的中心。如图所示，阵列的各个孔221和223配备有硬化钻套229，硬化钻套229将精确引导由手摇钻驱动的钻头。钻套29确保在钻孔期间产生的孔221和223将相互平行到密切精密度且降低模板210的磨损。额外孔231 (如图所示的具有与试样阵列的孔221和223直径相同的两个孔231)在图案225的范围内延伸穿过模板210。额外孔231将用于与拉伸试验装置相关的插销与U形钩布置中以将拉力施加到使用模板210而形成的模板80。在图19中所示的两个额外孔配置中，孔231以图案的纵向轴线215为中心且对称地横跨起伏结构轴线227，以使得拉力将均匀地施加到试样80的窄横截面81，如图13中所见。如图所示，额外孔231也各自配备有硬化钻套229。 参看图23到图25，优选的是，当与较小直径管一起使用时，使用一对U形螺栓401和403将模板210暂时地贴附到管P。提供穿过板的两对孔405和407。每对孔405和407位于图案225的外部并横跨图案225。两对孔405和407定向为容纳U形螺栓401和403，以将板的基座211的轮廓紧固而抵靠管P。如图所示，由所述阵列的孔221和223形成的图案225关于相交的切向轴线227和纵向轴线215对称。两个额外孔231从切向轴线227对称地移位，并位于纵向轴线215上。每对U形螺栓孔405和407对称地横跨纵向轴线215，并位于平行于切向轴线227的轴线411和413上。如图所示，每对孔405和407在起伏结构219内部且从切向轴线227对称地移位。起伏结构219具有凹处415和417，以用于容纳当螺栓401和403完全插入到各对孔405和407中时U形螺栓401和403的相交部分。最佳如图24和图25中所见，当模板210的这个对称实施例与较小管P —起使用时，对称性允许模板210通过将诸对螺帽421和423旋紧到各自的U形螺栓401和403上而牢固地紧固到管P。此外，可以提供穿过模板210的两个孔233，所述两个孔233对称地横跨起伏结构219且在模板210的纵向中心线215上对齐。粗螺纹木螺丝235可以穿过孔233推入到管P中，以进一步将模板210紧固到位。如图所示，安装孔233在试样图案225的范围的外部。然而，安装孔233的确切位置和数量并不重要。孔233只需要作为木螺杆235的导孔，所述木螺杆235推入到管P中以在钻出试样图案孔221和223以及拉力孔231 时牢固地固持模板210而抵靠管P且锚固模板210。参看图26到图28，优选的是，当与较大直径管一起使用时，只使用粗螺纹木螺杆235将模板210暂时地贴附到管P。最佳如图27和图28中所见，如果U形螺栓401和403不用于将模板210紧固到管P，那么旋紧诸对螺帽421和423以使用位于起伏结构219的凹处415和417中的螺栓401和403的相交部分将U形螺栓421和423紧固到模板210。当管P完全定位而抵靠模板210的基座211的轮廓时，凹处415和417的深度足以提供用于螺栓401和403的相交部分的间隙。用于产生对称试样的方法用于从塑料管P产生拉伸试验试样80的方法包含以下步骤穿过管P的壁钻出一阵列的孔21和23，以限定用于试样80的直线可连接点对点图案25 ;在试样80的图案25中穿过管P的壁钻出至少两个额外孔31，以便于将拉力在试样80的最窄横截面81处施加到试样80 ;和用往复锯切出直线切口 35和37，切口 35和37连接试样80的图案25中的所述阵列的孔21和23,以分尚试样80与管P。参看图11到图17并使用图I到图10的第一实施例模板10，所述方法可快速并准确地应用到野外。在熔接过程的地理位置处，所述方法包含以下步骤将模板10铺设于管P的外表面上；使用模板孔21、23和31引导穿过管P钻出一阵列的试样孔91、93和额外孔95 ;和在使切口 35和37连接试样80中的图案孔91和93之前，将模板10从管P移除。钻孔前，模板10可紧固到管P的外表面，如通过穿过模板安装孔33推入螺杆。参看图11到图17和图23到图28且使用图18到图22的第二实施例模板10，所述方法可快速并准确地应用到野外。在熔接过程的地理位置处，所述方法包含以下步骤将模板210铺设于管P的外表面上；使用模板孔221、223和231引导穿过管P钻出一阵列的试样孔91、93和额外孔95 ;和在使切口 35和37连接试样80中的图案孔91和93之前，将模板210从管P移除。钻孔前，模板210可紧固到管P的外表面，如通过使用穿过诸对模板螺栓孔405和407插入并用螺帽421和423紧固的U形螺栓401和403。在铺设步骤中，V形槽13对齐模板10或210纵向轴线15或215和管纵向轴线L，如果试样80将取自管P的熔接接头J处，那么在试样80的最窄横截面81处的模板孔21或221视觉上地在位于模板10或210上的起伏结构19或219中的熔接焊道B之间的熔接界面的平面上对齐。在紧固步骤中，螺丝刀可用以将粗螺纹木螺杆穿过模板10或210的安装孔33或233安装到待试验管P中。螺杆将模板10或210牢固地但暂时地附着到管P的外表面。具有用于适应往复锯条的宽度的适当直径的钻头的手摇钻用以钻出试样图案孔21和23或221和223以及拉力孔31或231。沟底直径和长度用以当完全啮合管P时将钻孔管碎片和碎屑排出模板10或210的上表面的麻花钻头对于钻出孔21、23和31或221、223和231和对管P钻孔是优选的。模板10或210引导钻头穿过硬化钻套并进入和穿过管P的壁。螺丝刀再次用以将木螺杆从管P解除并移除模板10或210。手持式往复锯可用以切出连接管P中的外部孔或试样图案孔91和93的切口 35和37，从而以将插销和U形钩孔95完整地留在试样80的范围内并分离待试验试样80与管P。优选的是，从中心孔91到角孔93而在管P中切出锯切口 35，并接着从角孔93到角孔93平行于焊道B之间的熔接平面而切出两个最终切口 37，最终切口 37将试样80从管P脱离出来。试样80准备载入到适用于由单一操作员野外使用的现场拉伸试验装置，诸如手动抽吸、液压致动拉伸试验机。操作员接着将试样80从拉伸试验装置移除且检查失效表面，以在比较使用相同模板10或210和 方法制备的基本管失效的基础上或在其他预定标准的基础上确定接头J的质量。因此，整个试验过程可由单一操作员使用上述工具现场完成。模板10或210和方法允许从管P或从管P的熔接接头J高效并精确地抽取若干高质量的拉伸试样80。在用于熔接接头J的质量的快速野外评估的野外适宜、良好控制且独立的拉伸试验装置中试验试样80的失效。试样80的窄蝴蝶结状图案确保拉伸试验中试样80的失效将发生在试样80的最窄截面81处。如果试验接头J，那么最窄横截面81可以在视觉上与接头J对齐，以确保将试验的是接头J。拉伸试验的结果可以定性地与由基本管材料制成的样品比较和/或与预定定性标准比较以确定可接受性而评估。这些定性标准可以通过与实验室拉伸试验的相关性或在其他合理基础上确立。这种定性试验对于已知现场破坏性试验来说是不可能的。这种破坏性试验消耗的材料根据模板10或210的长度来合理地估计，因此，在很多情况下，实质上消耗的材料少于已知破坏性试验(诸如“反曲”试验)中消耗的材料。模板10或210的起伏结构19或219横跨过量熔接材料的焊道B，在熔接过程的接合操作期间，过量熔接材料被挤出接头界面，以使得模板10或210中的试样图案25或225的最窄横截面可精细地与熔接平面对齐。这样确保试样80的最窄横截面81在管P的熔接区域中。这种用于野外试验的方法和模板10或210提供快速且权威的定性结果，而不将繁重的时间或材料成本强加于操作员。模板的第三实施例参看图29到图33，说明用于从塑料管P或从塑料管P的熔接接头J产生最佳如图40到图45所见的拉伸试验试样380的模板310的U形螺栓不对称安装实施例。模板310在管径和组成物的广泛范围内适用，但特别适用于较小直径中密度或高密度聚乙烯管。必须说明位于两个熔接管的界面平面中的具有单一减小的截面的试样孔阵列剖面，以便提供关于接头质量的有意义的估计。尽管由高质量基本管的单一棒制成的拉伸试样将总是在减小面积处以延性方式出现失效，但是在管接头处制备的拉伸试样呈现多种可能性。最差的接头将在拉伸载荷下突然断开，从而留下光滑分离面且不显示有关熔接的管端之间的内聚力的任何迹象。最佳接头将在突然断开之前显示相当于基本管材料的延性水平。多数接头显示这些极端条件之间 的特性，所以，所述方法的使用者必需参考预先建立的标准，以便判断特定熔接接头的性能是否为可接受的。为了进行与试样的设计所固有的基本管的比较，改进的试样380提供两个成行的减小的截面，所述截面的宽度有可能相同但不一定相同，其中拉力施加孔横跨这些减小的截面。可通过将拉伸载荷施加到串联的截面并接着确定哪一横截面先出现失效来确定较强的连接。通过调整基本管横截面的最窄宽度(即，在基本管上对齐的蝴蝶结状孔622之间的空间)，可以改变在接头J上对齐的蝴蝶结状孔621之间的最窄熔接横截面381的性能标准。例如，如果基本管横截面为熔接接头横截面381的面积的90%，并且基本管中发生失效，那么接头J具有邻近接头J的基本管的至少90%的显示强度。因此，通过改变试样限定阵列孔之间的间距，从而调整减小的或蝴蝶结状截面的宽度，可以对拉伸试验试样进行数值强度比较设计，而甚至不需要定性判断。模板310是使用例如适用于机械加工的市售铝或钢的材料的相对厚板形成。模板310具有基座311，在使用模板310时，基座311将对接到管P的外表面上。只要模板310在固持而抵靠管P时为稳定对齐，基座311的轮廓可采用各种形状。如图所示，基座311具有在横截面中垂直于模板310的纵向轴线315的V形槽313。因此，当模板310在稳定条件下对接到管P上时，管和模板纵向轴线L和315平行。如图所示，V形槽313具有允许模板310以管P的弯曲部分为中心的阶梯状管接触表面317。阶梯317可配置为由于抓紧效果而进一步将模板310稳固在管P上，或允许同一模板310用于不同直径的管P。基座311中的起伏结构319垂直于模板310的纵向轴线315延伸，并以偏离模板310的中心轴线326的切向轴线327为中心。最佳如图34到图37中所见，偏置起伏结构319可以熔接接头J的焊道B为中心，但不管是否存在熔接接头J，都不阻止模板310附着到沿管P的任何位置。返回参看图29到图33，模板310具有穿过模板310的一阵列的孔321、322和323，这些孔321、322和323将模板310中的图案325限定为拉伸试验试样380的所需形状，最佳如图40到图45中所见。这些孔321、322和323是通过往复锯切出的锯切口的起点和终点。如图所示，将各个孔321、322和323的中心作为限定点，孔321、322和323以阵列排列来限定直线可连接点对点图案325。所示图案325具有蝴蝶结形状，所述蝴蝶结形状关于具有在图案中偏置的起伏结构319的模板310的纵向轴线315和切向轴线326对称。如图所示，阵列的四个孔323允许操作员形成试样380的外“角”，并且，阵列的四个孔321和322允许操作员将“角”连接到图案325的最窄横截面，以形成试样380的蝴蝶结形状。最佳如图30中所见，最窄横截面孔321中的两个在垂直于纵向轴线315并将与管P相切的中心起伏结构轴线327上对齐。其他两个最窄横截面孔322在垂直于纵向轴线315并将与管P相切的另一轴线328上对齐。孔322不在起伏结构319内。如图所示，阵列的各个孔321、322和323配备有硬化钻套329，硬化钻套329将精确地引导由手摇钻驱动的钻头。钻套329确保在钻孔期间产生的孔321、322和323将相互平行到密切精确度，并降低模板310的磨损。
额外孔331 (如图所示的具有与试样阵列的孔321、322和323直径相同的两个孔331)在图案325的范围内延伸穿过模板310。额外孔331将用于与拉伸试验装置相关的插销与U形钩布置中以将拉力施加到使用模板310而形成的试样380，最佳如图40中所见。在图29到图33中所示的额外孔配置中，孔331以图案的纵向轴线315为中心且对称地横跨蝴蝶结状图案325的中心轴线326，以使得拉力将均匀地施加到试样380的窄横截面381。如图所示，额外孔331也各自配备有硬化钻套329。参见图34到图36，优选的是，当与较小直径管一起使用时，使用一对U形螺栓501和503将模板310暂时地贴附到管P。提供穿过板的两对孔505和507。每对孔505和507位于图案325的外部并横跨图案325。两对孔505和507定向为容纳U形螺栓501和503，以将板的基座311的轮廓紧固而抵靠管P。如图所示，由所述阵列的孔321、322和323形成的图案325关于相交的切向轴线326和纵向轴线315对称。两个额外孔331从切向轴线326对称地移位，并位于纵向轴线315上。每对U形螺栓孔505和507对称地横跨纵向轴线315，并位于平行于切向轴线326、327和328的轴线511和513上。如图所示，一对孔505在起伏结构319的外部，并且另一对孔507在起伏结构319内。在切向轴线326的对边上对称地移位两对孔505和507。所述一对孔505在轮廓313中具有相关联的凹处515，并且另一对孔在起伏结构319中具有相关联的凹处517。凹处515和517具有足以在螺栓501和503完全插入到各对孔505和507中时容纳U形螺栓501和503的横截面的深度。最佳如图35和图36中所见，当模板310的这个不对称实施例与较小管P —起使用时，可用管接头J上的起伏结构319通过将诸对螺帽521和523旋紧到各自的U形螺栓501和503上而将模板310牢固地紧固到管P。此外，可提供穿过模板310的两个孔333，所述两个孔333对称地横跨中心切向轴线326并在模板310的纵向中心线315上对齐。粗螺纹木螺杆335可以穿过孔333推入到管P中，以进一步将模板310紧固到位。如图所示，安装孔333在试样图案325的范围的外部。然而，安装孔333的确切位置和数量并不重要。孔333只需要作为木螺杆335的导孔，所述木螺杆335推入到管P中，以在钻出试样图案孔321,322和323和拉力孔331时牢固地固持模板310而抵靠管P并锚固模板310。参看图37到图39，优选的是，当与较大直径管一起使用时，只使用粗螺纹木螺杆335将模板310暂时地贴附到管P。最佳如图38和图39中所见，如果U形螺栓501和503不用于将模板310紧固到管P，那么旋紧诸对螺帽521和523以使用位于螺栓各自的凹处515和517中的螺栓501和503的相交部分将U形螺栓501和503紧固到模板310。当管P完全定位而抵靠模板310的基座311的轮廓时，凹处515和517的深度足以提供用于螺栓501和503的相交部分的间隙。试样限定阵列在这种试样布置中不需要关于切向轴线对称。如果切向轴线仍然放置于熔接接头的界面平面(在界面平面中，样本从熔接接头产生而不是从基本管产生)中，那么尽管拉伸载荷施加孔仍将横跨切向轴线，但拉伸载荷施加孔不需要关于所述轴线对称。如果基本管材料中的减小的截面的宽度为置放于接头界面中的减小的截面的宽度的至少“X”倍，那么接头的强度为基本管的强度的至少“X”倍。用于产生不对称试样的方法参看图40到图45，用于从塑料管P产生拉伸试验试样380的方法包含以下步骤穿过管P的壁钻出一阵列的孔621、622和623，以限定用于试样380的直线可连接点对点图案625 ;在试样80的图案625中穿过管P的壁钻出至少两个额外孔631，以便于将拉力在试样380的最窄横截面681处施加到试样380 ;和用往复锯切出直线切口 641、643和645，切口 641、643和645连接试样380的图案625中的所述阵列的孔621、622和623，以分离试样380与管P。使用本发明的模板310，所述方法可快速并准确地应用到野外。在熔接过程的地理位置处，所述方法包含以下步骤将模板310铺设于管P的外表面上；使用模板孔321、322、323和331引导穿过管P的壁钻出一阵列试样孔621、622和62 3和穿过管P钻出额外孔395。将模板310从管P移除，并且切出切口 641、643和645以连接试样380中的图案孔621、622和623。钻孔前，模板310可紧固到管P的外表面，如通过穿过模板螺杆安装孔333推入螺杆335或使用穿过诸对模板螺栓孔505和507而插入并用螺帽521和523紧固的U形螺栓501和503。在铺设步骤中，V形槽313对齐模板310纵向轴线315和管纵向轴线L。如果试样380将取自管P的熔接接头J处，那么模板孔321视觉上在位于模板310上的起伏结构319中的熔接焊道B之间的熔接界面的平面上在最窄横截面381处对齐。在紧固步骤中，螺丝刀可用以将粗螺纹木螺杆335穿过模板310的安装孔333安装到待试验管P中，或扳手用以将螺帽521和523拧紧到U形螺栓501和503上。螺杆335或螺栓501和503将模板310牢固地但暂时地附着到管P的外表面。具有用以适应往复锯条的宽度的适当直径的钻头的手摇钻用以钻出模板孔321、322和323和拉力孔331，并钻到管P中以形成试样图案孔621、622和623和拉力孔631。沟底直径和长度用以当完全啮合管P时将钻孔管碎片和碎屑排出模板310的上表面的麻花钻头对于钻出孔321、322、323和331并钻入到管P中是优选的。模板引导钻头穿过硬化钻套329，并进入和穿过管P的壁。螺丝刀或扳手再次用以将木螺杆335从管P拧下，或从螺栓501和503移除螺帽521和523并移除模板310。手持式往复锯可用以切出连接管P中的外部孔或试样图案孔621、622和623的切口 641、643和645，从而将插销和U形钩孔631完整地留在试样380的范围内并分离待试验试样380与管P。优选的是，在管P中切出蝴蝶结状切口 641和锯切口 643，并接着平行于焊道B之间的熔接平面在角孔623之间切出两个最终切口 645，最终切口 645使试样380从管P中脱离出来。试样380准备载入到适用于单一操作员野外使用的现场拉伸试验装置，诸如手动抽吸、液压致动拉伸试验机。操作员接着将试样380从拉伸试样装置移除并检查失效表面，以在比较使用相同模板310和方法制备的基本管的失效的基础上或在其他预定准则的基础上确定接头J的质量。因此，整个试验过程可由单一操作员使用上述工具现场完成。因此，很明显已提供根据本发明的用于产生拉伸试验试样的方法和模板，所述方法和模板完全满足上述目的、目标和优点。虽然本发明已结合特定实施例加以描述，然而根据前述描述，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，希望包含落在所附权利要求书的范畴内的所有这种替代、修改和变化。
权利要求
1.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的方法，所述方法包含以下步骤 穿过所述管的壁钻出一阵列的孔，所述阵列限定所述试样的直线可连接点对点图案；和 用往复锯切出直线切口，所述切口连接所述试样的所述图案中的所述阵列的孔以将所述试样与所述管分离。
2.如权利要求I所述的方法，所述试样限定阵列的所述孔关于一对相交轴线而对称地布置，一条轴线与所述管的外表面相切且另一轴线沿所述管的所述外表面是纵向的。
3.如权利要求2所述的方法，所述试样限定阵列的所述孔限定关于所述切向轴线和所述纵向轴线而对称的蝴蝶结状试样。
4.如权利要求3所述的方法，所述切向轴线位于所述管的熔接截面之间的界面平面内。
5.如权利要求I所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤 将模板铺设在所述管的外表面上，所述模板具有一阵列的孔，所述阵列的孔穿过所述模板，所述阵列的孔限定所述试样的所述直线可连接点对点图案；和使用所述模板孔弓I导穿过所述管钻出所述阵列的图案孔。
6.如权利要求4所述的方法，所述方法进一步包含在钻孔前将所述模板紧固到所述管的所述外表面的步骤。
7.如权利要求5所述的方法，所述方法进一步包含在切出所述直线切口前从所述管移除所述模板的步骤。
8.如权利要求I所述的方法，所述方法进一步包含在所述试样的所述图案内穿过所述管的所述壁钻出至少两个额外孔的步骤，所述额外孔定向为便于在所述试样的最窄横截面处将拉力施加到所述试样。
9.如权利要求8所述的方法，所述试样限定阵列的所述孔关于一对相交轴线而对称地布置，一条轴线与所述管的外表面相切且另一轴线沿所述管的所述外表面是纵向的，且所述额外孔在所述纵向轴线上对齐且横跨所述切向轴线。
10.如权利要求9所述的方法，所述试样限定阵列的所述孔限定关于所述切向轴线和所述纵向轴线而对称的蝴蝶结状试样。
11.如权利要求10所述的方法，所述切向轴线位于所述管的熔接截面之间的界面平面内。
12.如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包含以下步骤 将模板铺设在所述管的外表面上，所述模板具有一阵列的孔和至少两个额外孔，所述阵列的孔穿过所述模板，所述阵列的孔限定所述试样的所述直线可连接点对点图案，所述至少两个额外孔在所述试样的所述图案内穿过所述管的所述壁，所述额外孔定向为便于在所述试样的最窄横截面处将拉力施加到所述试样；和 使用所述模板孔引导穿过所述管钻出所述阵列的图案孔和所述额外孔。
13.如权利要求12所述的方法，所述方法进一步包含在钻孔前将所述模板紧固到所述管的所述外表面的步骤。
14.如权利要求12所述的方法，所述方法进一步包含在切出所述直线切口前从所述管移除所述模板的步骤。
15.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的模板，所述模板包含 板，所述板形成稳定对接在所述管的外表面上的轮廓； 一阵列的孔，所述阵列的孔穿过所述板，所述阵列的孔限定所述试样的直线可连接点对点图案；和 至少两个额外孔，所述额外孔在所述试样的所述图案内穿过所述板，所述额外孔定向为便于在所述试样的最窄横截面处将拉力施加到所述试样。
16.如权利要求15所述的模板，所述试样限定阵列的所述孔关于一对相交轴线而对称地布置，当所述板稳定对接在所述管上时，一条所述轴线与所述管的所述外表面相切且另一所述轴线沿所述管的所述外表面是纵向的。
17.如权利要求16所述的模板，所述至少两个额外孔横跨所述切向轴线且沿所述纵向 轴线布置成对称定向。
18.如权利要求15所述的模板，所述板具有起伏结构以用于容纳焊道，所述焊道通过沿所述管的熔接界面平面熔接所述管而形成于所述管的所述外表面上，所述切向轴线位于所述界面平面内。
19.如权利要求18所述的模板，所述轮廓包含将所述板的所述纵向轴线与所述管的所述纵向轴线对齐的V形槽。
20.如权利要求15所述的模板，所述试样限定阵列的所述孔和所述额外孔各具有硬化钻套。
21.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的模板，所述模板包含 板，所述板具有稳定对接在所述管的外表面上的轮廓； 一阵列的孔，所述阵列的孔穿过所述板，所述阵列的孔限定所述试样的直线可连接蝴蝶结状图案，所述图案的蝴蝶结状部分通过所述阵列的两个孔而限定； 至少两个额外孔，所述额外孔在所述图案内穿过所述板，所述额外孔定向成在所述试样上定位用来在所述图案的所述蝴蝶结状部分的最窄横截面处将拉力施加到所述试样的位点；和 两对孔，所述两对孔穿过所述板，每个所述对在所述图案的外部且横跨所述图案，所述对孔定向成穿过所述孔而容纳U形螺栓，以紧固所述板轮廓而抵靠所述管。
22.如权利要求21所述的模板，所述阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，当所述板稳定对接在所述管上时，一条所述轴线与所述管的所述外表面相切且另一所述轴线沿所述管的所述外表面是纵向的。
23.如权利要求22所述的模板，所述至少两个额外孔从所述切向轴线对称地移位且位于所述纵向轴线上。
24.如权利要求23所述的模板，所述板具有起伏结构以用于容纳焊道，所述焊道通过沿所述管的熔接界面平面熔接所述管而形成于所述管的所述外表面上，所述切向轴线位于界面平面内。
25.如权利要求24所述的模板，每所述对孔对称地横跨所述纵向轴线且位于平行于所述切向轴线的轴线上。
26.如权利要求25所述的模板，每所述对孔在所述起伏结构内部且从所述切向轴线对称地移位。
27.如权利要求26所述的模板，所述起伏结构内部具有凹处以用于容纳完全插入到所述U形螺栓的各自对孔内的所述U形螺栓的相交部分。
28.如权利要求21所述的模板，所述轮廓包含将所述板的所述纵向轴线与所述管的所述纵向轴线对齐的V形槽。
29.如权利要求28所述的模板，所述V形槽是阶梯锥形。
30.如权利要求21所述的模板，所述模板进一步包含穿过所述板的第三对孔，所述第三对孔在所述图案的外部且在所述图案的纵长对端上以穿过所述孔而容纳螺杆，从而紧固所述板轮廓而抵靠所述管。
31.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的模板，所述模板包含 板，所述板具有稳定对接在所述管的外表面上的轮廓； 一阵列的孔，所述阵列的孔穿过所述板，所述阵列的孔限定所述试样的直线可连接蝴蝶结状图案，所述图案的蝴蝶结状部分通过所述阵列的四个孔而限定；和 至少两个额外孔，所述额外孔在所述图案内穿过所述板，所述额外孔定向为在所述试样上定位用来在所述图案的所述蝴蝶结状部分的最窄横截面处将拉力施加到所述试样的位点。
32.如权利要求31所述的模板，所述阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，当所述板稳定对接在所述管上时，一条所述轴线与所述管的所述外表面相切且另一所述轴线沿所述管的所述外表面是纵向的。
33.如权利要求32所述的模板，所述至少两个额外孔从所述切向轴线对称地移位且位于所述纵向轴线上。
34.如权利要求33所述的模板，所述板具有起伏结构以用于容纳焊道，所述焊道通过沿所述管的熔接界面平面熔接所述管而形成于所述管的所述外表面上，所述四个孔经对齐，以使得关于所述起伏结构在所述切向轴线每侧上各有两个孔，而所述切向轴线一侧上的所述四个孔中的两个相对齐。
35.如权利要求31所述的模板，所述轮廓包含将所述板的所述纵向轴线与所述管的所述纵向轴线对齐的V形槽。
36.如权利要求35所述的模板，所述V形槽是阶梯锥形。
37.如权利要求31所述的模板，所述模板进一步包含穿过所述板的第三对孔，所述第三对孔在所述图案的外部且在所述图案的纵长对端上以穿过所述孔而容纳螺杆，从而紧固所述板轮廓而抵靠所述管。
38.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的模板，所述模板包含 板，所述板具有稳定对接在所述管的外表面上的轮廓； 一阵列的孔，所述阵列的孔穿过所述板，所述阵列的孔限定所述试样的直线可连接蝴蝶结状图案，所述图案的蝴蝶结状部分通过所述阵列的四个孔而限定； 至少两个额外孔，所述额外孔在所述图案内穿过所述板，所述额外孔定向为在所述试样上定位用来在所述图案的所述蝴蝶结状部分的最窄横截面处将拉力施加到所述试样的位点；和 两对孔，所述两对孔穿过所述板，每个所述对在所述图案的外部且横跨所述图案，所述对孔定向为穿过所述孔而容纳U形螺栓，以紧固所述板轮廓而抵靠所述管。
39.如权利要求38所述的模板，所述阵列的孔关于一对相交轴线而对称地布置，当所述板稳定对接在所述管上时，一条所述轴线与所述管的所述外表面相切且另一所述轴线沿所述管的所述外表面是纵向的。
40.如权利要求39所述的模板，所述至少两个额外孔从所述切向轴线对称地移位且位于所述纵向轴线上。
41.如权利要求40所述的模板，所述板具有起伏结构以用于容纳焊道，所述焊道通过沿所述管的熔接界面平面熔接所述管而形成于所述管的所述外表面上，所述四个孔经对齐，以使得关于所述起伏结构在所述切向轴线每侧上各有两个孔，而所述切向轴线一侧上的所述四个孔中的两个相对齐。
42.如权利要求41所述的模板，各所述对孔对称地横跨所述纵向轴线且位于平行于所述纵向轴线的轴线上。
43.如权利要求42所述的模板，一所述对孔在所述起伏结构内。
44.如权利要求43所述的模板，所述板内部具有凹处以用于容纳完全插入到所述U形螺栓的各自对孔内的所述U形螺栓的相交部分。
45.如权利要求38所述的模板，所述轮廓包含将所述板的所述纵向轴线与所述管的所述纵向轴线对齐的V形槽。
46.如权利要求45所述的模板，所述V形槽是阶梯锥形。
47.如权利要求38所述的模板，所述模板进一步包含穿过所述板的第三对孔，所述第三对孔在所述图案的外部且在所述图案的纵长对端上以穿过所述孔而容纳螺杆，从而紧固所述板轮廓而抵靠所述管。
48.一种用于从塑料管产生拉伸试验试样的方法，所述方法包含以下步骤 将模板铺设在所述管的外表面上，所述模板具有一阵列的孔、至少两个额外孔和两对孔，所述阵列的孔穿过所述模板，所述阵列的孔限定所述试样的直线可连接蝴蝶结状图案，所述额外孔在所述试样的所述图案内且定向为便于在所述试样的最窄横截面处将拉力施加到所述试样，所述两对孔在所述图案的外部且横跨所述图案； 穿过所述两对孔使用U形螺栓来紧固所述模板而抵靠所述管； 穿过所述模板中的所述阵列的孔和所述额外孔钻到所述管内，以穿过所述管的壁提供匹配孔； 从所述管将所述模板移除； 用往复锯切出直线切口，所述切口连接所述试样的所述图案中的所述管内的所述阵列孔以将所述试样与所述管分离。
全文摘要
一种可以试验塑料管的熔接接头的方法和模板，可以通过从若干高质量拉伸试样的待试验接头进行高效且精确的抽取，在野外焊接现场由单一操作员进行塑料管的熔接接头的试验。试样在野外适宜、良好控制且独立的拉伸试验装置中试验到失效。试样的变窄蝴蝶结状图案确保在拉伸试验中试样的失效将发生在试样的最窄截面处。模板可在视觉上与接头对齐，以确保试验的是接头。
文档编号B23B47/28GK102665981SQ201080042471
公开日2012年9月12日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月22日
发明者布赖恩·奥康纳, 詹姆斯·R·佩罗, 贾森·A·劳伦斯 申请人:麦克瑞制造公司