专利名称：一种金属熔化焊管内层复合共挤塑料的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于形成涂塑金属管的方法及其专用设备。
金属塑料复合管(简称复合管)综合了金属管(如镀锌管)和非金属管(如塑料管)各自的优点，具有较好的综合机械强度，清洁卫生无毒，使用寿命长，可弯曲而不回弹，可成卷供应，安装简单方便，是本世纪末一种新型的流体输送管道，可用于自来水，煤气、化学流体等领域，用途十分广泛，将会逐步取代镀锌管的主导地位。
这种复合管目前有两种生产方法，其关键是内层管件的复合方法。
法国NOKIA公司提供的是金属带纵向包覆塑料管的生产方法，简称包覆法，在该方法中，先用挤出机生产出定型的塑料管，再将金属带连续纵向包覆塑料管外壁，并形成纵向对接接缝。然后用氩弧焊等熔化焊方法将接缝焊牢，形成外包金属管，最后对包有内层塑料管的金属管，涂覆熔融塑涂。形成外层塑料管复合层，这种方法的技术特征是复合管的内层塑料复合方式，是采取先成型塑料管，以塑料管为骨架，纵向对接包覆金属带，用氩弧焊等熔化焊方式焊接对接缝，形成复合管。这种方法的缺陷是，第一、金属管与内层塑料层的复合强度不高，并且难以控制。因为在包覆时金属和具有热熔胶外层的塑件管都是冷状态，且有间隙。要复合成一体必须二次加热，加热温度很难控制，并且难以保证粘接压力，第二、金属带纵向包覆后，为了防止氩弧焊电弧烧坏内层塑料管，必须留有足够的金属与塑料外壁间隙。复合时为消除间隙，采用对金属管进行冷挤拉伸方法缩径。该方法工艺复杂，对金属管擦伤较大，难以准确消除间隙和保证塑料内管不变形；第三、生产线布置很长，从内塑料管成型到涂覆外塑，要重复经过加热、冷却、吹干过程，再加上金属管冷挤拉伸缩径等工艺过程，迫使生产线很长，工艺复杂。
第二种是共挤涂覆塑料的生产方式，简称涂覆法。生产时，先将金属带连续成型为搭接缝金属管，几乎在超声波搭接焊同时，通过金属管内的共挤模，将熔融状态的胶和塑料分层均匀涂覆在金属管内壁，熔融态的胶和塑料是粘接的最好状态，加上挤出后的物体，膨胀力和导入的压缩空气内压力，形成了足够的粘接力，为可靠复合提供了最佳条件，其生产方法及设备在中国专利CN103752A中已有介绍。这种方法的局限性是必须采用非熔化焊方式的超声波焊以及金属管缝必须搭接。
这种局限性给复合管生产带来缺陷，第一、超声波焊的焊接速度难以提高，故生产效率不高，超声波焊接设备连续可靠运行难以保证，第二搭接缝导致复合管圆整度不好，厚薄不均，影响质量和外观。
本发明的目的是设计一种避免涂覆法中超声波焊的局限性，采用氩弧焊类的熔化焊方法形成对接焊缝的金属焊管，同时又避免包覆法的缺陷，金属熔化焊管的内层采用共挤涂覆工艺形成内层塑料管的制造方法及其专用设备。
为实现上述目的所采用的技术方案包括使金属板带连续地形成金属管，再连续地对金属管的对接接缝进行焊接，并连续地对正在焊接好的金属管内壁共挤涂胶涂塑等方法，本发明的特征是采用熔化焊方式，在对连续成型的金属管对接接缝进行焊接的同时，通过伸入成型金属管内的内腔共挤模对金属管内壁涂胶涂塑。为避免在进行熔化焊时将内腔共挤模损坏，设计了一种保护方法。
所用的保护方法可以是在焊枪附近的内腔模外表面覆盖或安置一层耐高温绝缘材料，也可以是一种焊接电流控制方法，该方法中，在生产线上设置一探测金属管或带移动速动的装置，将速度信号变换成电信号，用以控制焊接电流大小或者两种方法共用。
本发明的方法所用的设备包括使金属板带连续地形成金属管的装置，一个焊接金属管接缝的装置，以及一个对经焊接后的金属管内壁进行涂塑的内腔模，本发明的特征是所用的焊接装置中有一个熔化焊焊枪，在内腔模内有一根内部可通气的用于加热模腔的加热管，在生产线上有一个保护内腔模的保护装置。
该保护装置可以是一圈覆盖在焊枪附近的内腔模外表面上的耐高温绝缘材料层，或者也可以在安装耐高温绝缘层后，再增加一套检测装置，或单独使用一套检测装置，在该检测装置中有一旋转偏码器安装在生产线上，该编码器与形成复合管的金属带或金属管表面接触，再用导线与控制器连接，控制器与电焊机连接。
氩弧焊接是一种金属熔化焊，钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体的TIG焊，借助产生在钨电极与工件之间的电弧加热并熔化母材本身，尔后形成焊缝金属。正是由于氩弧焊在焊接时需熔化母材本身，所以在焊接过程中极有可能使金属带焊穿，从而造成直接位于焊接电弧区下方的内腔共挤模损坏。
为解决这一难题，欧洲NOKIA公司采取的办法如前所述，生产时先用挤出机制作出内层塑料管，再将该塑料管作为骨架，把金属板卷成金属管，并沿纵向包覆在内层塑料管外，在包覆时通常会在金属管与塑料管间留有间隙，包好后再将金属管的对接接缝用氩弧焊焊牢，然后采用金属管挤压拉伸缩径方法，消除金属管与塑料管间的间隙，产生夹紧力。这种方式中，由于在金属管及内层塑料管中没有内腔模，因而避免了电弧对内腔模的损坏。前面已经说过，这种方法的缺陷是塑料和金属管是冷状态压合在一起，然后加热，其复合强度没有挤出热融复合塑料强度高，拉伸缩径还会使金属管外壁受伤，另外，整个生产线铺得很长，使厂房及设备投资增加等等。
本发明设计了一种避免焊枪在焊接时将涂塑用的模腔损坏的保护方法，该方法可以包括两个方面，其一是在电弧区正下方与模具之间设置一个耐高温的绝缘材料层，在焊接时，假如金属带被焊穿，由于焊枪中的钨棒与模具之间有绝缘材料层隔离，使焊机输出端即钨棒与模具之间无法形成电回路，也就不能形成电弧，从而保护了内腔共挤模具。本发明所述保护方法的第二种措施是安装一个能与金属带或金属管接触的传感装置，即外购的旋转编码器(型是E6A-200)，当金属带以某个生产速度向前移动时，编码器正常工作，当金属带发生意外停止移动时，传感装置发出反馈信号至外购的控制器(型号FX2-16MR)控制系统，使焊机(型号NBA2-200)停止焊接，避免金属带烧穿、损坏内腔模；或者当金属带的移动速度发生变化时，将信号输送到控制自动，调整电焊机的输出电流，以便与金属带的移动速度相互协调，避免金属带烧穿。从而起到保护内腔共挤模的作用。
由于本发明采取了有效的保护方法，在利用氩弧焊进行焊接时，不需要预先制成内层塑料管，可以用CN1039752A所述的方法，几乎在焊接完金属管的同时，用位于一处的内层挤塑机通过伸入金属管的内腔模对金属管内表面涂塑，因而生产线比较短，减少了厂房与设备投资，使本发明具备了CN103975A所具有的一切优点，同时，又避免了上述专利中因采用超声波焊接所要求的金属管的搭接接缝，提高了管子的圆整度及管子内外涂塑层厚度的均匀性。
本发明所解决的另一问题是内腔共挤模的加热问题。向金属管内壁均匀顺利地挤出熔融态塑料的前提条件是内腔共挤模具塑料流道必须处于一定的温度环境中，常规的加热方式一般在流道金属的外表面敷设加热装置，由于内腔共挤模具处于U形金属带的包覆之中，无法外敷加热装置，为解决这一难题，本发明采用在内腔膜内壁设置加热后的方法，较好地解决了模具的加热问题。
图1为本发明的原理图。
图2为焊接内层共挤结构图。
图3为电路图。
如图1所示两盘金属带1安装在放卷架2上，其中一盘金属带作为备用，3为金属带的预成形辊，金属带经预成形后由平板状变成U形，再经成形装置9后变成圆形，其接缝两边呈对接状态，而非搭接状态，氩弧焊中的钨棒5将金属管的对接接缝焊接好，同时进入涂塑工序8，对金属管进行先内后外涂塑，冷却装置6用于冷却成形的复合管30，收卷装置7用于将复合管卷绕成盘，图1中4为挤出机。
如图2所示金属带1经钨棒5焊接后形成金属管12。模体18下部向出口端方向延伸的管状外模芯13的出口端位于金属管12内，在外模芯13内依次放置管状的同心的中模芯25与内模芯27，并在外模芯13与中模芯25间及中模芯25与内模芯27间依次形成塑料通道26及胶体通道24，在内模芯27内表面有电热管28，电热管内为压缩空气通道29，氩弧焊机中的钨棒5位于外模芯13的上方。在对应于钨棒5处的外模芯13外表面有耐高温的绝缘材料层14，在钨棒附近有一个可以与金属带接触的旋转编码器15，在模体18内有一与胶体通道24连通的胶体进口10及一个与塑料通道26连通的塑料进口17，中模芯25的右端有一向上延伸的法兰，一压板19将中模芯及内模芯固定在模体18上，内模芯的右端伸出压板上的孔后用螺母25紧固一轴帽22，在轴帽22上连接一个与压缩空气通道连通的压缩空气进口21。
图3中当铝带以带以速度V连续运行时，铝带带动旋转编码器旋转，发出脉冲信号给控制器，控制器将收到的脉冲信号转变成相对应的4-20mA电流信号，输入给匹配器，匹配器由放大电路与比较电路构成，其中的放大电路由电容C、电阻R1-3与三极管BG组成，比较电路由电阻R4-R10与集成电路IC组成，IC型号为741。电流信号经放大电路放大，由比较电路鉴别后输出0-10V的电压信号，送至电焊机调节电流电位器，从而实现铝带生产速度与焊接电流同步的目的。当生产速度为零时，焊接电流也对应为零，从而保护了模具。
本发明的其它相关工艺及设备可参见CN1039752A。
工作时，如图2所示，已卷成圆形的金属带自右往左移动，经钨棒与5后被焊接牢，胶体经胶体通道24进入金属管内壁，形成内胶层10，塑料经塑料通道26后进入金属管12内，覆在内胶层10上，形成内塑层11，压缩空气经进口21，通道29后进入金属管内，在管内产生一定的内压力，使内塑层与内胶层都在内压力作用下，紧紧地贴在金属管内表面，形成光洁致密的内塑层。在正常生产时，为防止因焊接电流过大，金属带移动速度过慢而造成金属带烧穿，并损坏内腔模的问题发生焊接电流和金属带移动速度的动态匹配十分重要。通过旋转编码器，适时对金属带移动速度，采样并将线速度变成脉冲频率信号，输入控制器PLC,PLC根据预存程序和“速度-焊接电流曲线”，确定最合理的焊接电流值，并通过输出的电平信号，控制电焊机的可控硅，输出焊接电流值，这样完成了动态控制过程。如出现金属带断裂或停止移动等问题，旋转编码器15便发出信号至控制器，关闭电焊机，以免电弧烧穿金属带，烧坏内腔模。一旦出现金属带被焊穿的情况，由于绝缘材料层的保护作用，可避免电弧损坏内腔共挤模。
必要时可在内表面涂塑时，在管外表面涂外塑层。
权利要求
1.一种金属熔化焊管内层复合共挤塑料的方法，该方法包括使金属板带连续地形成金属管，再连续地对金属管的对接接缝进行焊接，并连续地对正在焊接好的金属管内壁共挤涂胶涂塑等方法，其特征是采用熔化焊方式，在对连续成型的金属管对接接缝进行焊接的同时，通过伸入成型金属管内的内腔共挤模对金属管内壁涂胶涂塑，并有一种避免焊枪在焊接时将涂塑用的模腔损坏的保护方法。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所用的保护方法是在焊枪附近的模腔外表面覆盖一层耐高温绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所用的保护方法为一种焊接电流控制方法，该方法中，在生产线上设置一探测金属带或管移动速度的装置，将速度信号变换成电信号，用以控制焊接电流大小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是探测金属管速度的装置为一个旋转编码器，该编码器随金属带或管的移动而转动，将获取的信号器送至与其连接的控制器内，经控制器处理后，以电平信号控制电焊机的输出电流。
5.根据权利要求1的方法所用的设备，包括使金属板带连续地形成金属管的装置，一个焊接金属管接缝的装置，以及一个对经焊接后的金属管内壁进行涂胶涂塑二用的内腔模，其特征是所用的焊接装置中有一个熔化焊焊枪，在内腔模内有一根内部可通气的用于加热模腔的加热管，在生产线上有一个保护内腔模的保护装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征是保护装置为一圈覆盖在焊枪附近的内腔模外表面的耐高温绝缘材料层。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征是在保护装置中有一旋转编码器安装生产线上，该编码器与形成复合管的金属带或金属管接触，并用导线与控制器连接，该控制器与电焊机连接。
全文摘要
本发明涉及用于形成金属熔化焊管并在其内部涂塑的方法及其专用设备。该方法包括使金属板带连续地形成金属管进行焊接的同时,连续地对刚焊接好的金属管内表面进行涂塑等方法,本发明的特点是先用熔化焊焊枪对金属管的对接接缝进行连续地焊接,再对刚焊接好的金属管采用共挤方法对内壁进行涂胶涂塑复合,并有一种避免焊枪在焊接时将涂塑用的内腔模损坏的保护方法,在所用的设备中有金属管成形装置及焊接与涂塑装置,本发明的特点是在所用的焊接装置中有一个熔化焊焊枪及内部装有加热管的涂胶涂塑二用内腔模。
文档编号B29C47/32GK1231960SQ99114070
公开日1999年10月20日 申请日期1999年2月12日 优先权日1999年2月12日
发明者韦恩润, 曹荣, 殷强, 曹佐伟, 杜建江, 李梧 申请人:无锡市永大企业制造有限公司