一种塑料管道热熔试验装置及塑料管道热熔试验方法与流程

本发明涉及管道热熔，具体涉及一种塑料管道热熔试验装置及塑料管道热熔试验方法。

背景技术：

1、随着社会和科技的进步，塑料管道由于其优越的性能，逐步取代了传统金属管道，在给水和燃气输送等领域的应用越来越广，已经成为维持城镇居民正常生活必不可少的管道系统。塑料管道的连接方式主要有热熔焊接和电熔焊接。焊接接头是管道系统的相对薄弱部分，在塑料管道焊接的过程中，由于焊接参数选择不当引起的接头工艺缺陷容易被忽视，如裂纹、孔洞或熔合面熔合不良等，给塑料管道系统留下了重大隐患。

2、对于塑料管道热熔焊接接头，一般采用拉伸实验来判定其性能优劣，因此，对热熔焊接接头的力学性能进行研究，分析焊接接头的失效机理，得出合适的焊接参数，可有效避免塑料管道热熔焊接过程中工艺缺陷的产生。而焊接参数中，加热温度和焊接压力这两个参数对拉伸性能的影响十分显著。

3、相关技术中一般采用热熔对接焊机对塑料管道进行焊接并得出合适的焊接参数，以便于后续大批量焊接塑料管道时使用该焊接参数。但使用热熔对接焊机时，管道的焊接面(即端面)所受压力由热熔对接过程中施加在管材端面上的表压扣除克服热熔对接焊机自身及管道拖动摩擦阻力的表压(拖动压力)得到，其压力控制精度较差，则得到的焊接参数也不合适，无法生产出性能优良的塑料管道焊接接头，影响管道系统的安全稳定。所以本发明提供一种管道热熔试验装置及基于此的管道热熔试验方法，用于对热熔焊接的加热温度和焊接压力等焊接参数进行科学研究。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种便于对焊接参数进行科学研究的塑料管道热熔试验装置。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种管道热熔试验装置，用于连接两段管道的端部，包括：

4、万能试验机，其具有相对设置的第一压缩夹具和第二压缩夹具，所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具分别用以夹持一段管道；

5、加热板，其用于加热两段管道的端部；

6、自平衡机构，其用于平衡所述加热板，所述自平衡机构包括立柱、与所述立柱滑动配合的滑块以及用以平衡滑块的配重块，所述滑块和所述配重块通过固定在所述立柱上的定滑轮和牵引绳连接；在所述牵引绳的作用下，所述滑块沿所述立柱滑动直至与所述配重块平衡；

7、其中，所述加热板固定设置在所述滑块上。

8、在本发明中，提供了一种基于万能试验机的管道热熔试验装置，用于将两段塑料管道的端部连接。具体地，该管道是指pe管道或ppr管道等热熔性材质的管道。万能试验机是集拉伸、弯曲、压缩、剪切、环刚度等功能于一体的材料试验机，主要用于对金属、非金属材料进行力学性能试验，是工矿企业、科研单位、大专院校、工程质量监督站等部门的常用设备。本发明基于万能试验机设计了塑料管道热熔试验装置，提高了设备的利用率，无需购入专门的热熔对接设备，节省了科研成本。

9、塑料管道热熔试验装置包括用以夹持并压缩管道的万能试验机和用以加热两段管道端部的加热板，还包括用以平衡加热板的自平衡机构，加热板固接在自平衡机构上。在对管道进行焊接时，通过自平衡机构抵消加热板的重力，使加热板悬浮在两段塑料管道之间，实现对塑料管道稳定热熔。自平衡机构上设置有相互配合的定滑轮和牵引绳、配重块和与加热板固接的滑块分别设置在牵引绳的两端，通过调节配重块的重量，可以将加热板悬空在任意高度，实现自平衡，使用起来更加灵活。

10、相关技术中一般使用热熔焊机焊接两段塑料管道，需要先对管道端面进行加热，再对两段管道施加压力进行压缩对接。管道的焊接面(即端面)所受压力由热熔对接过程中施加在管材端面上的表压扣除克服热熔对接焊机自身及管道拖动摩擦阻力的表压(拖动压力)得到，其压力控制精度较差。本发明利用万能试验机精准的压力控制功能，可以实现压力相对精确的焊接，有助于开展焊接压力、焊接温度等焊接条件对塑料管道焊接接头性能优劣的影响的关联研究，得出使焊接接头性能优良的焊接参数，避免管道热熔焊接过程中工艺缺陷的产生。

11、具体地，使用热熔对接焊机焊接塑料管道时，焊接面所受压力(p1)由热熔对接过程中施加在管材端面上的表压(热熔对接压力，p2)扣除克服热熔对接焊机自身及管材拖动摩擦阻力的表压(拖动压力，pt)得到。焊接面所受压力可由以下公式计算：

12、

13、其中，s1为管材的截面积，s2为焊机液压缸中活塞的总有效面积。焊接面的压力控制精度受到热熔对接压力、拖动压力、活塞总有效面积、以及管材截面积的测量误差等因素的影响，并且塑料管道未对中会造成焊接面所受压力在局部区域应力集中，导致塑料管道热熔对接接头材料组织不均匀。

14、广泛应用于材料力学性能测量的万能试验机，通过配备高精度力值传感器，可对压缩力值(f)实现精确控制。横梁采用高精度的导杆导向，具有很高的刚性和良好的线性运动特性，通过配套万能试验机夹具，可保证塑料管道热熔对接时对中。因此，焊接面所受压力(p)可由以下公式计算：

15、

16、其中，s为塑料管道的截面积。焊接面的压力控制精度受万能试验机力值和塑料管道截面积测量误差因素的影响。相较于热熔对接焊机的压力控制，万能试验机的压力控制精度受到的干扰因素较少，压力控制精度更高。

17、综上所述，本系统利用万能试验机的压力控制功能，可以实现压力相对精确的焊接，有助于开展焊接压力、焊接温度等焊接参数对塑料管道焊接接头性能影响的研究，得到生产性能优良的焊接接头所需的焊接参数，便于日后大批量焊接塑料管道。

18、另外，市面上热熔对接焊机的压力精度一般是0.1mpa。而万能试验机的力值控制准确度等级一般为0.5级，最大试验力5kn的万能试验机最大试验力示值误差是25n。则根据上述公式：

19、

20、使用力值控制精度为25n的万能试验机焊接两段外径110mm、壁厚10mm的管道，可得到其压力精度为0.008mpa，远小于0.1mpa。所以，使用万能试验机进行热熔焊接压力控制精度更高，能得出更加准确的焊接参数。

21、可选的，所述滑块上固设有螺杆，所述螺杆上套设有可移动砝码以平衡加热板。砝码可沿螺杆长度方向调整位置以使加热板左右平衡，不会晃动，避免影响热熔效果。其原理类似于杆秤，实现对加热板水平方向平衡的精密调节，使加热板与滑块在同一水平线上。

22、可选的，所述滑块上具有向外延伸的衍设部，所述加热板固定在所述衍设部上；所述螺杆沿所述衍设部的长度方向配置在所述衍设部的端部。加热板固定在衍设部远离滑块的一端，套设有砝码的螺杆固定在衍设部的端部。配重块用以调节加热板在竖直方向上的平衡，砝码用以调节加热板在水平方向上的平衡。衍设部为加热板提供了放置空间，相较于加热板直接固定在滑块上的固定方式，此方式中加热板的受力面积更大，放置更加稳定，不易失衡。

23、可选的，所述立柱配置为两个，分别设置在所述定滑轮的两侧；两个所述立柱上均设置有与所述加热板连接的所述滑块。两个立柱与定滑轮的两侧固接，加热板的两侧均与滑块固接，以保证加热板能够平稳升降。

24、可选的，所述立柱上固设有轮座，所述轮座上配置有转轴，所述定滑轮通过轴承和弹性挡圈套设在所述转轴上。弹性挡圈用以阻止定滑轮沿转轴轴向运动，轴承用以支撑定滑轮，降低其运动过程中的摩擦系数。

25、可选的，所述滑块上形成有安装孔，所述安装孔与所述立柱为间隙配合，以使所述滑块能够相对于所述立柱滑动或转动。安装孔与立柱为间隙配合，滑块能够转动或上下滑动，通过转动滑块使加热板移出两段管道之间。需要说明的是，立柱的数量可以为一个，也可以为两个。当立柱的数量为一个时，滑块能够相对于立柱滑动或转动；当立柱的数量为两个时，滑块不能相对于立柱转动，此时可以在立柱下方设置滑轮或旋转导轨，以便于加热板能从两段塑料管道之间迅速移出。

26、本发明还提供一种塑料管道热熔试验方法，使用前述的塑料管道热熔试验装置对两段塑料管道进行焊接。本发明所提供的塑料管道热熔试验方法与前述塑料管道热熔试验装置的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

27、可选的，塑料管道热熔试验方法，包括如下步骤：

28、s1，相对设置的所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具分别夹持一塑料管道；

29、s2，将所述加热板安装在所述自平衡机构上，调整所述配重块和砝码，以使所述加热板保持平衡并悬浮于两段塑料管道之间；

30、s3，驱动所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具对两段塑料管道和所述加热板进行压缩；

31、s4，两个塑料管道的端面加热至熔融状态后，驱动所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具离开所述加热板，并将所述加热板移出两段塑料管道之间，记录下加热板的加热温度；具体地，加热板固定在可转动的旋转座(图中未示出)上，该旋转座转动连接在滑块的衍设部上，通过转动该旋转座可将该加热板移出两段管道之间；或者，当自平衡装置只设有一个立柱时，滑块可直接相对于立柱转动，加热板跟随滑块转动并移出两段管道之间；或者，在立柱的底部设置滑轮，在滑轮的作用下，推动立柱可使整个自平衡装置远离两段塑料管道，当然，加热板也会远离两段塑料管道；

32、s5，再次驱动所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具对两段塑料管道进行压缩，以使两段塑料管道连接，记录下此时的焊接压力；

33、s6，利用拉伸试验测试两段塑料管道接头的性能。

34、在本发明中，先将两段塑料管道夹持在相对设置的第一压缩夹具和第二压缩夹具上，且两段塑料管道的中轴线重合，即两段塑料管道对准。调整配重块的重量和砝码的位置，以使加热板保持平衡并悬浮于两个塑料管道之间。打开万能试验机，驱动第一压缩夹具和第二压缩夹具朝向加热板移动，对两段塑料管道和所述加热板进行压缩。

35、可选的，在步骤s2中，加热板的温度为200～235℃。加热板用于使管道端面熔融，加热板的温度选择取决于塑料管道的密度，密度越高其熔融温度越高。

36、可选的，在步骤s3中，所述第一压缩夹具和所述第二压缩夹具施加在塑料管道的压应力为0.1～0.6mpa。第一压缩夹具和第二压缩夹具的压缩力值应在合理范围内，过大或过小都会影响管道连接接头的性能。

37、1.本发明中的管道热熔试验装置基于万能试验机设计，其压力控制精度较好，可以实现压力相对精确的焊接，便于对加热温度和焊接压力等焊接参数进行科学研究，得出恰当的焊接参数。

38、2.本发明中使用的万能试验机是科研单位的常用设备，无需购入专门的热熔对接设备，节省了科研成本。

39、3.本发明中设置有自平衡机构以平衡加热板，可以将加热板悬空在任意高度，使用起来更加灵活。

40、本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。