Способ радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб и устройство для его осуществления (варианты)

 

Изобретение относится к сварке трением вращения изделий, имеющих форму тел вращения из термопластичных полимеров. Способ включает взаимное сопряжение свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра, относительное вращение деталей, торможение и выдержку их для охлаждения. Взаимное сопряжение деталей осуществляют по цилиндрической сопрягаемой посадочной поверхности при радиусе наружной фаски конца трубы, переходящей в коническую поверхность торца, равном 5-6 величинам радиуса перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу раструба. По другой посадочной поверхности сопряжение деталей осуществляют с начальным зазором между сопрягаемыми коническими поверхностями торца трубы и конуса раструба, равным не более 1/3 величины наименьшей из толщин стенок свариваемых деталей. Стенки деталей сдавливают заданным радиальным усилием оплавления. После торможения вдвигают конец трубы по оси раструба с заданным усилием до соприкосновения торца трубы и конуса раструба. Окружные, осевые и радиальные усилия, прикладываемые к свариваемым деталям, равномерно распределяют по цилиндрическим поверхностям деталей непосредственно в зоне контакта деталей по посадочным поверхностям, при этом радиальные усилия, прикладываемые снаружи и изнутри, взаимно уравновешивают. Стенки деталей сдавливают между собой радиальным усилием осадки. Устройство для осуществления способа содержит зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, соосную зажиму раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы. Зажим содержит тороидальную сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб и выполненную из армированного эластомера. Раздвижная цилиндрическая оправка размещена внутри трубы с возможностью вращения и передачи крутящего момента от привода. Оправка также содержит тороидальную пневмокамеру из армированного эластомера. По второму варианту устройства раздвижная цилиндрическая оправка содержит две соосно установленные тороидальные пневмокамеры из армированного эластомера, примыкающие боковыми сторонами друг к другу вплотную через антифрикционные шайбы. Между боковыми сторонами пневмокамер на среднем диаметре их полостей соосно с ними размещен толкатель в виде полого цилиндра. Изобретение позволяет избежать деформацию свариваемых деталей при сварке, образование грата на сварном шве внутри деталей и обеспечить контролируемое радиальное воздействие на процесс оплавления и осадки. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сварке трением вращения изделий, имеющих форму тел вращения из термопластичных полимеров.

В технике сварки полимерных материалов (Справочник К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк. Сварка полимерных материалов. - Москва: Машиностроение, 1988 г.) известны способы сварки трубопроводов из пластмасс трением вращения встык, в раструб и раструбно-стыковое соединение.

Общим недостатком этих способов является неизбежность приложения осевого усилия и крутящего момента вне непосредственной зоны сварочного соединения, что однозначно приводит к деформации изделия в околошовной зоне, а в случае тонкостенных трубопроводов от места приложения усилий до места сварки включительно.

Объясняется это следующим образом. При сварке встык околошовная зона материала трубопровода прогревается, жесткость трубопровода в этом месте снижается и под воздействием усилий: сначала осевого усилия оплавления и крутящего момента, а затем усилия осадки трубопровод в месте сварного шва и вблизи его теряет цилиндрическую форму, поскольку между сварным швом и местом приложения осевых и вращающих усилий всегда есть посредническая зона трубопровода, свободная от фиксирующих поверхностей захватов (центраторов) сварочных устройств, препятствующих деформации, что вызвано как технологическими соображениями способа сварки, так и конструктивными особенностями устройств. Кроме того, фиксация деформируемых в процессе сварки зон трубопровода, с целью ограничения их деформации, ведет к росту остаточных сварочных напряжений (см. Справочник, стр. 63, Рис. 2.7 г, д).

При сварке труб враструб или же раструбно-стыковым соединением явление сварочной деформации трубопроводов, по сравнению с вышеописанным случаем, проявляется более ярко и масштабнее, потому что величины усилий как осевых, так и окружных, значительно, в несколько раз превышают величины усилий при сварке встык, поскольку величины цилиндрических поверхностей трубопроводов, непосредственно контактирующих в процессе сварки, на порядок выше величин поверхностей свариваемых встык торцов. Кроме того, при сварке с применением неостающейся специальной вставки (дорн-гильза) значительно, на порядок, по величине возрастает во время напрессовки раструба на конец трубопровода прогретая зона трубопровода вне фиксирующих поверхностей захватов (центраторов) сварочных устройств.

Вероятность образования сварочной деформации трубопроводов возрастает особенно при тонких, относительно диаметра, стенках трубопровода, потому что уровень усилий остается прежним, а жесткость трубопровода меньше, и в значительной мере.

Недостатком известных в технике способов сварки трением вращения является также образование грата в месте сварки, особенно значительного и сравнимого по величине с толщиной стенки при соединениях трубопроводов в раструб или в раструбно-стыковом, поскольку в этом случае количество образующегося при трении расплава материала трубопровода и вытесняемого из зоны контакта свариваемых поверхностей (под воздействием радиальных усилия) больше, чем при сварке встык, по причине больших величин поверхностей контакта.

Отмеченные недостатки являются препятствиями к использованию известных способов сварки трением вращения при монтаже трубопроводов, работоспособность которых невозможна при наличии искажений их геометрической формы, например линейных трубопроводов пневмопочты, или же при наличии грата, например, канализационных систем жилых и общественных зданий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ радиальной сварки трением трубчатых деталей на основе полиолефинов, преимущественно армированной трубы и концевой втулки, путем взаимного сопряжения свариваемых деталей по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительного вращения свариваемых деталей, торможения и выдержки для охлаждения, кроме того, осуществляют сопряжение с начальным натягом дополнительно по второй посадочной поверхности, при этом сопряжение по посадочной поверхности меньшего диаметра осуществляют на диаметре, не превышающем внутренний диаметр армирующего каркаса трубы, и на длине, соизмеримой с толщиной стенки трубы, причем величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают равной 0,6-1,0 от величины начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра, а в центральное отверстие трубы перед сопряжением свариваемых деталей устанавливают опорную оправку. Наряду с этим имеется вариант сопряжения свариваемых деталей, при котором величину начального натяга по посадочной поверхности меньшего диаметра выбирают не более 0,6 от величины начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра, при этом перед относительным вращением свариваемых деталей к внутренней поверхности меньшего диаметра прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности. Величину начального натяга по посадочной поверхности большого диаметра при любом варианте выбирают равной 1-2% от величины этого диаметра (RU 2085383 C1, B 29 C 65/06, 11.01.93 г.).

Способ осуществляют следующим образом. Концевую втулку предварительно напрессовывают на конец трубопровода с начальным натягом по поверхности большого диаметра, равным 1-2% от величины диаметра, и с натягом по поверхности малого диаметра, равным в одном случае 0,6-1 натяга по большому диаметру, в другом - не более 0,6. При этом в отверстие трубопровода в первом случае устанавливают опорную оправку перед сопряжением свариваемых деталей, во втором - раздвижную цилиндрическую или коническую оправку перед относительным вращением.

Приводят свариваемые детали в относительное вращение. Крутящий момент к материалу втулки, примыкающему к сопрягаемым поверхностям, участвующим в сварочном процессе, прикладывают непосредственно в зоне сварки через кольцевой выступ втулки типа фланца. Реактивный крутящий момент к материалу трубопровода, примыкающему к сопрягаемым поверхностям трубопровода, участвующим в процессе сварки, прикладывают через сам трубопровод, причем место приложения крутящего момента и место сварки дистанцированы друг от друга.

После разогрева трением вращения сопрягаемых поверхностей свариваемых деталей и образования расплава материала деталей в зоне их контакта относительное вращение деталей прекращают, причем во втором случае натяга по сопрягаемым поверхностям меньшего диаметра перед вращением прикладывают радиальное разжимающее усилие, равномерно распределенное по окружности. После остановки вращения сварочное соединение выдерживают для охлаждения.

Устройство для осуществления способа включает зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, для фиксации трубопровода и создания реактивного момента, соосно ему опорную оправку, цилиндрическую постоянного диаметра или же цилиндрическую раздвижную или же коническую с приводом для перемещения по оси.

Соосно зажиму установлен патрон для захвата концевой втулки, перемещения ее по оси при напрессовке на трубопровод и привода втулки во вращение.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является деформирование участка трубопровода при осуществлении режима разогрева и оплавления сопрягаемых поверхностей свариваемых деталей между местом приложения реактивного крутящего момента к трубопроводу зажимом и местом сварки. Участок этот прогревается за счет теплопроводности от места сварки по убывающей к зажиму, материал трубопровода теряет жесткость, становится пластичным, и под воздействием крутящего момента трубопровод в этом месте скручивается в окружном направлении с уменьшением диаметра на величину до 2 мм для труб диаметров 150-200 мм (см. Справочник, стр. 63).

Армирование трубопровода ни решетчатым, ни спиральным проволочными каркасами не повышает кардинально, как известно, его жесткость на кручение и поэтому не может противостоять полностью скручиванию трубопровода. Даже в случае примыкания фиксирующей поверхности зажима к краю юбки втулки скручивания трубопровода не избежать, поскольку скручивающее напряжение в трубопроводе в месте примыкания максимально по величине. Вследствие того, что крутящий момент к трубопроводу передается втулкой по поверхности, также передается и реактивный момент от зажима, единичный крутящий момент, передаваемый участком поверхности втулки трубопроводу у места примыкания зажима к юбке втулки, значительно меньше полного реактивного момента от зажима и не может предотвратить из-за проскальзывания скручивание трубопровода в этом месте. Аналогично такая же картина происходящего у края зажима, примыкающего к юбке втулки. Скручиваемый участок трубопровода распространяется от места примыкания как под зажим, так и под втулку. Уменьшение диаметра трубопровода при скручивании под краем юбки втулки ведет к снижению заданной величины натяга и, как следствие, к снижению качества сварного соединения в этом месте.

Другим недостатком способа является неконтролируемое радиальное воздействие на процесс осадки, поскольку натяг на сопрягаемой поверхности большого диаметра выбирают в пределах 1-2% от величины этого диаметра, т.е. допустимо изменение величины натягов по посадочной поверхности в 2 раза. Это приводит к разбросу величин (нестабильности) качественных характеристик сварного шва в партии свариваемых из деталей узлов.

Самым значительным недостатком является использование одного и того же начального натяга для процесса оплавления и для процесса осадки. Это противоречит всей практике сварки полимерных деталей как встык, так и в раструб с использованием специальной вставки (дорн-гильза). Усилие осадки во всех случаях создают в 1,5-2 раза больше, чем усилие оплавления, для того чтобы выдавить из контакта весь расплав и сомкнуть ювенильные поверхности свариваемых деталей. В известном способе все происходит наоборот: оплавление при начальном натяге, предполагаемая осадка при натяге, ослабленном оплавлением. Расплав весь не выдавливается целенаправленным воздействием, и смыкание ювенильных поверхностей не происходит. Это в значительной мере ухудшает качество сварного соединения, особенно при передержке времени процесса оплавления. При незначительной ширине сопрягаемой поверхности малого диаметра, в случае передержки времени процесса оплавления, возможно вытекание всего расплава и ослабление натяга до нуля, что приведет к крайне низкому качеству сварного шва, вплоть до образования негерметичности сварного соединения, что противоречит цели известного способа.

Недостатки известного способа и устройства для его осуществления не позволяют использовать их для сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей, поскольку вероятность деформации в этом случае возрастает многократно, вплоть до разрушения свариваемых деталей, а отрицательное влияние неконтролируемого радиального воздействия осадки при малой толщине стенок свариваемых деталей на качество сварного соединения максимально усилится.

К тонкостенным трубчатым деталям относятся, например, трубы, толщина стенок которых меньше наименьшей из толщин стенок, предусмотренных общегосударственными нормативными документами, и выпускаемые по ведомственным нормалям для ограниченного применения.

Технической задачей изобретения является создание способа радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров и устройство для его осуществления, позволяющие избежать при сварке деформации свариваемых деталей за счет приложения осевых, окружных и радиальных усилий к материалу деталей, примыкающему к поверхностям, участвующим в процессе сварки, непосредственно в зоне сварки, образование грата на сварном шве внутри полости свариваемых деталей и обеспечить контролируемое радиальное воздействие на процесс оплавления и осадки с целью обеспечения высокого качества сварного соединения.

Результатом решения технической задачи является возможность радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей с соотношением S - толщина стенки к D - наружному диаметру трубы - S/D≤0,0245 без деформации деталей и образования грата во внутренней полости.

Техническая задача по способу радиальной сварки трением вращения трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб путем взаимного сопряжения свариваемых деталей, преимущественно труб, по двум посадочным поверхностям разного диаметра с начальным натягом по одной из них, относительного вращения деталей, торможения и выдержки их для охлаждения решается, согласно изобретению, тем, что взаимное сопряжение свариваемых деталей осуществляют по цилиндрической сопрягаемой посадочной поверхности при радиусе наружной фаски конца трубы, переходящей в коническую поверхность торца, равном 5-6 величинам радиуса перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу раструба, с начальным зазором по другой посадочной поверхности между сопрягаемыми коническими поверхностями торца трубы и конуса раструба, равным не более 1/3 величины наименьшей из толщин стенок свариваемых деталей, и сдавливают их между собой заданным радиальным усилием оплавления стенки деталей, затем, после торможения, вдвигают конец трубы по оси раструба до соприкосновения с заданным усилием, торца трубы и конуса раструба, причем окружные осевые и радиальные усилия прикладывают к свариваемым деталям равномерно распределенными по цилиндрическим поверхностям деталей: наружной - раструба, внутренней - конца трубы непосредственно в зоне контакта деталей по посадочным поверхностям, по всей его длине вдоль оси, при этом радиальные усилия, прикладываемые снаружи и изнутри, взаимно уравновешивают, после чего сдавливают между собой заданным радиальным усилием осадки стенки деталей.

Кроме того, величину радиального усилия осадки наращивают во времени за счет увеличения во времени площади места приложения радиального усилия осадки к внутренней поверхности трубы изменением ширины места приложения вдоль оси с нуля от конца трубы до максимума у торца раструба, при этом площадь места приложения радиального усилия оплавления на внутреннюю поверхность трубы сокращают во времени в обратном порядке, причем удельные давления по площади радиальных усилий осадки и плавления сохраняют постоянными и равными заданной величине, а величину удельного давления по площади радиального усилия на наружнюю поверхность раструба наращивают во времени адекватно наращиванию во времени усредненной величины удельного давления радиальных усилий на внутреннюю поверхность трубы с учетом соотношения величин площадей мест их приложения.

Усредненная величина удельного давления где q_опл и V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления; q_ос и V_oc - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки.

Техническая задача по I варианту устройства для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающего зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосно зажиму, раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, решается, согласно изобретению, за счет того, что зажим содержит тороидальную, сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб и выполненную из армированного эластомера, при этом внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, причем раздвижная цилиндрическая оправка, размещенная внутри трубы с возможностью вращения и передачи крутящего момента от привода, также содержит тороидальную пневмокамеру, выполненную из армированного эластомера, внешняя поверхность наружной части оболочки которой, обращенная к внутренней поверхности трубы и сопряженная с ней, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом, не выходит за габариты по оси контакта сопрягаемых цилиндрических поверхностей раструба и трубы, а диаметр в нерабочем состоянии меньше внутреннего диаметра трубы на 2-3 мм, причем пневмокамера через внутреннее сверление в оправке сообщена с блоком клапанов.

Техническая задача по II варианту устройства для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающего зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосно зажиму, раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, решается, согласно изобретению, за счет того, что зажим содержит тороидальную, сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб, выполненную из армированного эластомера, при этом внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, причем раздвижная цилиндрическая оправка имеет диаметр на 2-3 мм меньше диаметра трубы, содержит две соосно установленные тороидальные пневмокамеры, выполненные из армированного эластомера, сообщенные через внутренние сверления в оправке с блоком клапанов и размещенные в глухих цилиндрических расточках оправки, обращенных друг к другу открытой стороной, таким образом, что пневмокамеры вплотную через антифрикционные шайбы примыкают боковыми сторонами друг к другу, а внешняя поверхность наружной части оболочек пневмокамер образует единую рабочую поверхность во время процесса осадки, сопряженную частью с внутренней поверхностью расточек, а частью, выходящей в разрыв между краями внешних обечаек, сопряженную с внутренней поверхностью трубы, при этом в нерабочем состоянии диаметр этой части рабочей поверхности на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы, причем между боковыми сторонами пневмокамер, на среднем диаметре их полостей, соосно с ними размещен толкатель в виде полого цилиндра длиной более чем две ширины раструба, сопряженный по цилиндрическим поверхностям с зазором с антифрикционными шайбами, а торцами - с боковой стороной оболочек пневмокамер, внедряя часть их внутрь полостей пневмокамер и образуя тем самым из них незамкнутые плоские в сечении тороидальные камеры, обращенные друг к другу открытой стороной, размещенные внутри полостей пневмокамер. Оправка намагничена и вывешена по оси устройства в магнитном подвесе.

Сущность изобретения поясняется чертежами: Фиг.1 - продольный разрез устройства по I варианту; Фиг. 2 - фрагмент А продольного разреза; Фиг.3 - продольный разрез устройства по II варианту.

Устройство по I варианту содержит (см. Фиг.1) зажим 1, закрепленный на основании с тороидальной пневмокамерой 2, состоящей из оболочки 3 из армированного эластомера с привулканизированными щайбами 4. Оболочка 3 с шайбами 4 установлена в расточке зажима 1 и закреплена в нем винтами 5 и крышкой 6. Пневмокамера 2 сообщена трубопроводом 7 с блоком управляющих клапанов (на Фиг. 1, 3 не показаны) пневмосистемы подвода и распределения сжатого воздуха в пневмокамере 2. Управление работой пневмокамеры 2 осуществляется блоком клапанов по сигналам командоаппарата по заданной программе. Рабочая поверхность 8 оболочки 3 сопрягается с наружной поверхностью раструба 9, на который насажена пневмокамера 2. Диаметр рабочей поверхности 8 на 2-3 мм в нерабочем состоянии больше диаметра раструба 9. Рабочая поверхность 8 по ширине В равна ширине наружной поверхности раструба 9 и полностью совпадает с ней. Раструб 9 образован на конце трубопровода 10, с которым сваривают трубу 11. Внутри трубы 11 размещена раздвижная цилиндрическая оправка 12, на которой установлена тороидальная пневмокамера 13, состоящая из оболочки 14 с привулканизированными шайбами 15, изготовленная из армированного эластомера. Оболочка 14 с помощью винтов 16 и крышки 17 установлена в расточке оправки 12. Оправка 12 имеет хвостовик 18, выходящий из свободного конца трубы 11 и соединенный с приводом (на Фиг.1, 3 не показан), осуществляющим при необходимости перемещение оправки 12 вдоль оси и вращение ее с передачей крутящего момента. Рабочая поверхность 19 оболочки 14 по ширине В равна ширине контакта на посадочной цилиндрической поверхности, образованного сопряжением с нулевым начальным зазором внутренней поверхности раструба 9 трубопровода 10 с наружной поверхностью трубы 11, и сопрягается с внутренней поверхностью трубы 11.

Диаметр рабочей поверхности 19 в нерабочем состоянии на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы 11. Рабочие поверхности 8 пневмокамеры 2 и 19 пневмокамеры 13, контакт внутренней поверхности раструба 9 и наружной поверхности трубы 11 находятся в створе ширины В раструба 9. Пневмокамера 13 внутренним сверлением 20 сообщена с блоком клапанов пневмосистемы. Оправка 12 намагничена и вывешена по оси устройства в магнитном подвесе 21 для компенсации веса оправки 12.

Устройство по варианту II содержит (см. Фиг.3) две соосные пневмокамеры: переднюю 22 и заднюю 23, состоящие из оболочек соответственно 24 и 25, изготовленные из армированного эластомера и установленные соответственно в расточках 26 и 27 оправки 12, связанной хвостовиком 18 с приводом вращения и перемещения оправки 12 вдоль оси. Пневмокамеры 22, 23 сообщены через внутренние сверления 28, 29 с блоком клапанов пневмосистемы. Пневмокамеры 22 и 23 установлены вплотную боковыми сторонами оболочек 24, 25 через антифрикционные шайбы 30, 31 (например, фторопластовые). Между боковыми сторонами оболочек 24, 25 на среднем диаметре пневмокамер 22, 23 между антифрикционными шайбами 30, 31 установлен толкатель 33, изготовленный из прочного легкого материала в виде полого цилиндра длиной более 2В, сопрягаемый торцами с оболочками 24, 25 и по цилиндрическим поверхностям с зазором с антифрикционными шайбами 30, 31. Рабочие поверхности 32, 34 оболочек 24, 25 имеют возможность образовать единую рабочую поверхность на внутренней поверхности трубы 11. Диаметр ее в нерабочем состоянии на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы 11. Диаметр оправки 12 также меньше на 2-3 мм внутреннего диаметра трубы 11. Часть рабочих поверхностей 32, 34 оболочек 24, 25 сопрягается с внутренней цилиндрической поверхностью расточек 26, 27; другая часть выходит в разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 и сопрягается внутренней поверхностью трубы 11 в створе ширины В раструба 9. Обечайка 36 из конструктивных соображений выполнена съемной. Оболочки 24, 25 закреплены с помощью винтов 37 и колец 38 к днищам 39 расточек 26, 27. Торцы толкателя 33 внедряют части 40, 41 боковых сторон оболочек 24, 25 внутрь полостей камер 22, 23, образуя тем самым из них незамкнутые плоские в сечении тороидальные камеры, обращенные друг к другу открытой стороной.

Способ осуществляют следующим образом. На конце трубы 11 (см. Фиг.2) выполняют фаску радиусом R₁, переходящую в коническую поверхность 42 торца трубы 11. Величина R₁ в 5-6 раз больше величины радиуса R₂ перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу 43 раструба 9. Конец трубы 11 вставляют в раструб 9, сопрягая их таким образом по цилиндрической посадочной поверхности с зазором, наименьшая величина которого равна нулю, и вдвигают трубу 11 по оси, обеспечивая начальный зазор k по другой посадочной поверхности между сопрягаемыми коническими поверхностями торца 42 трубы 11 и конуса 43 раструба 9. Величину зазора k выбирают не более 1/3 величины наименьшей из толщин свариваемых деталей 9, 11. Раструб 9 фиксируют пневмокамерой 2 зажима 1, трубу 11 - пнемокамерой 13 оправки 12. Радиальные усилия, создаваемые пневмокамерами 2 и 13, всегда поддерживаются равными при любом режиме: как плавления, так и осадки. Стенки раструба 9 и трубы 11 сдавливают между собой пневмокамерами 2 и 13 с заданным радиальным усилием оплавления, равномерно распределенным по поверхности деталей 9, 11 непосредственно в зоне сварки, создавая между ними натяг контролируемой величины. Приводом через хвостовик 18 и оправку 12 приводят во вращение трубу 11. Трубопровод 10 с раструбом 9 остается неподвижным. Сила трения рабочих поверхностей 8, 19 пневмокамер 2 и 13 по поверхностям свариваемых деталей 9, 11 больше, чем сила трения между деталями 9, 11, поскольку удельное давление рабочих поверхностей 8, 19 на детали 9, 11 больше за счет жесткости деталей 9, 11, чем удельное давление в контакте между деталями 9, 11, поэтому рабочие поверхности 8, 19 удерживают детали 9, 11 без проскальзывания. За счет силы трения и относительного вращения свариваемых деталей 9, 11 в контакте между ними шириной по оси В выделяется тепло, оплавляющее поверхностный слой свариваемых деталей 9, 11. Образуется слой расплава термопластичного полимерного материала деталей 9, 11. Слой расплава защищен от влияния атмосферы. Затем вращение трубы 11 прекращают и сдвигают ее по оси внутрь раструба 9 до соприкосновения с заданным усилием торца 42 и конуса 43. После этого стенки свариваемых деталей 9, 11 сдавливают с заданным радиальным усилием осадки с помощью пневмокамер 2, 13. При этом расплав из контакта свариваемых деталей 9, 11 выдавливается, унося с собой все поверхностные ингредиенты, образовавшиеся на деталях 9, 11 до сварки, освобождая для контакта ювенильные поверхности деталей 9, 11. Радиальные усилия пневмокамеры 2 зажима на раструб 9 увеличиваются с увеличением радиального усилия пневмокамеры 13 на внутреннюю поверхность трубы 11, обеспечивая тем самым радиальное равновесие стенок свариваемых деталей 9, 11 в пределах величины осадки. В таком положении соединение выдерживают до полного охлаждения. Основная часть расплава, выдавливаемая из контакта, изливается наружу, образуя наружний грат, легко удаляемый. Незначительная часть расплава изливается в полость 44, образовавшуюся при смыкании поверхностей 42, 43 между поверхностями, описываемыми радиусами R₁ и R₂. Плотный герметичный контакт между поверхностями 42 и 43, к тому же заклиниваемый быстро остывающим от контакта с холодными поверхностями расплавом, предотвращает вытекание расплава внутрь и образование внутреннего грата. Зазор k предусмотрен из чисто технологических соображений для того, чтобы предотвратить образование расплава на поверхностях 42, 43. Незначительная часть расплава, вытекшая из контакта под воздействием радиальных усилий оплавления при сдвиге трубы 11, будет захвачена и заклинена между деталями 9, 11. Расплав, вытекший из контакта под воздействием радиальных усилий осадки, будет закупорен в полости 44.

Контроль равномерно распределенных по поверхности свариваемых деталей 9, 11 радиальных усилий оплавления и осадки, отсутствие неконтролируемого начального натяга по посадочной цилиндрической поверхности, а также уравновешивание наружных и внутренних радиальных усилий между собой позволяют получить контролируемые надежность и качество сварного соединения без значительного ослабления стенок деталей 9, 11 за счет их утончения при оплавлении. Приложение радиальных, осевых и окружных усилий к материалу свариваемых деталей, прилагающему к поверхностям, участвующим в процессе сварки, непосредственно в зоне контакта, равномерное их распределение по поверхности, отсутствие промежуточных зон деталей, посредничающих в передаче усилий от места приложения к месту их применения, а также уравновешивание наружных и внутренних радиальных усилий позволяют осуществить процесс сварки без сварочных деформаций свариваемых деталей. Магнитная подвеска оправки 12 позволяет избежать неравномерного по окружности радиального силового воздействия веса оправки 12 на сварное соединение.

Способ осуществляют также со следующими дополнениями. Радиальные усилия плавления на внутреннюю поверхность трубы 11 создают задней пневмокамерой 23, рабочая поверхность 34 оболочки 25 которой в это время сопрягается с внутренней поверхностью трубы 11. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем переднем положении и ее оболочка 25 выходит в разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 оправки 12. Передняя пневмокамера 22 находится полностью в расточке 26. Пневмокамерой 2 зажима 1 создают радиальное усилие, равное по величине и обратное по направлению радиальному усилию оплавления, создаваемому пневмокамерой 23. После торможения и сдвига по оси трубы 11 в раструб 9 в переднюю пневмокамеру 22 подают сжатый воздух давлением, создающим заданное радиальное усилие осадки. Пневмокамерой 22 начинают вытеснять пневмокамеру 23 с давлением сжатого воздуха, обеспечивающим радиальное усилие оплавления, из крайнего переднего положения, и рабочая поверхность 32 оболочки 24 начинает постепенно занимать разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27, вступая в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11, постепенно увеличивая площадь места приложения радиального усилия осадки. Рабочая поверхность 34 оболочки 25 задней пневмокамеры 23 постепенно уступает место сопряжения с внутренней поверхностью трубы 11, освобождая разрыв между краями обечаек 35, 36 расточек 26, 27 и уменьшая площадь места приложения радиального усилия оплавления к внутренней поверхности трубы 11. Граница между рабочими поверхностями 32 и 34 постепенно сдвигается в сторону выхода из раструба 9. Скачок величины радиальных усилий в сторону увеличения движется вместе с границей, производя выдавливание расплава из контакта свариваемых деталей 9, 11 наружу и тем самым направляя течение расплава в нужную, наружу, сторону, освобождая ювенильные поверхности свариваемых деталей 9, 11 для контакта между собой.

Процесс выдавливания расплава подобен процессу работы перистальтического насоса. После сдавливания ювенильных поверхностей радиальным усилием осадки по всей площади контакта соединение оставляют в таком положении для охлаждения. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем заднем положении в расточке 27. Передняя пневмокамера 22 находится также в крайнем заднем положении. По мере изменения соотношения радиальных усилий оплавления и осадки на внутреннюю поверхность трубы 11 давление воздуха в пневмокамере 2 устанавливают величиной, адекватной усредненной величине удельных давлений радиальных усилий оплавления и осадки с учетом соотношения величин площадей мест их приложения к внутренней поверхности трубы 11.

Усредненная величина удельного давления где q_опл и V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления; q_oc и V_ос - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки. Перистальтический способ выдавливания расплава из контакта позволяет полностью исключить возможность возникновения грата внутри полости трубопровода 10.

Радиальные, окружные и осевые усилия, прикладываемые к цилиндрическим поверхностям свариваемых деталей 9 и 11 со стороны пневмокамер 2 и 13 в I варианте и пневмокамер 2, 22 и 23 во II варианте устройства, равномерно распределены по поверхности сопряжения пневмокамер 2, 13, 22, 23 со свариваемыми деталями 9, 11. Равномерное распределение обеспечивается тем, что армированный эластомер, из которого изготовлены оболочки 3 и 14 пневмокамер 2 и 13 и оболочки 24 и 25 пневмокамер 22, 23, обладает, как известно, значительной изгибной податливостью, что изначально присуще тонкостенным оболочкам, и значительной жесткостью на сдвиг и растяжение. Равномерно распределенное по поверхности давление сжатого воздуха изнутри пневмокамер 2, 13, 22, 23 на части оболочек 3, 14, 24, 25, обладающие возможностью выпучивания наружу, с учетом того, что ширина этих участков превышает ширину рабочих поверхностей В оболочек 3, 14, 24, 25, создает равномерно распределенное по рабочей поверхности В оболочек 3, 14, 24, 25 радиальное усилие на свариваемые детали 9, 11, которое за счет сил трения армированного эластомера о материал деталей 9, 11 обеспечивает равномерно распределенное по поверхности приложение окружного и осевого усилий к деталям 9, 11, передаваемых оболочками 3, 14, 24, 25 за счет жесткости армированного эластомера на сдвиг и растяжение. Изначальная жесткость армированного эластомера повышается под воздействием давления сжатого воздуха в полостях пневмокамер 2, 13, 22, 23. Передача усилий в этом случае аналогична передаче усилий пневмошинами транспортных средств на грунт. Величины участков оболочек 3, 14, 24, 25, подвергаемые сдвигу и растяжению, незначительны по сравнению с шириной В рабочих поверхностей оболочек 3, 14, 24, 25, и имеющие место смещения эластомера на этих участках незначительны и не оказывают существенного влияния на процесс осуществления способа.

Способ позволяет избежать сварочных деформаций свариваемых деталей и обеспечить контролируемые надежность и качество сварного соединения с гарантированным отсутствием грата на внутренней поверхности трубопровода.

Устройство по I варианту работает следующим образом (фиг.1). Трубопровод 10 при свободном за счет диаметрального зазора 2-3 мм между ним и пневмокамерой 2 осевом его перемещении внутри пневмокамеры 2 зажима 1 устанавливают таким образом, чтобы раструб 9 трубопровода 10 совпал по ширине В со створом рабочей поверхности 8 оболочки 3 пневмокамеры 2. Готовый, сваренный трубопровод 10 по всей своей длине размещен на опорах (на Фиг.1 не показаны), обеспечивающих его положение строго по оси устройства.

Блоком клапанов пневмосистемы по сигналу командоаппарата подают сжатый воздух в пневмокамеру 2 с давлением, достаточным для создания радиальных усилий пневмокамеры 2 на внешнюю цилиндрическую поверхность раструба 9, фиксирующих трубопровод 10 от самопроизвольного смещения по оси.

Затем в раструб 9 вставляют конец трубы 11 и продвигают ее по оси далее, что происходит вполне свободно, без особых осевых усилий, поскольку труба 11 и раструб 9 сопрягаются по цилиндрической посадочной поверхности с нулевым натягом до тех пор, пока конец трубы 11 не войдет в исходное положение, в сопряжение с раструбом 9, по другой посадочной поверхности с зазором k величиной не более 1/3 величины наименьшей из толщин свариваемых деталей 9, 11 между конической поверхностью торца 42 трубы 11 и конической поверхностью конуса 43 раструба 9. Запасовку трубы 11, лежащей на опорах (не показаны на фйиг. 1), обеспечивающих трубе 11 возможность осевого перемещения и вращения вокруг оси, производят с помощью цилиндрической разжимной оправки 12, на которую насажена труба 11, таким образом, чтобы край конца трубы 11 совпадал с передней, по направлению движения свариваемого трубопровода (на фиг. справа налево), границей рабочей поверхности 19 пневмокамеры 13 оправки 12. При этом блоком клапанов пневмосистемы по сигналу командоаппарата подают в пневмокамеру 13 сжатый воздух с давлением, достаточным для создания радиальных усилий пневмокамеры 13 на внутреннюю поверхность трубы 11, фиксирующих трубу 11 от ее самопроизвольного смещения относительно оправки 12, привод которой (не показан на фиг. 1) через хвостовик 18 обеспечивает как осевое перемещение, так и вращение вокруг оси. Оправка 12 намагничена, при запасовке трубы 11 в раструб 9 попадает в магнитное поле магнитного подвеса 21, что позволяет вывесить ее по оси устройства, предотвратить тем самым воздействие веса оправки 12 на трубу 11. После установки трубы 11 в раструб 9 в исходном положении рабочая поверхность пневмокамеры 13 по ширине попадает в створ ширины В раструба 9. В пневмокамеры 2 и 13 подают сжатый воздух с давлением до 0,25 МПа, обеспечивающим создание радиальных усилий снаружи на цилиндрическую поверхность раструба 9 и изнутри на внутреннюю поверхность трубы 11, равных по величине и направленных навстречу, тем самым уравновешивающих друг друга, сдавливающих стенки раструба 9 и конца трубы 11 между собой по цилиндрической посадочной поверхности с давлением оплавления в контакте величиной до 0,2 МПа.

Давление сжатого воздуха в пневмокамерах 2 и 13 выбирается, поддерживается и контролируется такой величины в зависимости от жесткости свариваемых деталей 9, 11 (т.е. от соотношения толщины стенки и среднего диаметра деталей 9, 11), чтобы обеспечить оптимальную величину давления оплавления. Радиальные усилия равномерно распределены по поверхности, приложены к материалу деталей 9. 11, примыкающему к поверхностям, контактирующим по цилиндрической посадочной поверхности, непосредственно в зоне контакта. Приводом через хвостовик 18 приводят во вращение оправку 12, увлекающую за собой трубу 11, обеспечивая относительную скорость вращения в контакте до 3 м/сек. Трубопровод 10 удерживается от вращения пневмокамерой 2 зажима 1. Окружные усилия равномерно распределены по поверхности свариваемых деталей 9, 11, приложены к материалу деталей 9, 11, примыкающему к поверхностям, контактирующим в сопряжении по цилиндрической посадочной поверхности, непосредственно в зоне контакта. После оплавления контактирующих поверхностей и получения минимально необходимого для обеспечения качественной сварки, при условии допустимого утончения стенок свариваемых деталей 9, 11, слоя расплава в контакте материала деталей 9, 11 требуемой толщины, что определяется соотношением выбранных скорости вращения, давления и времени оплавления, вращение трубы 11 останавливают. В процессе оплавления из контакта свариваемых деталей 9, 11 под давлением оплавления вытесняется незначительное количество расплава, которое, соприкасаясь с холодными поверхностями деталей 9, 11, загустевает и собирается комком 45 в клиновидной полости, образованной поверхностью фаски с радиусом R₁ конца трубы 11 и внутренней цилиндрической поверхностью раструба 9. Загустевший комок 44 расплава материала схватывается с поверхностью деталей 9, 11 за счет адгезии между родственными материалами и закупоривает выход дальнейшему стеканию расплава из контакта. После торможения приводом через штангу 18 и оправку 12 сдвигают трубу 11 до выбора зазора k и сжатия с давлением до 0,5 МПа конических поверхностей конуса 43 и торца 42 трубы 11.

Загустевший комок 45 расплава частью захватывается и заклинивается между внутренней поверхностью раструба 9 и фаской с радиусом R₁, остальное собирается в полости 44. Таким образом, гарантированного герметизируется возможный путь расплава во внутреннюю полость трубопровода 10. Блоком клапанов подают сжатый воздух с давлением 0,55 МПа в пневмокамеры 2 и 13, обеспечивая тем самым радиальное усилие осадки с давлением в контакте величиной до 0,5 МПа. Расплав извергается под давлением из контакта наружу на внешнюю поверхность трубы 11, откуда он легко убирается. Расплав уносит с собой загрязнения и ингредиенты химического воздействия окружающей среды на свариваемые поверхности деталей 9, 11, освобождая для контакта и сварки между собой ювенильные поверхности деталей 9, 11.

После смыкания ювенильных поверхностей соединение выдерживают для охлаждения, затем сбрасывают давление сжатого воздуха в пневмокамере 2 до нуля, обеспечивая диаметральный зазор 2-3 мм между рабочей поверхностью 8 пневмокамеры 2 зажима 1 и наружной поверхностью раструба 9, а в пневмокамере 13 сбрасывают давление воздуха до минимального уровня для обеспечения необходимого сцепления между трубопроводом 11 и оправкой 12 и далее приводом через хвостовик 18 и оправку 12 сдвигают сваренный трубопровод 10 влево до тех пор, пока раструб 9 приваренной трубы 11 не окажется в зажиме 1. Затем в пневмокамере 13 давление воздуха сбрасывают до нуля, обеспечивая тем самым диаметральный зазор 2-3 мм между рабочей поверхностью 19 пневмокамеры 13 и внутренней поверхностью трубы 11.

Оправку 12 сдвигают вправо, освобождая место для подачи следующей привариваемой трубы 11.

Устройство по II варианту работает таким же образом, что по I варианту со следующими отличиями. Задняя пневмокамера 23 находится в крайнем переднем положении, оттеснив в крайнее переднее положение в расточку 26 переднюю пневмокамеру 22. Рабочая поверхность 34 пневмокамеры 23 сопрягается в разрыве между краями обечаек 35, 36 с внутренней поверхностью трубы 11. При таком положении пневмокамер 22 и 23 осуществляют фиксацию, вращение и сдвиг по оси трубы 11 и создание удельного давления радиального усилия оплавления в контакте между свариваемыми деталями 9, 11, подавая в пневмокамеру 23 сжатый воздух с давлением 0,25 МПа, с таким же давлением подают сжатый воздух в пневмокамеру 2 зажима 1, обеспечивая тем самым уравновешивание радиальных усилий на стенки деталей 9, 11. После торможения вращения трубы 11 ее немедленно подают по оси до сжатия поверхностей: 42 трубы 11 и 43 раструба 9 с давлением до 0,5 МПа. После этого, сразу же, подают сжатый воздух с давлением до 0,55 МПа в пневмокамеру 22, и она начинает вытеснять в крайнее заднее положение пневмокамеру 23, в которой сохраняется давление сжатого воздуха величиной до 0,25 МПа. Толкатель 33 начинает сдвигаться назад, величина его хода - 2В - две величины ширины раструба 9. Часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 облегает толкатель 33, при этом оболочка 25 начинает сворачиваться, освобождая рабочую поверхность трубы 11, и увлекаемая толкателем 33 своей частью 41 внедряется в полость пневмокамеры 23. Таким образом, предотвращается скольжение рабочей поверхности 34 по внутренней поверхности трубы 11 и создание осевых усилий на трубу 11. Часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 вслед за толкателем 33 начинает выворачиваться наружу из полости пневмокамеры 22 и входить своей рабочей поверхностью 32 в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11, занимая место, освобождаемое частью 41 оболочки 25 пневмокамеры 23.

Процесс этот идет без скольжения в разрыве между краями обечаек 35, 36 по внутренней поверхности труб 11, не создавая осевых усилий, могущих создать в контакте свариваемых деталей 9, 11 сдвиговые напряжения. Это обеспечивается тем, что часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 входит в сопряжение с внутренней поверхностью трубы 11 методом обкатывания без скольжения подобно раскатыванию рулона ковра по полу и аналогично часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 выходит из сопряжения с внутренней поверхностью трубы 11 методом скатывания без скольжения подобно скатыванию ковра с пола в рулон. В целом, в комплексе, эти два процесса: раскатывание и скатывание подобны процессу обкатывания без скольжения цилиндра по поверхности, где перемещение по поверхности мгновенного центра вращения цилиндра соответствует перемещению границы между рабочими поверхностями 32 и 34 оболочек 24 и 25. Толкатель 33 двигается под воздействием разницы давлений в пневмокамерах 22, 23. Сворачиваемая часть 41 оболочки 25 пневмокамеры 23 движется по радиусу в направлении толкателя 33. Выворачиваемая часть 40 оболочки 24 пневмокамеры 22 движется по радиусу в направлении к внутренней поверхности трубы 11. Антифрикционные шайбы 30, 31, разделяющие движущиеся навстречу друг другу сворачиваемую часть 41 оболочки 25 и выворачиваемую часть 40 оболочки 24, снижают до минимума усилие трения между ними. Двигающаяся граница между отступающей рабочей поверхностью 34 оболочки 25 пневмокамеры 23 с давлением сжатого воздуха до 0,25 МПа и наступающей рабочей поверхностью 32 оболочки 24 пневмокамеры 22 с давлением сжатого воздуха до 0,55 МПа создает двигающийся по направлению к выходу (торцу) из раструба 9 скачок удельного давления в контакте между свариваемыми деталями 9, 11, гонящий перед собой, за счет движущегося фронта сжимающихся между собой ювенильных поверхностей свариваемых деталей 9, 11, расплав материала деталей 9, 11.

Таким образом, расплав перистальтическим способом вытесняется наружу из контакта между деталями 9, 11. За скачком удельного давления остаются сжатые между собой удельным давлением осадки величиной до 0,5 МПа ювенильные поверхности свариваемых деталей 9, 11 и выдерживаются так до полного охлаждения сварного соединения. Снаружи в месте между краем раструба 9 и наружной поверхностью трубы 11 образуется грат, который легко может быть удален. На внутренней поверхности трубпровода 10 грат не образуется, поскольку расплав материала наоборот отгоняется от сопряжения сжатых между собой торца 12 трубы 11 и конуса 43 раструба 9, и ни в коем случае не может ни при каких условиях проникнуть внутрь трубопровода 10. По мере движения скачка удельного давления по внутренней поверхности трубы 11 общее суммарное радиальное усилие на внутреннюю поверхность трубы 11 возрастает, адекватно ему возрастает удельное радиальное усилие на наружнюю поверхность раструба 9 путем повышения давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 зажима 1. Повышение давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 происходит по программе, заложенной в командоаппарат, управляющий блоком клапанов пневмосистемы, в конечном счете выражаемый соотношением где q_ycp - удельное давление радиального усилия, создаваемого пневмокамерой 2 на поверхность раструба 9; q_опл•V_опл - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления, создаваемого пневмокамерой 23 на внутреннюю поверхность трубы, и площадь места приложения усилия; q_ос и V_oc - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки, создаваемого пневмокамерой 22 на внутреннюю поверхность трубы 11.

Практически это сводится к поддержанию определенного, изменяемого по времени, соотношения расходов сжатого воздуха в пневмокамеры 2 и 22 и расхода воздуха из пневмокамеры 23, что вполне технически осуществимо. После осадки и выдержки сбрасывают давление в пневмокамере 22 до минимального и давление в пневмокамере 23 до уровня, превышающего давление в пневмокамере 22, обеспечивающего возврат пневмокамер 22 и 23 в крайнее переднее положение и фиксацию трубы 11 на оправке 12 для дальнейших манипуляций с нею, как описано в работе устройства по I варианту. Снижение давления сжатого воздуха в пневмокамере 2 идет до нуля одновременно со снижением давлений воздуха в пневмокамерах 22 и 23. Намагниченная оправка 12 вывешивается по оси устройства в магнитном подвесе 21 с целью предотвращения влияния ее веса на сварочное соединение.

Практическими примерами осуществления изобретения являются сварка трубопроводов из полиэтилена высокого давления.

Пример 1.

Диаметр трубы D, мм - 90_+0,3 ^+0,6 Толщина стенки S, мм - 2,2 Соотношение S/D=0,0244 Диаметр раструба, мм - 90_+0,6 ^+0,9
Зазор 0^+0,6
Пример 2.

Диаметр трубы D, мм - 140_+0,3 ^+0,6
Толщина стенки S, мм - 3,5
Соотношение S/D=0,025
Диаметр раструба, мм - 140_+0,6 ^+0,9
Зазор 0^+0,6
Пример 3.

Диаметр трубы D, мм - 315_+0,3 ^+0,8
Толщина стенки S, мм - 7,7
Соотношение S/D=0,0244
Диаметр раструба, мм - 315_+0,8 ^+1,3
Зазор 0^+1,0
Режим сварки.

Давление воздуха в пневмокамере зажима и оправки, МПа: оплавления до 0,25; осадки до 0,55
Скорость вращения, м/сек - до 3.

Использование изобретения в практике позволит осуществлять радиальную сварку трением вращения тонкостенных трубчатых деталей враструб без сварочных искажений геометрической формы свариваемых деталей, без образования грата внутри полости деталей на сварном шве и с высоким качеством сварного шва.

Формула изобретения

1. Способ радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров в раструб путем взаимного сопряжения свариваемых деталей, преимущественно труб, по двум посадочным поверхностям разного диаметра, относительного вращения деталей, торможения и выдержки их для охлаждения, отличающийся тем, что взаимное сопряжение свариваемых деталей осуществляют по цилиндрической сопрягаемой посадочной поверхности при радиусе наружной фаски конца трубы, переходящей в коническую поверхность торца, равном 5-6 величинам радиуса перехода от внутренней цилиндрической поверхности к конусу раструба, с начальным зазором по другой посадочной поверхности между сопрягаемыми коническими поверхностями торца трубы и конуса раструба, равным не более 1/3 величины наименьшей из толщин стенок свариваемых деталей, сдавливают между собой заданным радиальным усилием оплавления стенки деталей, а после торможения вдвигают конец трубы по оси раструба до соприкосновения с заданным усилием торца трубы и конуса раструба, причем окружные, осевые и радиальные усилия прикладывают к свариваемым деталям равномерно распределенными по цилиндрическим повехностям деталей: наружной - раструба, внутренней - конца трубы, непосредственно в зоне контакта деталей по посадочным поверхностям по всей длине вдоль оси, при этом радиальные усилия, прикладываемые снаружи и изнутри, взаимно уравновешивают, после чего сдавливают между собой заданным радиальным усилием осадки стенки деталей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину радиального усилия осадки наращивают во времени за счет увеличения во времени площади места приложения радиального усилия осадки к внутренней поверхности трубы изменением ширины места приложения вдоль оси с нуля от конца трубы до максимума у торца раструба, при этом площадь места приложения радиального усилия оплавления на внутреннюю поверхность трубы сокращают во времени в обратном порядке, причем удельные давления по площади радиальных усилий осадки и оплавления сохраняют постоянными и равными заданной величине, а величину удельного давления по площади радиального усилия на наружную поверхность раструба наращивают во времени адекватно наращиванию во времени усредненной величины удельного давления радиальных усилий на внутреннюю поверхность трубы с учетом соотношения величин площадей мест их приложения, при этом усредненная величина удельного давления

где q_опл и V_опл – удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия оплавления;

q_ос и V_oc - удельное давление и площадь места приложения удельного давления радиального усилия осадки.

3. Устройство для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающее зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосную зажиму раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, отличающееся тем, что зажим содержит тороидальную сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб и выполненную из армированного эластомера, при этом внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, причем раздвижная цилиндрическая оправка, размещенная внутри трубы с возможностью вращения и передачи крутящего момента от привода, также содержит тороидальную пневмокамеру, выполненную из армированного эластомера, внешняя поверхность наружной части оболочки которой, обращенная к внутренней поверхности трубы и сопряженная с ней, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом, не выходит за габариты по оси контакта сопрягаемых цилиндрических поверхностей раструба и трубы, а диаметр в нерабочем состоянии меньше внутреннего диаметра трубы на 2-3 мм, причем пневмокамера через внутреннее сверление в оправке сообщена с блоком клапанов.

4. Устройство для радиальной сварки трением вращения тонкостенных трубчатых деталей из термопластичных полимеров враструб, преимущественно труб, включающее зажим с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленный на основании устройства, соосную зажиму раздвижную цилиндрическую оправку с приводом для перемещения вдоль оси, пневмосистему подвода и распределения сжатого воздуха, командоаппарат и блок клапанов пневмосистемы, отличающееся тем, что зажим содержит тороидальную сообщенную с блоком клапанов пневмокамеру, насаженную на раструб и выполненную из армированного эластомера, внешняя поверхность внутренней части оболочки пневмокамеры, обращенная к оси, является рабочей, совпадает по ширине с раструбом и сопряжена с ним, а диаметр превышает в нерабочем состоянии диаметр раструба на 2-3 мм, кроме того раздвижная цилиндрическая оправка имеет диаметр на 2-3 мм меньше диаметра трубы, содержит две соосно установленные тороидальные пневмокамеры, выполненные из армированного эластомера, сообщенные через внутренние сверления в оправке с блоком клапанов и размещенные в глухих цилиндрических расточках оправки, обращенных друг к другу открытой стороной таким образом, что пневмокамеры вплотную через антифрикционные шайбы примыкают боковыми сторонами друг к другу, а внешняя поверхность наружной части оболочек пневмокамер образует единую рабочую поверхность во время процесса осадки, сопряженную частью с внутренней поверхностью расточек, а частью, выходящей в разрыв между краями внешних обечаек расточек, сопряженную с внутренней поверхностью трубы, при этом в нерабочем состоянии диаметр этой части рабочей поверхности на 2-3 мм меньше внутреннего диаметра трубы, причем между боковыми сторонами пневмокамер на среднем диаметре их полостей соосно с ними размещен толкатель в виде полого цилиндра длиной, более чем две ширины раструба, сопряженный по цилиндрическим поверхностям с зазором с антифрикционными шайбами, а торцами - с боковой стороной оболочек пневмокамер, внедряя часть их внутрь полостей пневмокамер и образуя тем самым из них незамкнутые плоские в сечении тороидальные камеры, обращенные друг к другу открытой стороной, размещенные внутри полостей пневмокамер.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что оправка намагничена и вывешена по оси устройства в магнитном подвесе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3