連接樹脂管的方法及其設備的製作方法
2023-12-09 03:24:16 2
專利名稱：連接樹脂管的方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及連接樹脂管的方法和設備。更為具體地說，本發明涉及一種連接樹脂管的方法，樹脂管包括例如用於輸送純水和超高純水以冷卻超導線圈和製造大規模集成電路(LSI)的設備的碳氟樹脂管，用於農業和工業用水的聚氯乙烯管，和用於煤氣的聚乙烯管。本發明還涉及連接樹脂管的設備。
樹脂管一般都用如
圖12和13中所示的傳統方法來連接。在圖12所示的方法中，組成樹脂管線1的有兩根樹脂管1a，1b。樹脂管1b在其端頭部份1c處用一個噴燈或電阻加熱器予以軟化。樹脂管1b的端頭部份1c於是膨脹致使其內徑略大於樹脂管1a的形狀。然後將粘接劑20塗敷在端頭部份1c的內表面上。樹脂管1a的外表面固定到樹脂管1b的內表面上。待粘接劑20硬化後，兩根樹脂管1a，1b就被連接上了。在圖13所示的另一方法中，兩個法蘭盤21a，21b安裝在樹脂管1a，1b的周邊端上予以連接以形成樹脂管線1。該管子是用螺栓和螺母(圖中未顯示)來連接的。在另一個方法中，參看圖12，碳氟樹脂管是通過將樹脂管1a的外表面和樹脂管1b的內表面融化，然後將它們配合在一起來予以連接的。
但是，上述的傳統方法中具有管子中會產生死空間的問題。例如，在樹脂管被用以為冷卻超導線圈和製造大規模集成電路的設備輸送純水或超高純水時就會產生死空間。在圖12中所用的連接樹脂管的方法在兩根樹脂管1a，1b的連接處產生了死空間1d。如水垢等的雜質積存在死空間就使其感染上細菌。其結果是純水或超高純水在樹脂管線1內時也會含有細菌。同樣情況，在圖13所示的方法中，不可能將兩根樹脂管1a，1b完全地連接起來。在交接處出現一個小的間隙。法蘭盤在夾緊時使密封墊變形，因而在密封墊和樹脂管的內表面之間產生的死空間內存在著如水垢和細菌等的雜質。
公開在日本公開專利申請說明書(特開平)第5-87286號中的另一種連接管子的傳統方法中，兩根樹脂管從套管式管子接頭的每一邊插入，接頭中嵌有電組絲(加熱絲)。於是電流使兩根管子焊接在一起。然而，通常製造上述套管式管接頭的方法是注模法並將塗有樹脂的加熱絲插入其內。這方法不但費時也很昂貴，因為每一個管腔都要製造管接頭並且還需生產注模用的金屬模。
這種樹脂管都裝在工廠中的天花板上或管系槽內。在這些地方都很難操作。因此，複雜的方法或設備都不能用來連接樹脂管。
另一種連接樹脂管的方法公開在日本公開專利申請說明書(特開平)第5-84829號中，這裡使用調頻電力。這種方法的問題在於連接處的強度很低，因為只有樹脂管的端面是焊接在一起的，而樹脂管的焊接面積受到限制，因為加熱器安置在管接頭處。
本發明被設想來解決上述的問題，而本發明的目的是提供一種用以連接樹脂管而不會在接頭處產生死空間或間隙的簡單的方法，並提供一種適用於該方法的設備。
這種連接樹脂管的方法包括一種構形，在這構形內兩根樹脂管安放在準備連接的位置上，一個圓筒形的金屬加熱器沿著一個接頭(裡面和外面)設置。一個繞在加熱器上的線圈受到調頻電流的激勵並以感應發熱來加熱加熱器。這樣，樹脂管之間的接頭就被焊接在一起。
此外，本發明還包括一種用於連接樹脂管的設備，這種設備由一個加熱器、一個線圈和一個高頻電流發生器組成，加熱器繞著在兩根準備連接的樹脂管之間的接頭設置，線圈繞著加熱器，而高頻電流發生器用於激勵高頻電流進入線圈以便通過感應發熱的方式對加熱器進行加熱。
圓筒形金屬加熱器上最好有多個孔眼，設置在板的厚度的方向上。當然也可以使用沒有孔眼的加熱器。
加熱器的內徑最好比樹脂管的外徑大一個尺寸公差，而加熱器最好在鄰近樹脂管處被加熱。
此外，最好是加熱器的至少一種材料能從不鏽鋼、黃銅或鋁中選出。
還有，最好是加熱器有一個圓筒形的形狀，通過將一塊不鏽鋼板的兩端焊接在一起而形成。
還有，最好是設置在圓筒形表面上的多個孔眼的直徑都在0.1mm至5mm的範圍內。
還有，最好是多個孔眼被設置成幾行，而每行中的孔眼都隔開相同的間距。
還有，最好是加熱器的寬度在大約1/4至2/3的樹脂管的標稱直徑的範圍內。
還有，最好是由具有抗熱和電絕緣性能的材料構成的圓筒形制動器在加熱器的兩側繞著樹脂管設置。
還有，最好是圓筒形制動器的材料從酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂，和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂中選出。
還有，最好是由酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂中之一製成的圓筒形制動器形成帶形的並繞在樹脂管上。
還有，最好是圓筒形制動器所用的材料是用玻璃纖維加強的。
還有，最好是圓筒形金屬加熱器以這樣一種狀態繞著每根樹脂管設置，其中兩根樹脂管之間的間隔在0.1mm至10mm的範圍內。
在上述的連接樹脂管的方法和設備中，高頻電流激勵了線圈，而磁通量隨著頻率而變化。當磁通量變化時，感應電動勢就產生了。因此，感應電流流入加熱器內，而加熱器被焦耳熱所加熱。由於加熱器是圍繞著處於兩根準備連接的樹脂管之間的接頭設置的，當接頭從外面被逐漸加熱時，它首先軟化然後融化。因此，兩根樹脂管之間的接頭不是急劇加熱或用高溫加熱，因而不會有燒焦接頭或分解的樹脂開始發泡起沫的危險。其結果是，經焊接的接頭具有較高機械強度。在此方法中，樹脂管與加熱器之間的空氣受熱而膨脹，但空氣通過圓筒形板上的孔眼被釋出。因此，即使樹脂管被軟化，管內也不會產生由於空氣膨脹的凸包。也極少有可能在接頭處存積有水垢和所輸送的純水在樹脂管內受到雜物的汙染。
本發明使用了一塊圓筒形的金屬板作為加熱器。圓筒形金屬板可以在其厚度的方向上具有孔眼。當使用帶有孔眼的圓筒形金屬板時，融化的樹脂膨脹並從加熱器的圓筒形表面上的孔眼中流出。由於有可能根據融化樹脂的流出確定樹脂管的外部是否已經焊接在一起，因此有必要繼續加熱直等其內部也焊接在一起。在此之後，高頻電流即停止激勵線圈，而加熱器則停止發熱。在樹脂冷卻下來之後，加熱器和兩樹脂管之間的接頭即行連接在一起，因為在孔眼中的融化樹脂即行使制動器的功能。加熱管加強了樹脂管之間的接頭，因而樹脂管被很牢固地連接起來。取使液壓力施加在樹脂管的接頭上，加熱管也會防止管子向外膨脹。同樣情況，即使彎曲力施加其上接頭也不會破裂。
通過使加熱器的內徑比樹脂管的外徑大一個尺寸公差以及在鄰近樹脂管處對加熱器加熱就有可能幾乎均勻地圍繞著兩根樹脂管之間的接頭加熱。因此，樹脂的融化速度就能保持恆定而樹脂的被焊接部份形成一個均勻的結構。接頭的機械強度保持穩定。此外，加熱器與樹脂管之間的間隙非常之小。因此，不僅加熱器和樹脂管之間的空氣而且還有融化的樹脂都穿過孔眼流動。其結果是由於空氣和融化樹脂的膨脹引起的凸包很少會在樹脂管內出現。
根據一般加熱原理，當電流恆定時，熱值根據電阻的增加而增加。因此，當一種具有高電阻的材料，例如不鏽鋼(SUS304，SUS430)，被用於加熱器時，其熱值要比使用如鋁的低電阻材料高出很多。因此這樣就能使圓筒形加熱器製得更薄些。此外，不鏽鋼能夠通過將板彎曲然後焊接其兩端而模製成一個圓筒形狀。更加具體地說，本發明加熱器在其圓筒形表面上具有很多孔眼。當孔眼是預先在平板材料上鑽成或衝出然後再通過焊接板的兩端而將平板材料模製成圓筒形要比材料(管子等)首先模製成圓筒形然後再鑽孔操作起來更容易，製造費用也更省。當加熱器上有很多的孔眼或者計劃大量地製造加熱器則最好使用衝壓法在平板材料上製成孔眼。
根據上述發明的一個優選實施例，圓筒形表面上多個孔眼中的每一個的直徑在0.1mm至5mm的範圍內，加熱器與樹脂管之間的空氣能在樹脂一開始融化時就被釋出。因此，樹脂管的變形就能有效地加以避免。如果孔眼的直徑在這範圍內非常小，融化的樹脂會以線的形式流出，反之，如果孔眼的直徑在這範圍內非常之大則融化的樹脂膨脹並充塞著孔眼。
一般說來，大於板厚的0.5的孔眼，在平板材料上壓製出孔眼比較適合。反之，小於板厚的0.5的孔眼則用鑽孔法鑽孔。因此，如果孔眼的最大直徑大於板的厚度的0.5則用衝壓法來模製比較容易。當樹脂管連接時，樹脂的融化部份(即連接頭處)受到樹脂自身膨脹或人工裝置的壓力。如果孔眼直徑過大，這壓力能使樹脂融化並大量地流出孔外從而減小了壓力。於是就也有可能喪失過多壓力而不能保持樹脂管的連接。因此，最好是孔眼的最大尺寸保持在板在厚度的兩倍以維持融化部份的壓力。
最好是許多孔眼在加熱器圓筒形表面上排成數行，而孔與孔之間隔都相等從而使樹脂順利地穿過，因為融化操作一開始樹脂即開始膨脹。這種構形使樹脂管之間的接頭不致變形。特別是，當樹脂融化時朝管子內部的膨脹被防止了。此外，當加熱器的寬度是樹脂管的標稱直徑的大約1/4至2/3時，圍繞接頭四周的融化和膨脹部份的範圍可以被限制在一個很小的面積內。因此，樹脂管的變形，更為具體地說是朝著管子的內部的膨脹可以在樹脂管之間的接頭處被防止。
另外，最好是圓筒形金屬加熱器設置在每根樹脂管的四周而兩根樹脂管之間的間隔(縫隙)大約在0.1mm至10mm範圍之間。一個較佳的例子如圖10所示，其中圓筒形金屬加熱器16，17與樹脂管1a，1b的接頭間的距離幾乎是完全相等的。兩者之間的間隔(縫隙)18大約確定在0.1mm至10mm範圍之間。根據這一例子，焊接操作是在圖11所示的狀態下完成的。在這樣的安排下，在接頭處沒有空氣因而樹脂管的變形可以避免。在此同時，樹脂管1a，1b可以甚至更為可靠地予以連接。因為可以在觀察接頭隔化程度的同時加以焊接。
將加熱器的內表面完全附接在樹脂管的外表面是不可能的。因此，由於空氣的膨脹和樹脂本身的膨脹而膨脹的融化樹脂可以從加熱器和樹脂管之間的間隙中被壓出。然而，當由具有抗熱和電絕緣性能的材料組成的圓筒形制動器附接在加熱器的兩側並圍繞著樹脂管時，加熱器和樹脂管之間的間隙就被充填了。這樣，加熱器和樹脂管之間的空氣就穿過加熱器圓筒形表面上的孔眼逸出。融化的樹脂也從這些孔眼中流出。其結果是，融化的樹脂將不從加熱器和樹脂管之間的間隙中滲出。最好是能選擇具有抗熱和電絕緣性能的材料，諸如熱固型樹脂，例如酚醛樹脂，不飽和聚酯樹脂，和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂。特別可取的是選擇以玻璃纖維加強的材料。此外，當這些材料以條帶的形式提供，它們就更容易操作，因為圓筒形制動器是通過把這些材料繞在樹脂管上的方式而形成的。
任何種類的能擠壓成形的樹脂管都能夠用於本發明。這種樹脂管包括，例如，碳氟樹脂，諸如聚偏氟乙烯，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，和四氟乙烯-全氟化烷基乙烯醚共聚物(PEA)，以及大範圍的熱塑性樹脂，諸如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯撐硫和聚醚醚酮。
以下參照附圖對本發明予以說明。
圖1是連接樹脂管的方法和設備的一個實施例的示意流程圖;
圖2是第一實施例中一個帶有孔眼的加熱器的橫截面圖，顯示出正待連接的兩根樹脂管間的一個接頭;
圖3是第一實施例中剛連接好後的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖4是第二實施例中正待連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中使用了帶孔眼的加熱器而圓筒形制動器安置在加熱器的兩側;
圖5是第二實施例中剛連接好後的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖6是第二實施例中準備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中使用了無孔眼的加熱器;
圖7是第三實施例中剛連接好後的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖8是一幅顯示第三實施例中加熱器的溫度變化的曲線圖;
圖9是第四實施例中放置在樹脂管內外兩側的無孔眼加熱元件的橫截面圖;
圖10是第五實施例中正待連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖，其中兩個圓筒形加熱器被設置成中間留有間隙;
圖11是第五實施例中剛連接好後的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖;
圖12是連接樹脂管的一種傳統方法的橫截面圖;和圖13是連接樹脂管的另一種傳統方法的橫截面圖。
實施例1本發明連接樹脂管的方法和設備的一個實施例將參照圖1-3予以敘述。圖1是連接樹脂管的方法和設備的一個實施例的示意流程圖。圖2是第一實施例中準備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。圖3是第一實施例中剛連接好後的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。
在圖1中，兩根形成樹脂管線1的樹脂管1a，1b面對面地放置在準備連接的位置。由不鏽鋼製成的圓筒形加熱器2繞著樹脂管1a，1b之間的接頭設置。熱感應線圈3以鬆弛的螺旋形繞在加熱器2上。共振電容器4與輸出變壓器的一個次級繞組串連在熱感應線圈3的兩個終端之間。輸出變壓器5的一個初級繞組連接在換流器6上。換流器6連接在直流電源7和商業電源或發電機電源10上。在交流電流變換成直流電流之後，直流電源7就將電力輸出。還有，電池9也能對換流器6供應電力。在這例子中，直流電源8通過使用DC-DC變流器將來自電池9的直流電力變換成預定電壓和/或電流，然後將電力輸出到換流器6。在將來自直流電源7或直流電源8的直流電變換成具有一定電壓和頻率的交流電之後，換流器6將電力輸出至輸出變壓器5的初級繞組。當交流電流以一定的電壓和頻率流入輸出變壓器5的初級繞組時，一個預定的次級電流開始流入次級繞組內。當次級電流流入熱感應線圈3時，從熱感應線圈3產生的磁通量也相應地變化。由於變化的磁通量，感應電動熱就產生出來，而感應電流流入加熱器2內。流入加熱器2內的感應電流使加熱器2發出熱，這是因為加熱器2從電阻中產生焦耳熱。最好能使用集成鎖相環路控制(PLL控制)，因為換流器6根據線圈的耦合感應(linkage inductance)始終使電容器4和共振線路保持在共振的狀態中。
加熱器2被加熱至幾百度以便轉換足夠的必要能量來焊接樹脂管1a，1b。另一方面，雖然熱感應線圈3和加熱器2形成一個高頻變壓器，熱感應線圈3和加熱器2並沒有很好地連接因為加熱器2太熱了。因而，耦合感應增加了以致高頻電流不再流至熱感應線圈3。為了使電流流至熱感應線圈3，共振電容器4連同熱感應線圈3的耦合感應一起形成電感-電容(LC)串聯共振電路。這樣做後，一個從LC串聯共振頻率得到的高頻波可以被加入從而使高頻電流流注至熱感應線圈3。換流器6探測輸出電壓和電流，並控制(PLL控制)相位，因而相位差是0。這樣，LC共振頻率的高頻波不斷地產生，因而LC共振頻率在加熱時變化。還有，電流相對於LC共振頻率在加熱時的變化而流動。
加熱器2的電阻值並不太高，因而較大的電流(數百安培)和較低的電壓在加熱器2內產生，以便將樹脂管1a，1b加熱至熔點。在另一方面，從實用性和成本來看，太多地增加繞組的匝數也並不太合適。因此，輸出變壓器被連接以獲得阻抗匹配。其結果是在到達輸出變壓器5之前對換流器6的電阻似乎在增加因而需要的電力可以減少。直流電源7通過與一個計時器相結合可以確定和輸出必要的能量用於焊接管子。
如圖2中所示，加熱器2具有一個圓筒的形狀並且是用不鏽鋼(如SUS304，SUS430)所製成。加熱器的圓筒形表面上有許多個孔眼2a。孔眼2a可以在不鏽鋼管的圓筒形表面上被鑽出。但也有可能通過用鑽取法或衝壓法在不鏽鋼板上制出多個孔眼2a，然後彎曲該板形成一個圓筒並將其兩端焊接在一起的方式模製出這圓筒。這後一方法比首先模製一個圓筒形材料然後鑽出多個孔眼不但比較容易而且在製造成本上也較低廉。當計劃在加熱器上需要大量的孔眼或者需要大量地生產加熱器，最好是使用衝壓法在平板材料上制出孔眼。
在下述的例子中，使用具體材料和尺寸對加熱器2進行描述。對於根據日本工業標準(J/S)的標稱直徑75A同樣尺寸的聚偏氟乙烯(以下簡稱PVDF)管子，使用了厚度為0.5mm的不鏽鋼板SUS304作為加熱器2的材料。由於具有標稱直徑75A的PVDF管子的外徑為89.0mm，故加熱器被計算出具有89.2mm的內徑和30mm的長度。孔眼2a被製成五排，離中心的間隔為5mm的長度。每一排具有28個孔眼同間距地安排在一條線上。孔眼2a是直徑1mm的一個圓筒形。雖然它取決於將被連接的樹脂管的直徑，但為了容易加工和運用，不鏽鋼的厚度最好在0.5和1.0mm之間。
雖然取決於材料的硬度，但一般地說在平板材料上壓製出小於材料厚度的0.5的孔眼是困難的，因為衝壓金屬模的構成形狀能被折斷。因此，在衝壓法中最好規定孔眼2a的最大直徑大於材料厚度的大約0.5。在另一方面，當樹脂管1a，1b被連接時，樹脂的一個融化部份(即在其接頭處)容易受到來自樹脂本身膨脹或人為因素的壓力。然而，如果孔眼的直徑太大，則這壓力可能會使樹脂融化並大量地流出孔眼外以減小壓力。於是，也有可能失去太多的壓力以致不能維持樹脂管的連接。因此，最好是使孔眼2a的最大直徑儘可能小，例如小於材料厚度的兩倍以便維持在融化部份的壓力。因此，最好選定一個孔眼2a的直徑(最大尺寸或最大直徑)是厚度的0.5至2倍之間。
當高頻電流被激勵入熱感應線圈3，從熱感應線圈3產生的磁通量根據頻率而變化，而感應電動勢在加熱器2中產生。感應電動勢促使電流流入加熱器2內，而焦耳熱由加熱器2的內部電阻產生。其結果是加熱器2發射出熱並使樹脂管1a，1b的接頭處的溫度逐漸地從外增加。由於加熱器2的內部和樹脂管1a，1b的外部幾乎是接合的，加熱器2和樹脂管1a、1b之間的膨脹空氣穿過孔眼2a逸出。預定的壓力在軸向上施加到樹脂管1a，1b上以連接管子。因此，當樹脂管1a，1b之間的接頭處的溫度達到一個預定的軟化或融化點時，從外部融化和膨脹的樹脂1c開始穿過孔眼2a流出，如圖3中所示。融化樹脂的量逐漸增加，這種融化樹脂的一部分在加熱器2的兩側形成堆積升高部份13。外側的樹脂被加熱直至樹脂管的內部也融化，兩根樹脂管1a，1b就被焊接在一起不留間隙。由於樹脂管1a，1b之間的接頭是逐漸地加熱的，樹脂管1a，1b之間的接頭就不會烤焦或起泡的危險。其結果是焊接的接頭具有高的機械強度。此外，加熱器2隻是部份地放置在接頭處，因此樹脂管1a，1b只在有限的區域內軟化和融化。當樹脂管被焊接在一起時，膨脹的空氣和樹脂穿過孔眼2a被釋出，因而在樹脂管1a，1b之間的接頭處很少會出現凸包的現象。
在本發明中，加熱器2在其圓筒形表面上具有多個孔眼。這些孔眼2a當管子被焊接在一起時有效地使膨脹的空氣和樹脂逸出。孔眼還能夠使操作人員根據融化的樹脂的流出容易確認在樹脂管1a，1b之間接頭的外面部份是否已經開始融化了。當接頭的外面部份繼續被加熱，融化的樹脂就充塞孔眼2a。因此，加熱器2和樹脂管1a，1b就完全被連接成一個部份了。換句話說，當焊接過程完畢後，加熱器2就對兩根樹脂管1a，1b之間的接頭作了加強。不鏽鋼由於其高的機械強度，特別適合於作為一種加強材料。
實施例2本發明連接樹脂管的方法和設備的第二個實施例將參照圖4和圖5予以描述。圖4是準備連接的兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。圖5是在連接後兩根樹脂管之間的接頭的橫截面圖。具有與圖2和3相同標號的元件這裡就不再加以描述以免重複。
在第一個實施例中，加熱器2的裡面部份放置在緊貼樹脂管1a，1b的外面部份處。加熱器2是通過彎曲一塊不鏽鋼板並焊接其兩端形成一個圓筒形而模製成的。其結果很難使加熱器2的內徑尺寸幾乎完全等於樹脂管1a，1b的外徑。同樣情況，也很難經常維持其圓形。加熱器2的內徑通常設計成比樹脂管1a，1b的外徑大一個預定的尺寸容差以便大量地生產加熱器。第二實施例往往構成這種情況，即在加熱器2的內側部份和樹脂管1a，1b的外側部分之間存在著一個間隙。
實際上，重力就使加熱器2的內側部份和樹脂管1a，1b的外側部份之間形成一個間隙2b，如圖4中所示(為了說明的目的，間隙2b被繪製成大於其實際的大小)。如果在這種情況下對加熱器2加熱，如在第一實施例中那樣，融化和膨脹的樹脂就不僅會從孔眼2a中而且還從間隙2b中流出，造成會從加熱器2的兩側突出樹脂凸包(被稱作「空腔」)。當發生這種情況，則有可能不僅接頭在其表面處受損害，而且由於膨脹的空氣和融化的樹脂未能通順地被釋出，接頭的內部也顯得粗糙不平。因此，由具有抗熱和電絕緣性能的材料組成的圓筒形制動器11被放置在加熱器2的兩側以便充塞加熱器2和樹脂管1a，1b之間的間隙。制動器對減少融化樹脂的空腔或突出部份，對防止融化部份厚度的減小，對調節融化時的內部壓力，和對防止接頭內部變成粗糙不平方面都是非常有效的。具有抗熱和電絕緣性能的材料有熱固性樹脂，例如，酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂，尤其是那些用玻璃纖維加強的樹脂。因此，當這些材料以條帶形式來使用時，它們就更容易操作，因為條帶可以容易地繞在樹脂管上形成圓筒形制動器，在工作完成後，條帶也很容易被除去。
下面將說明準備連接的樹脂管的標稱直徑與加熱器2的長度之間的關係。當加熱器2很長時，樹脂管1a，1b之間接頭四周較大的面積將被加熱。當樹脂管1a，1b被加熱時，即使溫度還未達到熔點時，管子就開始膨脹了。因此，當較大面積被加熱時，因樹脂本身膨脹引起的內部壓力將較高。如果因樹脂本身膨脹引起的內部壓力過高時，樹脂管1a，1b從外側開始融化直等其餘部份變成如此的薄以致因內部壓力造成的皺摺形成在樹脂上。因此，在樹脂管1a，1b之間接頭的內部出現粗糙不平部份。所以，有必要確定最能適合樹脂管1a，1b的厚度的加熱面積，也就是加熱器2的長度，以便完全消除由於皺摺引起的粗糙不平表面，或儘量減少它。各種不同標稱直徑的樹脂管被準備好以對應於各種不同長度的加熱器2。每個加熱器2都試驗性地連接起來。結果顯示在表1中(如下)。樹脂管被連接得很好不致在接頭內部引起任何凸包。
表1標稱直徑 加熱器長度65A 20～30mm75A 20～30mm100A 30～45mm125A 35～65mm從表1中可以明顯地看出，加熱器2的長度最好是在樹脂管的標稱直徑的大約1/4和2/3之間。
在上述的幾個實施例中，用作樹脂管1a，1b的材料是聚偏氟乙烯(PVDF)，但本發明並不只限於使用這種樹脂。任何種類的熱塑性樹脂管都能使用。這種樹脂管的樹脂包括，例如碳氟樹脂，其中有聚偏氟乙烯，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，和四氟乙烯-全氟化烷基乙烯醚共聚物(PFA)，以及各種各樣的熱塑性樹脂，其中有聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯撐硫和聚醚醚酮。此外，樹脂管的形狀也並不限於直管。彎管，接頭管，或閥的端頭處的管也都包括在內。本發明的基本原理並不是只用於連接樹脂管，也能用於連接玻璃管(包括石英玻璃和矽酮玻璃)。
此外，換流器6的振蕩頻率可以有伸縮性地設定在至少為15～80KHz的範圍內，從而使它可以應付不同的材料和不同直徑的準備連接的樹脂管。還有可能預先將一些數據，例如，溫度數據，使不同材料和不同直徑的樹脂管軟化和融化所需的加熱時間的數據記錄入存貯器內，並將數據輸入到一個微機內，該微機自動控制輸入到熱感應線圈內的電流。以這種方式，在工廠內的連接操作就可以簡化。一種非常便宜的將細線絞合的編織線通常用作熱感應線圈3的材料。當樹脂管的連接操作完成後，熱感應線圈3就可以被割斷並從樹脂管線1上除去。此外，樹脂管1a，1b在其接頭處的溫度達到一個預定的軟化或融化點之後就用壓力在軸向的方向上使其焊接在一起，一種預定的焊接夾具可以用來獲得最好的焊接壓力。
實施例3本發明連接樹脂管的方法和設備的第三個實施例將參照圖6和圖7予以描述。圖6和7是一種通過在管子外面設置一塊圓筒形金屬板來連接兩根樹脂管的實施例的橫截面圖。使用了圖1中所用的同樣的高頻發電機。
加熱器12用諸如鋁，黃鋼或不鏽鋼的圓筒形金屬板製成。在這實施例中，在加熱器12厚度的方向上沒有孔眼。當高頻電力輸入到熱感應線圈3內時，它逐漸地提高圍繞著樹脂管1a，1b之間接頭四周的溫度。一旦樹脂管1a，1b之間接頭處的溫度到達一個預定的軟化或融化點時，樹脂管就被焊接在一起。當加熱時，融化的樹脂在體積上膨脹，因而兩根樹脂管1a，1b就被完全接合住，其間不留空隙。由於樹脂管1a，1b之間的接頭是逐漸地加熱的，因此樹脂管1a，1b之間的接頭沒有被烤焦或起泡的危險。其結果，焊接的接頭具有高機械強度。此外，加熱器12隻是部份地放置在接頭處，因此樹脂管只在有限的面積內軟化和融化。因此，在樹脂管1a，1b之間的接頭內側很少會出現凸包。
此外，換流器6的振蕩頻率可以有伸縮性地設定在至少為15～80KHz的範圍內，從而使它可以應付不同的材料和不同直徑的準備連接的樹脂管。還有可能預先將一些數據，例如，溫度數據，使不同材料和不同直徑的樹脂管軟化和融化所需的加熱時間的數據錄入存貯器內，並將數據輸入到一個微機內，該微機自動控制輸入到熱感應線圈內的電流。以這種方式，在工廠內的連接操作就可以簡化。一種非常便宜的將細線絞合的編織線通常用作熱感應線圈3的材料。當樹脂管的連接操作完成後，熱感應線圈3就可以被割斷並從樹脂管線1上除去。此外，樹脂管1a，1b在其接頭處的溫度達到一個預定的軟化或融化點之後就用壓力在軸向上使其焊接在一起，一種預定的焊接夾具可以用來獲得最好的焊接壓力。
參照著圖6和7並用具體的材料對此實施例予以說明。管子1a，1b(外徑76mm，厚度4.2mm)是用聚偏氟乙烯(PVDF-65A，融點178～180℃)製成，而圓筒形金屬加熱器12(材料鋁，內徑76.2mm，厚度1.0mm，長度20mm)被放置在管子的外側上。兩個端面配合得正好，如圖6中所示。
於是，熱感應線圈3由編織線(材料銅，芯線直徑0.12mm，整線直徑6.6mm)組成，其鬆弛地繞著(匝數4匝)，如圖7中所示。焊接操作通過輸入頻率74KHz的118W電力在9分鐘時間內完成。
在此實施例中，加熱器在9分鐘內被加熱至270℃，然後在電力不再供應後於10分鐘內冷卻至100℃。圖8顯示了溫度隨時間而變化的曲線。如上可見，焊接操作所必需的溫度控制是很容易執行的。這一焊接操作以輸入電力至加熱器12開始，加熱器於是從其整個表面發出熱(薄片發熱)。一部分緊挨著加熱器12的樹脂首先開始融化。融化樹脂的量逐漸增加，一部份這種融化樹脂在加熱器12兩側形成堆聚升高部份13。一部份融化的樹脂流入樹脂管1a，1b端頭處的間隙內，從而融化了在邊界部份的樹脂。由於在樹脂管1a，1b內表面上的熱傳遞比較慢，這部份開始融化得較晚。在此時間產生的壓力使端面熔焊起來。最好這一部份最後也能融化。實際上，內表面最後形成一道牆(固態的)並沒有太多地改變其形狀。因此，在這種連接管子的方法中可以確認兩根樹脂管是在提供結合壓力時熔焊在一起的，這種壓力對熔焊端面是必需的。
在下一步驟，當電力供應停止時，或電力供應量逐漸弱時，加熱器12開始冷卻下來，整個構形變成固體化，融化樹脂的堆聚升高部份(空腔)13仍留在加熱器的兩端。因此，樹脂管1a，1b被完全地焊接在一起了。將上述樹脂管在接頭處沿軸向切成兩部份並檢查其橫截面時，確認管子完全被焊成一根管子了。
使用加熱器12通過上述程序所獲得的樹脂管之間的接頭即使在液壓壓力被施加到管子上時也不會在內側形成凸包。接頭也得到加強，特別是在彎曲的方向上。此外，融化部份修飾得平滑沒有死空間。
實施例4在上面顯示的第三實施例中(圖6和7)，舉出了一個環形金屬加熱器12被放置在樹脂管1a，1b之間的接頭四周的例子。還有可能形成一個如圖9中所示的接頭。在圖9中所示的實施例中，圓筒形金屬加熱器14，15分別放在樹脂管1a，1b之間的接頭的外表面和內表面上。對於連接厚的管子，將圓筒形金屬加熱器14，15放置在樹脂管的內外兩個表面上是可取的。同時，圓筒形金屬加熱器15是如此的薄以致即使加熱器14被安放在內側，內表面也不致因而成為粗糙，它幾乎不會影響液體在樹脂管線內的流動。
實施例5在上面顯示的第三實施例中(圖6和7)，舉出了一個環形金屬加熱器12被放置在樹脂管1a，1b之間的接頭四周的例子。在圖10和11所示的實施例中，圓筒形金屬加熱器16和17繞著每根樹脂管的四周放置，其間留有一個大約2mm的間隔(縫隙)。換句話說，一個縫隙部份18被安排在兩個圓筒形金屬加熱器16，17之間。管子1a，1b(外徑76mm，厚度4.2mm)由聚偏氟乙烯(PVDF-65A，融點178～180℃)製成，而圓筒形金屬加熱器16，17(材料鋁，內徑76.2mm，厚度1.0mm，長度10mm)被放置在管子的外面，兩個端面正好配合。根據第三實施例連接的樹脂管顯示出在接頭處沒有空氣，因而防止了樹脂管的變形。此外，管子能夠更為可靠地被連接，因為能夠在焊接的同時觀察到融化的樹脂是如何流入到縫隙部份18內的。融化的樹脂在縫隙部份18內在一個堆聚升高的狀態下冷卻形成一個堆聚升高部份19。
權利要求
1.一種連接樹脂管的方法，其包括下列步驟(a)將兩根準備連接的樹脂管安放就位；(b)沿著所述樹脂管之間的接頭放置一個圓筒形金屬加熱器；和(c)將所述加熱器繞以一個線圈，其中所述加熱器通過高頻電流加以激勵，該高頻電流是通過感應加熱的方式對所述加熱器進行加熱，從而使所述樹脂管之間的所述接頭被焊接在一起。
2.一種連接樹脂管的設備，所述設備包括一個繞著準備連接的兩根樹脂管之間的接頭設置的加熱器;一個圍繞著所述加熱器的線圈;和一個用於激勵高頻電流流入所述線圈通過感應加熱對所述加熱器進行加熱的高頻電流發生器。
3.如權利要求1或2所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述加熱器可以在其圓筒形表面上有多個厚度方向的孔眼。
4.如權利要求1至3中之一項所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述加熱器的內徑比所述樹脂管的外徑大一個尺寸容差，所述加熱器的緊靠所述樹脂管處被加熱。
5.如權利要求1至4中之一項所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述加熱器至少有一種材料是選自包括不鏽鋼，黃銅和鋁的材料族內。
6.如權利要求5所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述加熱器具有一個圓筒的形狀，該形狀是通過將一塊不鏽鋼板的兩端焊接在一起的方式形成的。
7.如權利要求6所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中設置在所述圓筒形表面上的所述多個孔眼中每一個的直徑都在0.1mm至5mm的範圍內。
8.如權利要求7所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述多個孔眼在一塊不鏽鋼板上是排成若干行，每一所述行中的每一所述孔眼間的間距都是相等的。
9.如權利要求1至8中之一項所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中所述加熱器的寬度在大約1/4至2/3的所述樹脂管的標稱直徑範圍內。
10.如權利要求1至9中之一項所述的連接樹脂管的方法和設備，其特徵在於其中由具有抗熱和電絕緣性能材料組成的圓筒形制動器在所述加熱器的兩側繞著所述樹脂管附接在其上。
11.如權利要求1至10中之一項所述的連接樹脂管方法和設備，其特徵在於其中所述圓筒形金屬加熱器繞在每個樹脂管上，樹脂管與樹脂管之間的間隙在0.1mm至10mm的範圍內。
全文摘要
當樹脂管通過感應加熱被連接時，本發明的樹脂管在加熱過程中不會因為空氣和樹脂的膨脹而形成內部凸包。由不鏽鋼製成的圓筒形加熱器2繞在由聚偏氟乙烯制的兩根樹脂管1a、1b之間的接頭上。加熱器2於是由感應加熱被加熱而將樹脂管1a、1b的接頭焊接住。加熱器2在其圓筒形表面上具有多個孔眼2a，因而位於加熱器2和樹脂管1a，1b之間的空氣和融化的樹脂都能穿過孔眼2a被釋出。
文檔編號B29C65/36GK1109154SQ9410936
公開日1995年9月27日 申請日期1994年8月25日 優先權日1993年9月24日
發明者井口熱, 赤羽篤, 山下武宏, 松岡弘市 申請人:旭有機材工業株式會社