SE535537C2

SE535537C2 - Förfarande och anordning för svetsning av rör

Info

Publication number: SE535537C2
Application number: SE1150005A
Authority: SE
Inventors: Kjell Lidstroem
Original assignee: Tsc Innovation Ab
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2012-09-11
Also published as: KR20140032988A; SE1150005A1; EA201391007A1; EP2661579A4; US9383052B2; CN103282709B; CN103282709A; US20130284342A1; WO2012093959A1; EP2661579A1; EP2661579B1; EA024646B1; CA2822545A1; CA2822545C

Description

25 535 53? fl om den då bildade svetsfogens styrka och kvalitet motsvarar de högt ställda kraven då yttre omständigheter alltid direkt kommer att påverka resultatet.

Redogörelse för uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att erbiuda ett förfarande och en anordning som på ett enkelt, effektivt och säkert sätt möjliggör tillförlitlig temperaturkontroll och kontroll av värmetillförseln till ett svetsfogområde vid svetsning av rör av svetsbart material så att en bra fog bildas.

Detta syfte uppnås med ett förfarande för svetsning av rör av ett svetsbart polymert material, där röret har rörändar, och en muff av ett svetsbart polymert material. Förfarandet innefattar att muffen placeras med överlappning över rörändarna, och att muffen svetsas till rörändarna genom placering av ett elektriskt ledande och för smält plast genomsläppligt band mellan röret och muffen och att ett kraftaggregat ansluts till bandet med matningskablar. Elektrisk ström tillförs för att upphetta bandet och omkringliggande polymermaterial så att de smälter ihop runt, bandet för bildande av en svetsfog. Förfarandet innefattar att svetsfogens initiala omgivningstemperatur mäts innan bandet upphettats, att en spänningspotential UL över bandet mäts, att den tillförda elektriska strömmen IL till bandet mäts, att bandets initiala resistans Ro beräknas innan bandet upphettats väsentligt, att den tillförda elektriska strömmen till bandet bringas att öka, att bandets resistans R beräknas baserat på spänningspotentialen UL och den uppmätta strömmen lL, att bandets resistansförändring beräknas, att bandets temperaturökning AT beräknas baserat på resistansförändringen, och att svetsfogens temperatur TW beräknas genom summering av svetsfogens initiala omgivningstemperatur och bandets temperaturökning AT.

En fördel med förfarandet enligt uppfinningen är att den beräknade resistansen R motsvarar resistansen i hela det elektriskt ledande bandet. Svetsfogens temperaturökning som beräknas baserad på resistansförändringen i hela bandet motsvarar därmed den genomsnittliga temperaturökningen i hela svetsfogen.

Förfarandet innebär att svetsningen av röret temperaturkontrolleras. Detta ger mycket tillförlitligt information om värmetillförseln till svetsfogen är tillräcklig för att säkerställa att den bildade svetsfogen uppfyller högt ställda krav på homogenitet, mekanisk styrka och täthet. Förfarandet 10 15 20 25 535 53? 3 enligt uppfinningen är därmed ett effektivt sätt att kontrollera svetsningsprocessen och den resulterande svetsfogen.

Ytterligare en fördel med förfarandet enligt uppfinningen är att bestämningen av svetsfogens temperatur TW och kontrollen av svetsfogens temperaturhöjning sker genom beräkning av resistansförändringen baserad på direkt mätning av tillförd ström liv och spänningspotential UL i bandet under hela svetsningsförloppet. Därmed erhålles ett tillförlitligt och säkert resultat där inverkan av felkällor minimeras.

Det är känt att resistansen i en metall stiger med ökande temperatur. Den resistiva temperaturkoefficienten representerar detta samband och är en väl känd specifik materialparameter.

Ytterligare en fördel med förfarandet är att den relativa resistansförändringen i bandet kan beräknas, därmed behöver bandets absoluta resistansvärden inte ligga på en viss förutbestämd nivå resistansförändringen och den utan bara fortlöpande bestämmas. Baserad på den relativa resistiva temperaturkoefficienten beräknas svetsfogens temperaturförändring. Detta innebär att bestämningen av svetsfogtemperaturen är oberoende av rördimension och banddimension.

Svetsfogens beräknade temperatur jämförs med en förbestämd slutlig svetsfogtemperatur. pågår tills slutliga svetsfogtemperaturen stabillserats, bibehållits, vid den slutliga förbestämda svetsfogtemperaturen under en förbestämd tidsperiod. Svetsningen avslutas efter att den Svetsningen svetsfogens temperatur uppnått den förbestämda Samt förbestämda tidsperioden är slut. Svetsningen avslutas när svetsfogens temperatur uppnått, och stabiliserats en förbestämd tidsperiod vid, den slutliga förbestämda svetsfogtemperaturen.

Svetsningen kan alternativt avslutas när en förbestämd resistansförändring i bandet uppnåtts.

Svetsningen kan naturligtvis även avslutas efter en viss tidsperiod.

För erhållande av strömmen används åtminstone ett kraftaggregat kopplad till en spänningskälla såsom nätspänning. eller ett växelströmsaggregat Ett högfrekvent växelströmsaggregat är att föredra på grund av lägre kostnad och vikt.

Kraftaggregatet kan vara ett likströmsaggregat 10 15 20 25 30 535 537 Vid tillförsel av växelström, i synnerhet vid höga frekvenser, bör beräkningen av resistansen enligt förfarandet anpassas så att en impedans beräknas för en krets innefattande kraftaggregatet, matningskablarna och bandet. Eftersom impedansen är komplex är det fördelaktigt att bandets resistans beräknas baserat på kretsens impedans med kompensation för induktansen och resistansen i matningskablarna. uppfinningen avser även en anordning vid svetsning av ett rör av ett svetsbart polymert material, där röret har rörändar, och en muff av ett svetsbart polymert material, och där muffen placeras med överlappning över rörändarna, där anordningen innefattar ett elektriskt ledande och för smält plast genomsläppligt band som är placerat mellan rörändarna och muffen, och ett kraftaggregat PU-DCPU-AC för erhållande av en elektrisk ström som ska anslutas till bandet med matningskablar för upphettning av bandet och omkringliggande polymermaterial så att de smälter ihop runt, bandet för bildande av en svetsfog där anordningen utmärks av en styr- och reglerenhet SR som har medel CS som mäter och reglerar den elektriska ström som tillförs bandet och medel VS som mäter och reglerar spänningspotentialen UL över bandet, ett termoelement TS för mätning av svetsfogens initiala omgivningstemperatur TO samt en beräkningsenhet CU för beräkning av resistans R i bandet L,9 och svetsfogens temperatur TW.

Anordningen enligt uppfinningen uppvisar motsvarande fördelar och tekniska effekter som det ovan nämnda förfarandet. uppfinningen definierar därmed ett förfarande och en anordning för temperaturkontrollerad svetsning av rör av ett svetsbart polymert material.

Exemplifierande utföringsformer kan utläsas av de osjälvständiga patentkraven.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen av uppfinningen, vilken utgör ett exempel och således inte ska tolkas på så sätt att de är begränsande för uppfinningens skyddsomfång. För att underlätta förståelsen är det i texten infört hänvisningar till bifogade ritningsfigurer, i vilka ekvivalenta eller liknande delar har getts samma hänvisningsbeteckning. 10 15 20 25 30 535 537 Kortfattad ritningsbeskrivning Fig. 1A visar schematiskt en anordning enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning, anordnat på ett svetsfogområde.

Fig. 18 visar schematiskt en anordning enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning anordnat på ett svetsfogområde.

Fig.2 visar schematiskt en anordning enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning anordnat på ett svetsfogområde.

Fig. 3 visar ett kretsschema för ett kraftaggregat som kan användas i en anordning enligt uppfiningen visad i Fig.2.

Fig. 4 visar ett kretsschema för två seriekopplade kraftaggregat av typen visad i Fig. 3 som kan användas i en anordning enligt uppfiningen visad i Fig.2.

Fig. 5 visar ett exempel på en rörledning som kan svetsas med förfarandet och anordningen enligt uppfinningen.

Fig. 6 visar schematiskt en perspektiv vy med isärdragna delar av en rörskarv visad i Fig. 5 Fig. 7 visar en muff och ett elektriskt ledande band visat i Fig. 5.

Fig. 8 visar ett bandet i tvärsgående genomskärning.

Detaljerad beskrivning och utföringsexempel Det uppfinningsenliga förfarandet och anordningen går utmärkt att tillämpa vid svetsning av alla slags rörledningar av svetsbart polymert material. Förfarandet är särskilt fördelaktigt att använda vid installation och reparation av isolerade ledningsrör såsom fjärrvàrmerör, fjärrkylerör eller pipelines för olja som består av ett yttre rör av ett svetsbart polymert material, exempelvis polyeten och s.k. PEHD, och ett inre rör som vanligen består av stål inbäddat i en isolering av polyuretanskum (PUR).

Fig.1A visar schematiskt en anordning A1, en svetsapparat, enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning, anordnat på ett svetsfogområde. Anordning innefattar ett kraftaggregat PU-DC, och en last L innefattande ett elektriskt ledande band, samt matningskablar M.

Kraftaggregatet PU-DC är ett likströmsaggregat av traditionell karaktär som exempelvis har en 50 Hz transformator med hårdswitchad kraftelektronik och likriktare. Ett sådant kraftaggregat arbetar vanligtvis ifrekvensområdet 75-150kHz och utspänningen måste likriktas och filtreras för 10 15 20 25 30 535 537 att EMC-kraven skall uppfyllas. Kraftaggregatet PU-DC är kopplat till lasten L, det elektriskt ledande bandet, med matningskablarna M och bildar därmed en elektrisk krets.

Anordningen A1, svetsapparaten, innefattar även en styr och reglerenhet SR med en spänningssensor VS och en strömsensor CS. Spänningssensorn VS är kopplad till kopplingspunkter K1,K2 anordnade invid lasten L, bandet, för mätning av spänningspotentialen UL i bandet.

Nedan beskrivs och visas i Fig. 5-8 detaljerat ett svetsfogområde där ett elektriskt band 9 är infört mellan två rörändar la eller lb och en muff 7 av svetsbart polymert material.

Lasten L, bandet, kan innefatta ett nät, eller en annan nätliknande kropp, med regelbundet över ytan anordnade öppningar i en rostfri expandermetall, exempelvis en tunn plåt av rostfritt stål som perforerats med små rektangulära hål så att en väldefinierad nätstruktur har bildats.

Materialets parametrar, exempelvis den resistiva temperaturkoefficienten är därmed känd. Det är fördelaktigt att välja ett band, nät, som har en resistiv temperaturkoefficient med relativt snäv marginal för att kunna beräkna temperaturstegringen med acceptabel noggrannhet.

Lasten L, bandet, ansluts med matningskablar M till kraftaggregatet PU-DC i stånd att tillföra en ström l._ tillräcklig för att upphetta bandet och omkringliggande svetsfogområde till en för polymermaterialen, plastmaterialen, smältande temperatur så att de smälter ihop runt, och igenom, bandet för bildande av en svetsfog.

Styr- och reglerenheten SR, exempelvis en datorenhet, används för styrning, reglering och mätning av svetsförfarandet.

Styr- och reglerenheten SR innefattar medel CS för mätning och reglering av den elektriska ström IL som tillförs bandet, exempelvis en strömmätare, en amperemeter, en strömsensor eller en strömtransformator.

Styr- och reglerenheten innefattar även medel VS för mätning och reglering av den spänningspotential UL som tillförs bandet, exempelvis en voltmeter eller spänningssensor.

Spänningssensorn VS kan mäta spänningspotentialen UL i bandet i kopplingspunkter K1,K2 anordnade invid lasten L, bandet. Då undviks felkällor i mätningen såsom spänningsfall i matningskablarna M. Spänningsfallet i matningskablarna M varierar beroende på 10 15 20 25 30 535 537 ”l matningskablarnas längd, därför är det fördelaktigt att mäta spänningen direkt invid lasten, bandet.

Styr- och reglerenhet SR innefattar även medel TS för mätning av svetsfogens initiala omgivningstemperatur, exempelvis ett termoelement eller temperaturgivare. Temperaturgivaren TS är placerat så att omgivningstemperaturen på installationsplatsen invid rör och muff kan mätas.

Styr- och reglerenhet SR innefattar även en beräkningsenhet CU för kontinuerlig beräkning av exempelvis resistansen R och resisfansförändringen AR i bandet, den relativa resistansförändringen Ræ., bandets temperatur och temperaturförändring AT samt svetsfogens temperatur TW.

Styr- och reglerenheten SR innefattar även en minnesenhet MEM som har fabrikskalibrerad lagrad information om den resistiva temperaturkoefficienten och andra materialspecifika parametrar för olika typ av band eller nät som används vid svetsningsoperationer av detta slag samt information gällande en materialspecifik omvandlingsfaktor för beräkning av temperaturen i svetsfogen. Omvandlingsfaktorn är en direkt funktion av den resistiva temperaturkoefficienten.

Om resistansen R i bandet exempelvis ökar med 20 % vid en temperaturförändring av 200 °C så blir omvandlingsfaktorn 10 för att erhålla den faktiska temperaturförändringen i grader °C.

Minnesenheten MEM har även information om samband mellan resistansförändring och temperaturförändring i bandet och om relationen mellan svetsfogtemperatur och rördimension samt övriga driftsomständigheter. Minnesenheten MEM innefattar även information om funktioner som behövs vid beräkningar i beräkningsenheten. Minnesenheten lagrar kontinuerligt information gällande exempelvis svetsningsoperationen såsom tid, temperatur, tillförd ström lL och spänningspotential UL i bandet, bandets initiala resistans R och bandets resistans under svetsningsförloppet. l Fig.1B visas schematiskt en annan utföringsform av anordningen A2 enligt uppfinningen där spänningssensorn VS mäter spänningspotentialen UL i kopplingspunkter Kf,K2 anordnade direkt vid kraftaggregatets PU-DC utgång. Spänningssensorn VS är utförd så att den inkluderar kompensation för spänningsfallet i matningskablarna.

Fig.2 visar schematiskt en annan utföringsform av anordningen A3 enligt föreliggande uppfinning. Anordningen A3, svetsapparaten A3, innefattar ett kraftaggregat PU-AC och en last 10 15 20 25 30 535 537 L innefattande ett elektriskt ledande band, samt matningskablar M. Kraftaggregatet PU-AC är kopplat till det elektriskt ledande bandet. lasten, med matningskablarna M och bildar därmed en elektrisk krets, Kraftaggregatet PU-AC är ett växelströmsaggregat av traditionell karaktär med tyristordrift.

Växelströmsaggregatet PU-AC kan alternativt innefatta en quasiresonant kraftkonverterare B av typen som beskrivs nedan och visas i Fig.3 och Fig. 4. En sådan kraftkonverterare arbetar särskilt effektivt vid frekvenser i intervallet 20-50 kl-lz och har en optimal storlek och vikt. Detta kraftaggregat är utformat med en tålig design helt utan likriktare och filterkretsar på kraftutgången vilket är mycket fördelaktigt. Detta medför reducerade kostnader, högre verkningsgrad samt lägre volym och vikt för kraftaggregatet. Den quasiresonanta konverteraren B är utformad med effekthalvledare och transformator som ger en sinusformad ström. l frekvensområdet 20-50 kHz erhålles en fördelaktig spänningskurva med låg övertonshalt som inte behöver filtreras till skillnad från då kraftkonverteringen sker vid högre frekvenser och DC- utgång som är en variant av traditionell teknik.

Styr och reglerenheten SR i svetsapparaten A3 innefattar även en kontrollenhet CUl för impedansen. Då kraftaggregatet PU-AC matar växelström till lasten L, bandet, beräknar kontrollenheten för impedansen CUl impedansen för en krets innefattande kraftaggregatet, matningskablarna och bandet. Vid växelströmsmatning med höga frekvenser behandlas lasten L som en komplex impedans. Vid beräkningen av bandets resistans bör resistansen därför beräknas baserat på kretsens impedans med kompensation för induktansen och resistansen i matningskablarna.

Utförande av svetsförfarandet Det kan antas att svetsfogområdets initiala temperatur innan svetsningen påbörjas överensstämmer med omgivningstemperaturen på installatlonsplatsen.

Omgivningstemperaturen är beroende på installationsplats och säsong, men är i allmänhet inom intervallet -30 °C till +40 °C.

Svetsfogens initiala omgivningstemperatur To mäts med temperaturgivaren TS i styr- och reglerenheten SR innan strömmen ansluts till bandet och bandet upphettas. 10 15 20 25 30 535 537 Svetsförfarandet inleds med att en reducerad ström matas till svetsverktyget, bandet.

Strömmen kan vara likström eller växelström. Mycket tidigt, inom ca 1 sekund efter att svetsförfarandet inletts, innan svetsfogområdet värmts upp, mäts den tillförda elektriska strömmen lL med strömmätaren och spänningspotentialen UL med spänningsmätaren i bandet.

Baserat på strömmen och spänningspotentialen beräknar styr- och reglerenheten bandets initiala resistans RO innan bandet upphettats. Bandets resistans R beräknas i beräkningsenheten CU baserat på spänningspotentialen och den uppmätta strömmen och motsvarar kvoten U/l.

Informationen om den initiala resistansen RL, lagras i minnesenheten Styr- och reglerenheten mäter kontinuerligt med strömmätaren CS den tillförda elektriska strömmen IL och med spänningsmätaren VS spänningspotentialen UL i bandet under hela svetsförfarandet.

Därefter bringar styr- och reglerenheten SR den tillförda elektriska strömmen till bandet att öka.

Exempelvis kan den initiala strömmen till bandet vara ca 15-18 A, men stiger under svetsförfarandets gång till 25-30A. Detta gör att kvoten U/l. som motsvarar resistansen R i bandet, bandets bandet och hela ökar när temperatur gradvis ökar. Resistansen R i resistansförändringen AR i bandet beräknas av beräkningsenheten CU under svetsförfarandet. Resistansen R motsvarar resistansen i hela det elektriskt ledande bandet.

Därefter beräknar beräkningsenheten CU bandets temperaturökning AT baserat på resistansförändringen AR och den materialspecifika omvandlingsfaktorn.

Det kan antas att svetsfogens temperatur TW skiljer sig mycket lite från bandets temperatur.

Svetsfogens temperatur TW beräknas därför genom summering av svetsfogens initiala omgivningstemperatur TL, och bandets temperaturökning AT.

Eftersom svetsfogens beräknade temperaturökning är baserad på resistansförändringen i hela bandet så motsvarar svetsfogens beräknade temperaturökning den genomsnittliga temperaturökningen i hela svetsfogen.

Fastställandet av svetsfogens temperatur TW och kontrollen av svetsfogens temperaturhöjning sker genom beräkning av resistansen R och resistansförändringen AR baserad på direkt mätning av tillförd ström IL och spänningspotential UL i bandet under hela svetsningsförloppet.

Därmed erhålles ett tillförlitligt och säkert resultat där inverkan av felkällor minimeras. 10 15 20 25 30 535 537 Den aktuella momentana svetsfogtemperaturen TW styrs efter en förutbestämd kurva som beror av rördimension och övriga driftsomständigheter. Svetsförfarandet är genomfört när svetsfogtemperaturen har stigit och har fullföljts enligt dessa kurvor.

Under svetsförfarandet jämförs svetsfogens beräknade temperatur TW med en förbestämd slutlig svetsfogtemperatur Tf. Exempelvis har det visat sig att en svetsfog av ett rör bestående av polyeten, exempelvis polyeten high density, PEHD, bör värmas till ca 250 °C för att en god kvalitet på svetsfog skall erhållas, Den relativa resistansförändring Ræ. i bandet kan beräknas under svetsförfarandet. Den relativa resistansförändringen representeras som en procentuell förändring från den initiala resistansen RO. Baserad på den relativa och den kända resistiva temperaturkoefficienten kan även svetsfogens temperaturförändring beräknas. Detta är resistansförändringen Rre. fördelaktigt eftersom bestämningen av svetsfogtemperaturen TW då är oberoende av rördimension och banddimension.

Svetsningen pågår tills svetsfogens temperatur TW nått, bringats att erhålla, den slutliga förbestämda svetsfogtemperaturen T, samt stabiliserats, bibehållits, vid den slutliga förbestämda svetsfogtemperaturen T, under en förbestämd tidsperiod. Svetsningen avslutas efter att den förbestämda tidsperioden är slut. Svetsningen avslutas när svetsfogens temperatur uppnått, och stabiliserats en förbestämd tidsperiod vid den slutliga förbestämda svetsfogtemperaturen Tf, Tidsperloden bestäms av driftsparametrar såsom exempelvis godstjocklek på rörvägg.

Svetsningen kan alternativt avslutas när en förbestämd resistansförändring AR i bandet uppnåtts. Fördelen med att avsluta svetsningen när en förbestämd resistansföràndring har inträffat är att resistansförändringen motsvarar en viss temperaturhöjnlng i hela bandet vilken är väsentligen densamma som temperaturhöjningen i svetsfogområdet där bandet anligger mot rör och muff. På detta sätt kan värmetillförseln kontrolleras effektivt och noggrant.

Förfarandet innebär därmed att svetsningen av röret temperaturkontrolleras genom att den genomsnittliga temperaturen i hela svetsfogen bestäms. Genom att den genomsnittliga temperaturen i hela svetsfogen bestäms kontinuerligt under svetsningen, kan värmetillförseln noga styras och kontrolleras. 10 15 20 25 30 535 53? ll Bandets temperatur stiger inledningsvis något snabbare än den verkliga temperaturen i olika delar av svetsfogen. Temperaturen i materialet i rörvägg och muffvägg stiger exempelvis gradvis under svetsförfarandet. Det uppstår därför temperaturgradienter i rörets och muffens vägg i det inledande Efter att pågått en tid temperaturgradienterna och materialet i rörvägg och muffvägg, genomgående och runt om, når den önskade smälttemperaturen och en god fog bildas. skedet av svetsningen. svetsningen utjämnas För att kompensera för skillnaden mellan bandets temperatur och svetsfogens verkliga temperatur tillförs ström så att bandets temperatur bringas att nå till ett första förhöjt temperaturbörvärde Tj under en uppvärmningsfas i svetsningsförfarandet. Det första temperaturbörvärdet väljs så att det överstiger den förutbestämda slutliga svetsfogtemperaturen T, med ett värde som beror av den aktuella rördimensionen.

Uppvärmingsfasen pågår under en förutbestämd tidsperiod. Under uppvärmningsfasen inleds temperaturhöjningen i svetsfogen och en god kontakt skapas mellan band, rör och muff.

För att möjliggöra en temperaturutjämning av temperaturgradienter i materialet och så att en homogen fog skall bildas följer en utjämningsfas i svetsningsförfarandet då rör och muff bringas att nå den önskade förutbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tf. Under utjämningsfasen reduceras gradvis strömmen så att bandets temperatur bringas att nå till ett andra temperaturbörvärde T2 som är något lägre än det första temperaturbörvärdet T,. Det första temperaturbörvärdet T, är därmed högre än det andra temperaturbörvärdet. Ta Det andra temperaturbörvärdet T2 väljs så att det ligger mycket nära den förutbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tf. Under utjämningsfasen stabiliseras svetsfogens temperatur TW vid den förbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tf, och temperaturgradienter i material i rörvägg och muff utjämnas och hela materialet når den förbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tf.

Svetsningen avslutas när svetsfogtemperaturen TW uppnått den förutbestämda slutliga svetsfogtemperaturen T, och utjämningsfasen pågått en viss förbestämd tidsperiod.

Tidsperioden bestäms av driftsparametrar såsom godstjocklek och material. Detta görs för att ytterligare försäkra att svetsfogen erhåller önskade kvaliteter och temperaturgradienter i materialet utjämnas.

Företrädesvis sker mätningen av tillförd ström IL och spänningspotential UL kontinuerligt så länge som svetsningen pågår. Det är fördelaktigt att även beräkningarna av bandets resistans Fl, 10 15 20 25 30 535 53? lill resistansförändringen AR i bandet, bandets relativa resistansförändring Re. , bandets temperaturförändring AT och beräkningen av svetsfogens temperatur TW genomförs kontinuerligt för att åstadkomma god kontroll av värmetillförseln till svetsfogen.

Fig.3 visar ett kretsschema för ett kraftaggregat PU som har en quasiresonant kraftkonverterare B som är kopplad till nätspänning, och en transformator 32 som är kopplad till svetsverktyget och elektroderna 21. Den quasiresonanta konverteraren 82 har dioder 33 för helvågslikriktning, en kombinerad FET-driver 34 och oscillator 35 samt en halv-brygga 36,37 med halvledare.

Kraftkonverteraren B uppvisar även en drossel 38 och en kapacitiv spänningsdelare med två kondensatorer 39,40 kopplade i serie med transformatorns 32 primärlindning. Denna koppling skapar, vid frekvenser över resonansfrekvensen, zero-voltage switching och en delvis sinusformad ström där drosseln 38 formar up-slopen och kondensatorn 39,40 down-slopen på strömmen genom transformatorn (därav namnet quasiresonant). Detta är fördelaktigt eftersom låg övertonshalt erhålles, och kraven gällande elektromagnetisk störning (EMC) är lätta att nå i hela konstruktionen utan omfattande filtrering.

Som tidigare nämnts arbetar den quasiresonanta kraftkonverteraren B företrädesvis med en frekvens i intervallet 20-50 kHz. Det nämnda frekvensintervallet medför att särskilda element som på marknaden är kända under benämningen IGBT-moduler (lnsulated Gate Bipolar Transistor) är särskilt lämpliga att användas vid utformningen av den quasiresonanta kraftkonverteraren enligt uppfinningen, På marknaden finns även små, lätta transformatorer som är särskilt lämpliga för att användas i kraftkonverteraren B. En sådan transformator bidrar till en låg volym och låg vikt.

Genom att utforma kraftaggregatet på detta sätt uppnås en hög verkningsgrad och lågt krav på extra filtrering trots att kraftutgången saknar likriktare och konventionellt utgångsfilter och utgångsspänningen är därmed helt o-filtrerad.

Det är viktigt att ett kraftaggregat PU som används för svetsning vid installation och reparation av isolerade rör ute på fältet och vid installationsplatser är lätt och smidigt. Samtidigt har kraven ökat på att kraftaggregat för svetsning skall erbjuda en högre utgångseffekt. För detta ändamål erbjuds två kraftaggregat PU-AC med quasiresonanta kraftkonverterare B i samma enhet som därmed kan användas för separat drift vid svetsning av var sin rörfog samtidigt eller seriekopplade för full effekt vid svetsning av en stor fog med en diameter upp till 2 meter. 10 15 20 25 30 535 537 Fig.4 visar ett kretsschema för två kraftaggregat PU som innefattar quasiresonanta kraftkonverterare B där kraftaggregaten är seriekopplade på utgångssidan för att samverka och höja den utgående spänningens effektivvärde. Detta är fördelaktigt när en hög utgångsspänning behövs, vid svetsning av stora fogar, exempelvis upp till 2 meter. De två quasiresonanta krattkonvenerarna B opererar synkront och genomför en summering, summeringsfunktion, av utgångsspänningen vilket medför att ingen föregående korrigering, likriktning eller filtrering av varje utgång måste ske. Detta medför att kraftkonverteringen och strömtillgången blir effektiv och sker utan energibortfall. Kraftaggregaten kan vara kopplade till var sin spànningskälla, det är dock mycket fördelaktigt att koppla kraftaggregaten till var sin fas, L1 och L2 av samma spånningskålla, såsom visas i Fig. 4. På detta sätt begränsas effektuttaget till 16A/fas vid trefasmatning, vilket är den normala säkringsnivån för trefasuttag, samtidigt som det maximala effektuttaget fördubblas.

Seriekopplingen åstadkoms genom att sekundärsidan på respektive transformator är förbundna.

För att möjliggöra en fördubbling av utgångsspänningens effektivvärde synkroniseras oscillatorerna via en isolerad signalöverföringsförbindelse 41, exempelvis via optokopplare, signal transformatorer eller liknande isolerad sígnalöverföring. På så sätt forceras de quasiresonanta konverterarna att operera fullständigt (l 00%) synkront. Detta leder till att den utgående spänningens effektivvärde fördubblas då utspänningen på transformatorerna ligger 100 % i fas med avseende på halvbryggornas switchfrekvens. lnspänningen till de quasiresonanta konverterarna ligger 120 grader fasförskjuten, detta påverkar dock inte fördubblingen av effektiwärdet hos utspänningen.

Fig.5-8 visar ett exempel på en rörledning som kan svetsas med anordningen enligt uppfinningen. Flörledningen är exempelvis ett fjärrvârmerör, ett fjärrkylarör eller en pipeline för olja, som består av ett yttre rör av ett svetsbart polymert material, exempelvis polyeten av typen polyeten high density PEHD, och ett inre rör som vanligen består av stål inbåddat i en isolering av polyuretanskum (PUR).

Det är av största vikt att åstadkomma installationer, skarvar, av hög kvalité och styrka, både vid nyinstallation och vid reparation av ledningsrören. Ojämn kvalité, eller i värsta fall systematiska fel i montaget, kan på lång sikt bli förödande för totalekonomin i ett fjärrvärmenät. l Fig. 5 visas en rörledning innefattande ett yttre rör 1 av ett svetsbart polymert material och ett inre rör 2 av stål. 10 15 20 25 535 53? Vid nyinstallation av rörledningar inleds arbetet vanligen med att minst två fjärrvärmerör läggs efter varandra. Två mot varandra riktade utskjutande inre rör 2.1 och 2.2, som vanligen är av stål, svetsas därefter samman och en svetsfog 3 bildas.

För förbindelse av de två yttre rören 1.1 och 1.2 till varandra sker en montering av en muff 7 av ett svetsbart polymert material. Muffens längd 5 är företrädesvis densamma som avståndet A mellan de yttre rörens ändar 1a och 1b med ett längdtillägg motsvarande muffens överlappning 6 för den önskade svetsfogens bredd på vardera sidan. Det är lämpligt att muffens överlappning 6 är så lång att överlappningen 6 kan medverka i en runtomgående svetsfog som svetsar samman de yttre rören 1.1 och 1.2 med muffen 7. l en utföringsform är den runtomgående svetsfogens bredd 40 mm och överlappningen 6 vid varje muffände är 100 mm.

Muffen 7, är i sin längdriktning uppskuret så att en längsgående slits 8 bildas. Slitsen 8 gör det möjligt att placera den tillkapade muffen 7 över det frilagda stycket A av det inre röret 2, eller de inre rören 2.1 och 2.2, och med överlappning över de yttre rörens ändar la och 1b, även om det inre röret 2 är intakt.

Muffen 7 placeras över skarven, över det frilagda stycket A av det inre röret 2, eller 2.1 och 2.2, och med överlappning över de yttre rörens ändar 1a och 1b.

Ett elektriskt ledande och för smält plastmaterial genomsläppligt band 9 tillkapas i en längd som överstiger yttre rörets omkrets. Bandet 9 kan innefatta ett nät 9a, med regelbundet över ytan anordnade öppningar av rostfri expandermetall, exempelvis en tunn plåt av rostfritt stål som perforerats.

Bandet 9 införs mellan ett av de yttre rören 1.1 eller 1.2 och muffen 7 så att bandets fria ändar 10 sticker fram, upp, genom slitsen 8, i vilken bandändarna 10 inträder från motsatta riktningar.

Bandändarna 10 viks sedan tillbaka över respektive slitskant, så att ett avstånd bildas mellan ändarna 10 i slitsen 8. Bandet 9, nätet 9a, kan vara laminerat med ett polymermaterial 9b.

Polymermaterialet 9b är anordnat på en sida av nätet 9a och när bandet 9 anordnas mellan det yttre röret 1 och muffen 7 är nätet 9a vänt mot det yttre röret 1 så att nätet 9a kommer uppåt när bandändarna 10 böjs över och runt slitskanterna. Det går även utmärkt att använda ett band 9, ett nät 9a, som inte är laminerat utan att funktioner och fördelar hos uppfinningen påverkas.

Bandet 9 har en bredd som är smalare än överlappningen 6. Svetsfogen 3 erhåller motsvarande bredd och är smalare än överlappningen. 10 15 20 25 30 535 53? Innan anbringande av det svetsvärmetillförande bandet 9 slipas Oxidskikt på polymerytorna, plastytorna, hos både muff och rör bon, därigenom avlägsnas oxider och smuts, vilka negativt inverkar på svetsfogens hållfasthet och täthet.

Vidare innebär användandet av ett nät 9a, eller åtminstone en nätliknande konstruktion, för upphettning mellan de ytor som skall sammansvetsas en mycket iämn värmefördelning över hela svetsfogens längd och bredd varvid en homogen svets med mycket hög prestanda blir resultatet.

De uppvikta bandändarna 10, innefattande de elektriskt ledande delarna, nätet 9a, ansluts sedan till var sin elektrod 21 anslutbar med matningskablar till ett kraftaggregat PU i stånd att tillföra en ström tillräcklig för att upphetta bandet 9 och omkringliggande svetsfogområde till en för polymermaterialen, plastmaterialen, smältande temperatur så att de smälter ihop runt, och igenom, bandet för bildande av en svetsfog.

Fig.5 visar att anordningen innefattar ett klämorgan 20 för ansättande av ett yttre rör mot ett inre rör, särskilt en slitsad rörmuff 7 trädd på ett yttre ledningsrör 1 hos ett rör av typen fjärrvärmerör eller fjärrkylarör. Klämorganet 20 innefattar ett böjligt klämband 22 anordnat i en ögla 23 så att klämbandets fria ändar 22.1 och 22.2 är anslutbara till ett spännorgan 24-30. Klämbandet 22, öglan 23, är, när den är anordnat runt muffen 7, runt muffens omkrets, genom spännorganets påverkan i stånd att ansätta muffen 7 mot röret 1. Spännorganet 24-30 som kan ansätta, dra åt, öglan 23 innefattar vid sin ena ände en stöddel 24 avsedd att vila mot muffen 7. I anslutning till stöddelen 24 är vidare anordnat två parallella brytrullar 25 med ett inbördes avstånd som väsentligen understiger muffens diameter. Brytrullarna 25 kan lägesjusteras beroende på muffens storlek, diameter, med hjälp av lägesjusteringsorgan, lämpligen en skruv anordnad i vardera änden av respektive brytrulle 25 där rotation av en skruv lägesförflyttar den änden av brytrullen 25 mot eller från muffen 7. Stöddelen 24 samverkar med klämbandet 22 och utövar en klämkraft runt väsentligen hela muffens omkrets.

Stöddelen 24 är företrädesvis konkavt utformad efter muffens svängda yta för stabil anliggning.

Det är vidare föredraget att stöddelen 24, åtminstone i det ytparti i som anligger mot muffen 7, är utförd i ett elektriskt isolerande material, som även tål de förhöjda temperaturer som svetsningen medför. Vidare kan verktygets stöddel 24 med fördel vara utbytbar för god anpassning till olika 10 15 20 25 30 535 537 lb rördiametrar eller vara utförd i ett något tormeftergivligt material som anpassar anliggningsytan efter aktuell rördiameter. Även klämbandet 22 i öglan 23 är utfört i ett böjligt material tåligt för förhöjda temperaturer. Klämbandet är lämpligen ett band innefattande kevlar och teflon.

Klämbandet 22 är exempelvis tillverkat av kevlar som därefter är impregnerat eller laminerat med teflon.

Stöddelen 24 innefattar ett elektriskt isolerande utsprång 26. För att minska risken för överslag och skador vid runtomsvetsningen är det fördelaktigt om utsprånget 26 innefattar en värmetålig isolering. Exempelvis kan användas ett keramiskt material eller liknande mot värme relativt motståndskraftigt material, gärna även ett böjligt material som följsamt upptar eventuella formvariationer. Utsprånget 26 är avsett att upptagas i slitsen 8 och där inträda som skiljevägg mellan de över slitsens kanter uppvikta elektriskt ledande banden 9, bandändarna 10.

Utsprånget 26 kan vara utfört som en läpp eller en ås. Utsprånget 26 är rörligt, utskjutbart, så att dess placeringsdjup in i slitsen kan varieras beroende på muffens godstjocklek.

Två elektroder 21 är innefattade i stöddelen 24, en vid vardera sidan av utsprånget 26, för anslutning av en elektrisk ström till det elektriska bandet 9, vars bandändar 10 såsom tidigare nämnts är uppvikta på var sin sida av slitsen 8. Elektroderna 21 är fjäderbelastade för maximal anliggning mot bandet 9. Elektroderna 21 står med matningkablar M i förbindelse med ett kraftaggregat PU vilken kan tillföra elektroderna 21 en reglerad och kontrollerad ström under en reglerad tid, Det exempel som här givits på spännorganets 24-30 utförande kan naturligtvis varieras inom uppfinningstanken, varvid ansättningen kan erhållas med hävstänger eller rullar eller andra linjära eller ickelinjära bandspänningsmetoder.

Innan bandet 9 upphettas anbringas klämorganet 20 till muffen 7 och det yttre röret 1, som pressar muflen 7 mot det yttre röret 1 så att bandet 9 ansätts emellan deras ytor.

Innan strömmen ansluts till bandet sker en kontroll av att alla delar äri rätt läge, till exempel att bandet 9 är på plats och muffen 7 överlappar det yttre rörets ändar ta och 1b i önskad utsträckning, samt att matningskablar och elektroder 21 är korrekt ansluta till bandet 9.

(Jl 10 15 20 535 537 Vi Hela bandet 9 upphettas och de oxidfria plastytorna och polymermaterialet 9b kring och innefattat i bandet 9 smälter samman. Strömmen bryts och kring bandet 9 har bildats en bred och fullständigt genomsmält svetsfog.

Klämorganet 20 avlägsnas och samma svetsningsmoment utförs vid muffens andra ände. Om två anordningar enligt uppfinningen är tillgängliga kan naturligtvis bägge runtomgâende svetsar vid varje muffände utföras samtidigt.

När muffens 7 runtomgående svetsar är utförda och klämorganet 20 är demonterat avlägsnas bandändarna 10 genom fräsning av en U-formad svetsfog med en överhandsfräs. Därefter sker en svetsning av slitsen 8 för skapande av en svetsfog längsmed muffens hela längd 5. En heldragen svetssträng läggs utefter hela slitsens 8 längd. Företrädesvis används en s.k. extrudersvets för extrudersvetsning som även tillför svetsfogen material.

En anordning enligt uppfinningen uppvisar tack vare sina få beståndsdelar en låg vikt vilket väsentligen förbättrar montörens arbetsmiljö då arbete av detta slag inte helt ovanligt utförs i lite komplicerade och svårtillgängliga miljö. De tekniska särdrag i form av delar och detaljer som beskrivits här ovan kan fritt kombineras inom uppfinningstanken så länge resultatet svarar mot den konstruktion som beskrivs i patentkraven.

Claims

1. 0 15 20 25 30 535 537 liš Ändrade Patentkrav Förfarande vid svetsning av rör (1) av ett svetsbart polymert material, där röret har rörändar (1a,1b) och en mutf (7) av ett svetsbart polymert material, där förfarandet innefattar att muﬁen (7) placeras med överlappning över rörändarna (1 a, 1b), att muffen (7) svetsas till rörändarna (ta, 1b), genom placering av ett elektriskt ledande och för smält plast genomsläppligt band (L,9) mellan röret (1) och muffen (7), och att ett kraftaggregat (PU-DCPU-AC) ansluts till bandet (L,9) med matningskablar (M) och elektrisk ström tillförs för att upphetta bandet (L,9) och omkringliggande polymermaterial så att de smälter ihop runt bandet (L,9) för bildande av en svetsfog, kännetecknat av att svetsfogens initiala omgivningstemperatur TO mäts innan bandet upphettats, att en spänningspotential UL över bandet mäts, att den tillförda elektriska strömmen lL till bandet mäts, att bandets initiala resistans RD beräknas innan bandet upphettats, att den tillförda elektriska strömmen till bandet bringas att öka, att bandets resistans R beräknas baserat på spänningspotentialen och den uppmätta strömmen, att bandets resistansförändring AR beräknas, att bandets temperaturökning AT beräknas baserat på resistansförändringen, och att svetsfogens temperatur TW beräknas genom summering av svetsfogens initiala omgivningstemperatur TO och bandets temperaturökning AT. Förtarande enligt krav 1 kännetecknat av att svetsfogens beräknade temperatur jämförs med en törbestämd slutlig svetsfogtemperatur T, . Förfarande enligt krav 1 eller 2 kännetecknat av att tillförseln av ström till bandet avslutas när svetsfogens temperatur TW nått den förbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tr. Förfarande enligt krav 1 eller 2 kännetecknat av att tillförseln av ström till bandet avslutas när en förbestämd resistansförändring AR i bandet uppnåtts. 10 15 20 30 9" 10. 11, 12. 13. 14. 535 537 Förfarande enligt något av föregående krav kännetecknat av att tillförseln av ström till bandet avslutas när svetsfogens temperatur TW nått den förbestämda slutliga svetsfogtemperaturen T, samt stabiliserats vid den förbestämda slutliga svetsfogtemperaturen Tf under en förbestàmd tidsperiod. Förfarande enligt något av föregående krav kännetecknat av att den elektriska strömmen är en likström. Förfarande enligt något av kraven 1-5 kännetecknat av att den elektriska strömmen är en växelström. Förfarande enligt krav 7 kännetecknat av att åtminstone ett kraftaggregat (PU-AC) som innefattar en quasiresonant kraftkonverterare (B) används för erhållande av den elektriska strömmen som ska kopplas till bandet (9). Förfarande enligt krav 8 kännetecknat av att den quasiresonanta kraftkonverteraren (B) arbetar vid frekvenser i intervallet 20-50 kHz. Förfarande enligt något av kraven 7-9 kännetecknat av att en impedans beräknas för en krets innefattande kraftaggregatet (PU-AC), matningskablarna (M) och bandet (L,9). Förfarande enligt krav 10 kännetecknat av att bandets resistans R beräknas baserat på kretsens impedans med kompensation för induktansen och resistansen i matningskablarna (M). Förfarande enligt något av föregående krav kännetecknat av att bandets relativa resistansförändring Ftæ. beräknas och att svetsfogens temperaturhöjning beräknas baserat på att bandets relativa resistansförändring Rw.. Förfarande enligt något av något av föregående krav kännetecknat av att strömmen tillförs så att bandets temperatur bringas att nå till ett första temperaturbörvärde T, under en uppvärmningsfas. Förfarande enligt krav 13 kännetecknat av att strömmen tillförs så att bandets temperatur bringas att nå till ett andra temperaturbörvärde T, under en utjämningsfas. 10 15 20 25 15. 16. 18. 19. 21. 535 537 ÅS Förfarande enligt krav 13 eller 14 kännetecknat av att det första temperaturbörvärdet T1 är högre än det andra temperaturbörvärdet Ta. Förfarande enligt något av föregående krav kännetecknat av att spänninngspotentialen UL mäts i kopplingspunkter (K1,K2) anordnade invid bandet. Förfarande enligt något av föregående krav kännetecknat av att spänninngspotentialen UL mäts i kopplingspunkter (K1,K2) anordnade direkt vid kraftaggregatets utgång. Anordning vid svetsning av ett rör (1) av ett svetsbart polymert material, där röret (1) har rörändar (1a,1b), och en muff (7) av ett svetsbart polymert material, och där muffen placeras med överlappning över rörändarna (1a, 1b), där anordningen innefattar ett elektriskt ledande och för smält plast genomsläppligt band (L,9) som är placerat mellan rörändarna ( 1a, 1b) och muffen (7), och ett kraftaggregat (PU-DC,PU-AC) för erhållande av en elektrisk ström som ska anslutas till bandet (L,9) för upphettning av bandet (L,9) och omkringliggande polymermaterial så att de smälter ihop runt bandet (L,9) för bildande av en svetsfog kännetecknad av att anordningen innefattar en styr- och reglerenhet (SFI) som har medel (CS) som mäter och reglerar den elektriska ström som tillförs bandet och medel (VS) som mäter och reglerar spänningspotentialen UL över bandet (L,9), ett termoelement (TS) för mätning av svetsfogens intiala omgivningstemperatur To samt en beräkningsenhet (CU) för beräkning av resistans R i bandet (L,9) och svetsfogens temperatur TW. Anordning enligt krav 19 kännetecknad av att bandet (L,9) innefattar en rostfri expandermetall. 20. Anordning enligt krav 18 eller 19 kännetecknad av att kraftaggregatet (PU-AC) innefattar en quasiresonant kraftkonverterare (B) för erhållande av den elektriska ström som ska anslutas till bandet (L,9). Anordning enligt något av kraven 18 eller 19 kännetecknad av att kraftaggregatet (PU- DC) är ett likströmsaggregat. 535 537 (ll 22. Anordning enligt något av kraven 18-20 kànnetecknad av att kraftaggregatet (PU-AC) är ett växelströmsaggregat. 23. Anordning enligt något av kraven 18-22 kännetecknad av att en krets innefattande kraftaggregatet (PU) och bandet (L,9) har kopplingspunkter (K1.K2) i anslutning till bandet för inkoppling av medel (VS) för mätning av spänningspotentialen UL i bandet (L,9)- 10