本发明涉及一种用于由塑性材料包复的绝缘管道的套管接头，特别适用于分区供暖系统，所述的套管接头包括一个塑性材料连接套管，该套管覆盖住管道的连接部位，搭接在被连接的相邻管道的外皮的终端上，通过一条塑性材料的角焊缝将套管的各端固定并焊接在被覆盖的管道外皮上，管道外皮、套管和焊缝的材料最好是聚乙烯。

本发明还涉及这种套管接头的制造方法。

预制的由塑性材料包复的管道经常被用于分区供暖系统。当铺设分区供暖管道时，预制的管道被一段段地接起来，其后，管道接头处通过密封形成永久性的，不透水的、绝缘的连接，该连接能经受得住工作状态及载荷。

对于中、小直径的管道，一般使用一种标准的套管接头来密封接合处。套管搭接在管道外皮的终端上，将两管道的外皮的终端连接起来。套管端与管道外皮之间的密封是通过把能冷缩的套乘热胀时套上的方法来实现的。

但是，在涉及大直径管道和较高机械应力时，这种标准套管接头不能满足要求。因为很难在一种适当方式里提供这种热套过程所需要的热量，于是接头易于开裂、渗漏，从而导致管道线的损坏。

另一种方法是：在大直径管道的场合下，连接套管的焊接采用V型对接焊接，此时连接套管的外径与管道外皮的外径相等。

还使用一种所谓“瑞典接头”，这是一种套管接头，通过中间加热的焊接材料把搭接的套管端与位于下面的管道外皮终端焊接在一起，焊接时需用电加热装置和增压装置。

一种建议的作法是把套管接头的套管端与管道外皮的外表层通过熔化连接在一起，这时套管内径与管道外皮的外径相等。熔化的热量来自一个围绕连接部位的加热环，但这种作法还没有被证明是成功的。

还有一种建议：概括地说就是通过角焊缝将套管接头的搭接套管端焊封。角焊缝代替了那种热胀冷缩套。然而到目前为止还没有一种实际的关于如何制作这种角焊缝的建议，也没有关于现场使用经验的讨论。

本发明的目的之一是提供一种改进了的套管接头，它包括角焊缝特别适用于大口径管道和要求接头坚固的场合。

本发明的目的之二是提供这种改进的套管接头的制造方法，它适合于现场使用。

按照本发明，上述目的是通过具有权利要求书中所描述的特征的套管接头及其制造方法来实现的。

本发明的第一个重要的特征是，套管接头包括一个尺寸加大了的套管，其内径大于被覆盖的管道的外径，两者之间形成一个轮廓分明的环形缝隙。为了使管道外皮的中心对准套管的中心，在所述的缝隙中在套管各端附近装有隔离件，使套管各端与被覆盖的管道外皮之间一圈全保持预定的间距。换句话说就是缝隙间距完全被控制。

为获得均匀和牢固的焊缝及接头，很重要的一点是：在焊接过程中，缝隙间距要保持稳定不变，因那时较高的温度会引起塑性材料变软而容易变形。因此制造所述的隔离件的材料应使其在所用的焊接温度下尺寸保持稳定。

隔离件在缝隙里的位置也很重要，它应能支撑紧靠缝隙开口的套管端，以防止被加热了的套管端朝管道外皮下陷，下陷意味着缝隙开 口处的缝隙间距被改变。最好是使隔离件在由套管端面的下缘或内缘确定的缝隙开口的稍微朝里的地方终止。这意味着焊接材料能至少稍微渗入到隔离件前面的缝隙中，使此处的焊接更牢。

所述的隔离件应至少大体上填满缝隙的一圈，换句话说，在缝隙开口稍微朝里的地方缝隙应至少大体上被填塞。

隔离件最好由木材或类似材料制成，并且呈扁平带状，以易于被侧着通过缝隙开口插入缝隙中。当然其厚度应等于所需要的缝隙间距，在大多数情况下此厚度应不变。

隔离件朝向缝隙开口的一端应成园形，这样就不会产生会成为焊缝开裂点的尖角或锋利边缘。

本发明另一个重要特征是在管道外皮上在套管各端附近至少紧靠缝隙的外面开有一环形槽。每条焊缝注满与其相关的槽和紧接着的缝隙开口并且至少要覆盖住与其相关的套管端面的大部分，最好能覆盖住整个套管端面及邻接该端面的一部分套管外表面。在这种最佳实施例中，焊缝的外部或上部具有一般呈凸形的截面，紧接下来的截面一般呈斜坡形，该斜坡最后在槽外缘的外面终止在管道外皮上。

最好在焊接之前开槽，或至少要使槽底与槽壁在焊接前没有被氧化。

但槽也可以在制作管道时被开好，然后采取防止氧化的措施，到焊接前再把它们除去。

该槽，特别是与注满了焊缝的轮廓分明的缝隙开口一起，使接头强度显著增加。

槽的内缘开在套管端面的下缘或内缘之内但最好在隔离件外端之外是一种适宜的形式。一般地说，槽的内缘，套管端面的下缘，及隔 离件的外端都应位于同一段范围之内。

然而，槽也可以向缝隙内显著延伸，事实上，它可以沿着整个被覆盖的管道外皮延伸，这样的槽最好被开在管道的制作阶段。这种伸长了的槽意味着隔离件将座落在槽内，从而能使用内外径都较小的套管。

槽在缝隙外面的宽度至少应大致等于套管管壁的厚度。槽的深度及缝隙的间距应与套管的厚度相适应。但是槽深不应小于0.5mm，标准深度在大约2mm和3mm之间。缝隙间距，或换句话说隔离件的厚度，不应小于2mm，标准间距在大约3mm和4mm之间。

本发明进一步的特征是套管端面从上至下向缝隙内倾斜，换句话说套管端面被切去下部。这种作法能进一步增加焊接强度，特别是在缝隙开口部位。套管端面的表面形状并不很重要，它可以是一般平面，套管端面与套管外表面的角度一般在大约60°和70°之间。

套管端面的底切工序最好在即将焊接前进行，以防止套管端面在焊接前发生有害的氧化。也可以在更早一些时间进行，但那时需要采用可除去的防氧化措施，当然也可用另外的切削方式，如果认为除去氧化层并不费力。

通常，管道与套管最常见的形状是圆形，这时，名词“内尺寸”意味着内圆直径，“外尺寸”意味着外圆直径。但也可以有另外的形状，例如椭园形，这种形状的管道具有同样的外皮并且一个套管中有两个管道。在这种情况下隔离件就变得更加重要，以便于在加热焊接时控制缝隙间距。

焊接过程最好是一个热压过程，下面将给出进一步的解释。

本发明还包括了一种制造上述套管接头的方法，该方法包括使用 一个塑性材料连接套管覆盖住管道的连接部位，使套管搭接在被连接的相邻管道的塑性材料外皮的终端上，通过焊塑性材料在套管各端面处形成一条角焊缝，将套管各端固定并焊接在被覆盖的管道外皮上。其基本特征如下：

a）.使用一个尺寸加大了的套管，套管内径大于与其相关的被覆盖的管道外皮的外径，两者之间形成一个轮廓分明的缝隙;

b）.在两个环形的缝隙开口处将抗热的隔离件插入所述的缝隙中，以保证在焊接角焊缝时套管各端附近预定的缝隙间距维持不变;

c）.在所涉及的两个管道外皮的每一个上开出一个环形槽，当套管被装配好时槽位于至少紧靠所述缝隙开口的外面;

d）.加热焊接部位;

e）.把熔化了的焊接材料挤压到加热了的焊接部位，使焊接材料注满此处的槽和缝隙开口，并至少覆盖套管端面的大部分，从而得到角焊缝，最好每条角焊缝能把与其相关的整个套管端面及邻接该端面的一部分套管外表面和邻接槽的一部分管道外皮表面都覆盖起来。

关于特征a），由于套管内径比管道外皮的外径大，可容易地沿着管道外皮移动，所以可方便地将套管套在适当的位置。当然我们可以使用无缝的或连续的套管，但也可以使用有缝套管，开缝处可在完成了套管端的焊接工作后再焊接起来。

关于特征b），最好是使用具有抗热性能的材料（如木材）制作的、呈扁平带状的隔离件，其厚度与预定的缝隙间距相当，长度与缝隙的周长相当，因此该隔离件可通过缝隙开口压入缝隙并封闭缝隙。换句话说，隔离件没有必要被制成闭环形，因此不必在管道连接前用力把它套上管道。

关于特征c），可使用适当的工具来开槽，例如切削工具。如前面所述，开槽的工作最好是在临近焊接前的期间进行，这样将不会有因槽表面的氧化而带来的不利影响。

关于特征d），一个优越性很大的加热方法是把热空气吹送到焊接部位，此方法便于现场使用，并且容易通过常用的热吹风机来控制。对空气温度应当加以控制，使得焊接部位-槽、套管端面及其附近-被加热到它们的焊接或熔化温度，不仅使其表面，而且使其一定的深度之处也应达到该温度，此深度通常是几毫米。当管道外皮与套管使用聚乙烯制作时，温度通常被控制在大约200-250℃之间。这意味着尖角和锋利边缘将变成园形，从而减小应力集中与开裂的危险性。

因为在着手焊接前具有均匀的和可控制的温度是很重要的，并且因为这是一种现场使用方法从而可能遇到各种天气状况，所以一个具有优越性的措施是在上述的最终加热之前先对焊接部位进行预热。它可以补偿不同的天气引起的差异并使最终加热更精确。预热最好也使用把加热了的空气吹送到焊接部位的方法。合适的预热温度是大约等于但小于焊接材料的熔化温度，一般预热温度大约是100℃，而焊接材料的熔化温度大约是120℃。

应当指出，用可以调节的喷嘴可以很容易地控制热空气的吹送。

关于步骤e），最好把熔化的焊接材料挤压到一个可移动的焊接模具中，它可以在套管上表面上及槽外的管道外皮表面上滑动。该焊接模具内有一空腔以确定挤压出的焊缝的外形轮廓。该焊接模具与适合于供给焊接材料的设备，适合于加热的设备一起成一体地沿着整个一圈的焊接部位转动，这一点在下面对一个实现本发明方法的设备的 描述中将变得更加清楚。

上述可滑动的焊接模具的使用意味着该模具能被设计得使其前端与套管外表面和槽外管道外皮表面的接触能除去受热后变软了的表面层，于是可除去任何有害的氧化物，使套管和管道外皮与挤压出的焊接材料之间有更好的连接。

如前面所述，本发明的进一步的特征是，这种方法包括切削或机械加工套管端面，它能提供合适的底切和/或除去任何有害的氧化物。这种切削很容易进行，在焊接前用手动工具即可完成。

下面参照附图通过一个实施例进一步说明本发明。

附图图面说明：

图1是本发明所述套管接头的纵剖面局部示意图，同时也显示了焊接模具的一般应用方式。

图2是与图1相似的纵剖面局部示意图，显示了根据本发明得到的角焊缝。

图3是一个横剖面示意图，显示了根据本发明制作角焊缝的挤压焊接方式。

图4是一个侧视示意图，显示了一个实现本发明方法的设备的基本特征。

图5是图4所示设备的俯视示意图。

图6是根据本发明所使用的一个焊接模具的透视示意图。

在图1与图2中，一个尺寸加大了的园筒形套管1搭接在园筒形管道外皮3上面，两者之间形成一环形缝隙5。一条扁平硬木隔离件7位于紧靠缝隙开口9但在其内的地方。隔离件7的厚度不变，等于缝隙间距a。隔离件7的外端11呈园形。隔离件7是连续的并且延 伸整个一圈形成一隔离环。于是在缝隙开口稍微朝里之处缝隙5的一圈被封住，隔离件7可以很容易地通过缝隙开口9被侧着插入缝隙5中。

在紧靠缝隙开口9的外面一条环形槽13被开在管道外皮3的外表面15上，其宽度约等于套管管壁的厚度。槽13的内缘17位于套管端面21下缘19的里面，隔离件外端11的外面。套管端面21是平的并从上至下向内倾斜，端面21与套管1的外表面23之间的夹角α在大约70°-75°之间。

管道外皮3与套管1由聚乙烯制成，而位于下面的绝缘层25由聚氨酯制成。

图1显示了加热及焊接前的状态，也显示了焊接模具27的标准位置，焊接模具27用于角焊缝的挤压（参见图2）。图1显示了焊接模具27的前端，其内部的形状如虚线31所示。模具27可在套管外表面23及管道外皮15上滑动以确定焊缝29的外形。模具27的前端上缘33与其前端下缘35设计得可以分别刮擦位于下面的表面23与15，因而可除去薄薄的氧化了的有损焊接质量的外表面层。槽13和端面21的切削最好能使它们在进行焊接时还没有发生氧化，这一点是不言自明的。

焊接之前，即把熔化了的聚乙烯焊接材料通过模具27的上方开口37注入之前，焊接部位已被加热，这一点将在后面说明。由于被加热的原因，套管1与外皮3的焊接部位上的尖角和锋利边缘都由于熔化而变园，它们包括边缘17和19，套管端面21的外缘39，槽13的外缘18。因为隔离件7的外端11也是园的，于是在整个焊缝29内就不存在有可能引起应力集中或裂缝的地方，从图2中可 清楚地看出这一点。

现参照图2说明焊缝29，焊接材料渗入并充满槽13和缝隙开口9，加上上述的“变圆”，使得焊缝，特别是焊缝的根部，具有很高的强度。焊接材料覆盖住整个端面21，套管外表面23的一部分41，及槽13外面的管道外皮表面15的一部分43。焊缝截面的上部或外部45为凸形，而下部或内部47为斜坡形。

图3显示了本发明加热与焊接的最佳基本特征。图3可以被认为是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的横剖面图，添加了一定的装置。

参照图3，一个绕管道转动的装置可自动地进行加热与焊接，管道包括内部的钢管51，绝缘层25与外皮3。当然，在加热和焊接之前槽13和斜端面21已被切削好，套管1和隔离件7已被装配在适当的位置。

该装置包括一个环形架53，它环绕管道外周并且其上有轮子55可在外皮3的表面15上滚动，至少有一个轮子55被驱动，使环形架53绕管道旋转。当然环形架53可以打开以便在需要时将其环绕管道安装或从管道上取下来。

一个焊接车（图3中未显示）被安置在环形架53上并随其转动。该车携带了挤压焊接设备，包括焊接模具27。一个形状如第一热风吹送器57的加热器及一个形状如第二热风吹送器59的预热器也装在此焊接车内或直接装在环形架53上（图中未显示）。旋转方向如箭头61所示。

首先，焊接部位被热风吹送器59预热，空气温度通过温度传感器61的测量被按照预定的条件控制。

第二步，焊接部位由热风吹送器57加热，空气温度通过传感器 63的测量也被按照预定的条件控制。

热风吹送器57和59的位置可容易调节，以达到所希望的加热效果，这一点是不言自明的。热风吹送器的喷嘴最好是细长的，并对准焊接部位和槽13。在这方面应注意到槽13将产生一种有利于空气流动的隧道效应。

第三步，焊接部位将通过焊接模具27被注入熔化的焊接材料，挤压出的角焊缝从模具27的后面出来。

供应熔化的焊接材料的装置包括一个容器65，该容器有一个被加热件69所包围的熔化空腔67。焊接材料以柔软固体棒71的形式被压进到空腔67中。焊接材料棒71的进给机构包括一个被驱动的进给轮73与一个一起运转的压轮75。熔化的焊接材料77的温度通过温度传感器79来控制。熔化的焊接材料从空腔67中被压进模具27的空腔中。熔化的焊接材料的挤入可被适当地调节，同时考虑其他的挤压条件，以使得模具里面的焊接材料被加压从而注满焊接部位所有的空间。

因为该设备将在现场绕管子转动，例如在管沟内，所以所有部件应当尽可能小地从管道外伸。尽管这不是本发明的核心，图4和图5还是显示了焊接车粗略设计的一个实例。除以上讨论了的部件与组件之外，图中还显示了，焊接车架81，驱动轮83，驱动轮电机85，可调的用于进给焊接材料的支持臂87，进给轮电机89，环形架拆开机构91。

因为这种设备的操纵及所需动力的供应，对该领域的技术人员是显而易见的，因此没有必要描述。

图6是一个根据本发明所使用的焊接模具的实例的透视示意图。 该焊接模具应该用绝热材料制造或模制，使其不会因为过早冷却而影响挤压出的焊缝的温度。它也不应粘附焊接材料。一种适合此种焊接模具的材料是聚四氟乙烯或类似物。模具上的各种弧线曲度都应该与焊缝的轮廓、管道的口径等相适应，这一点是不言自明的。

本发明并不局限于已被显示和讨论过的实施例，在权利要求书的范围内，可产生许许多多变化了的形式。