La présente invention se rapporte à un procédé nouveau et amélioré de même qu'à des moyens pour établir un joint entre
des tuyaux constitués en une matière thermoplastique comme le polythène ou le chlorure de polyvinyle. Le terme "tuyaux" est utilisé dans un sens générique pour désigner tout conduit de section transversale tubulaire, soit sous la forme d'un simple tuyau, soit formé à l'état d'emboîtement de raccordement tubulaire d'un appareil donné ou montage tel qu'un élément en for-
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pape ou un réceptacle.
Suivant la présente invention, un procédé de fabrication
d'un joint bout-à-bout entre tuyaux de matière thermoplastique
est caractérisé en ce qu'il consiste à fournir de la chaleur
aux portions terminales des tuyaux tout en enfermant ces portions terminales entre des manchons intérieur et extérieur, et à presser les tuyaux axialement l'un vers l'autre pour amener les portions terminales à s'unir par un joint fondu, étanche aux fluides, de matière thermoplastique, que l'on fait ou laisse ensuite refroidir et durcir.
Il est entendu que la chaleur fournie aux portions terminales des tuyaux sera normalement fournie par l'intermédiaire du manchon extérieur qui peut ou bien être préchauffé avant introduction des portions terminales des tuyaux, ou que l'on peut chauffer ou continuer à chauffer après insertion de ces portions terminales.. Un certain chauffage préliminaire des extrémités de tuyaux elles-mêmes avant insertion est considéré néanmoins comme rentrant dans le cadre de l'invention.
Au surplus, il est entendu que le refroidissement du joint fondu étanche aux fluides peut se produire du fait d'un refroidissement naturel à l'air ambiant mais, si on le désire, on peut l'accélérer en soumettant le manchon extérieur à un fluide de refroidissement tel que l'air ou l'eau, laquelle, dans la dernière éventualité, peut simplement être versée sur le manchon à partir d'un récipient approprié, ou appliquée au moyen d'un linge humide.
La matière thermoplastique intervenant dans l'assemblage fondu étanche aux fluides peut être entièrement ou principalement la matière thermoplastique des tuyaux eux-mêmes, mais il est entendu que l'apport de matière thermoplastique additionnelle dans le passage entre les deux manchons et le chauffage de cette matière additionnelle de manière à ce qu'elle intervienne dans le joint fondu rentrent dans le cadre de l'invention.
De même, suivant l'invention on apporte des moyens de formation de joints pour tuyaux thermoplastiques comprenant des manchons intérieur et extérieur de dimensions en section transversale telles qu'ils définissent, lorsqu'ils sont assemblés concentriquement, un passage annulaire ou analogue à une bague.
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passade qui peut recevoir les tuyaux à réunir sous la l'orme d'un ajustage serré, le manchon extérieur ayant une conformation interne conçue pour coopérer avec les bouts des tuyaux quand ils sont insérés dans le passage, en vue d'établir l'emplacement axial du joint fondu à produire entre les .tuyau;', et ayant aussi un ou plusieurs trous indicateurs qui s'étendent à travers sa paroi, ce ou ces trous étant placés de telle manière et ayant une dimension telle que l'expulsion de la matière thermoplastique qui s'étanche à travers ces trous se produit seulement lorsqu'ont été établies les conditions de température et de pression dans la matière thermoplastique des tuyaux qui produisent un joint fondu étanche aux fluides entre ces tuyaux.
La formation localisatrice du manchon extérieur peut consister en une bride interne disposée dans la région centrale du manchon extérieur et ayant une profondeur moindre que l'épaisseur du passage entre les deux manchons en des positions axiale:
et extérieures à cette bride, de manière à produire une portion de passage d'épaisseur réduite, les trous indicateurs étant situés avec leurs extrémités intérieures en position adjacente par rapport à chaque extrémité de cette bride.
De plus, conformément à l'invention, on apporte un moyen de formation de joints pour des tuyaux thermoplastiques comportant des manchons intérieur et extérieur de dimensions telles
en section transversale qu'il définissent quand ils sont assemblés concentriquement un passage annulaire ou en forme de bague tel qu'il reçoit les tuyaux à réunir sous la forme d'un ajustage serré, moyen qui se caractérise en ce que le manchon extérieur
a une bride interne dans la région centrale de sa longueur, cette bride ayant une profondeur qui est moindre que l'épaisseur
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manière à produire une portion de passade d'épaisseur réduite facilitant la transmission de chaleur à la matière du tuyau <EMI ID=3.1>
cette matière, contribuant ainsi à l'établissement d'un joint fondu, étanche aux fluides, entre les tuyaux.
On va maintenant décrire l'invention à titre d'exemple en se rapportant aux dessins d'accompagnement dans lesquels :
la figure 1 est une vue en coupe et en perspective des manchons intérieur et extérieur comportant le moyen de formation de joint, le manchon intérieur étant représenté enlevé de l'intérieur du manchon extérieur pour la clarté. La figure 2 est une vue fragmentaire en coupe transversale longitudinale qui montre une variante de construction de manchon intérieur. La figure 3 est une vue fragmentaire en coupe transversale longitudinale montrant le stade initial d'établissement d'un joint entre tuyaux thermoplastiques où on utilise la construction du moyen de formation de joint montré dans la figure 1. La figure 4 est une vue partiellement en coupe transversale longitudinale qui montre un stade ultérieur dans l'établissement du joint.
La figure 5 est une vue fragmentaire en coupe transversale longitudinale montrant une autre construction du moyen de formation de joint comprenant un moyen de chauffage autonome.
Se rapportant aux figures 1 et 2, le manchon 10 est formé en un matériau qui est chimiquement inerte envers le fluide devant finalement passer à travers le joint quand il est fabri-
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tion du joint.
Dans le cas de joints à produire entre des tuyaux pour transporter de l'eau, le manchon intérieur 10 peut être fabriqua en un métal tel que le laiton, le cuivre, l'acier inoxydable,
ou encore il peut être fabriqué en un matériau non-métallique <EMI ID=5.1>
comme par exemple un tissu tissé à partir de fibres de verre et imprégné avec une résine de silicone convenable pour le rendre résistant à la chaleur et capable de durcir quand on le soumet à un traitement thermique approprié. Ou bien, il peut être imprégné avec une résine polyester appropriée.
Le manchon intérieur 10 a une paroi mince (dont l'épaisseui a été exagérée dans les dessins pour la clarté), son diamètre intérieur étant égal ou seulement un peu inférieur à la limite minimum de tolérance du diamètre interne nominal des tuyaux à assembler.
Par exemple, dans l'assemblage de tuyaux thermoplastiques ayant un diamètre intérieur nominal de 0,5 pouce (12,7 mm), le diamètre intérieur du manchon intérieur 10 peut être de 0,460 pouce (11,684 mm), et son diamètre extérieur de 0,469 pouce
(11,9126 mm), respectivement.
Il est entendu que, bien que l'invention ne soit pas limitée à l'établissement de joints entre tuyaux thermoplastiques de section transversale circulaire, cette forme de tuyau est la plus communément rencontrée, et c'est pourquoi on a représenté un moyen de formation de joint approprié à cette forme de tuyau. Les indications relatives aux dimensions des tuyaux ou manchons exprimées en diamètres ou rayons doivent être considérées comme données à titre d'exemple uniquement.
Le manchon intérieur 10 peut avoir une longueur qui est environ cinq fois son diamètre interne, mais, cette longueur n'est pas critique et peut par exemple sans inconvénient aller depuis environ trois fois à sept fois son diamètre interne, une valeur typique pour les dimensions données plus haut étant de 2,25 pouces (57,150 mm).
En vue de prévenir un déplacement axial fortuit du manchon intérieur 10 lorsque le joint est en voie d'établissement, il est pourvu sur sa face externe, dans la région centrale de sa longueur, d'une saillie, de préférence sous la forme d'une nervure 11 continue, s'étendant sur la circonférence. Cette nervure peut être formée en pressant ou en déformant autrement la paroi du manchon 10 ou, cornue indiqué dans la figure 2, elle peut être constituée par une bague 12, de construction séparée, de préférence en la même matière thermoplastique que celle dont les tuyaux eux-mêmes sont composés, par exemple du polythène.
L'élément de polythène 12 représenté dans la figure 3 peut être amené à adhérer à la face externe du manchon 10 en le formant comme un moulage par injection sur le manchon. Ou bien, ou en plus, la pression du moulage par injection peut être suffisante pour produire une légère déformation intérieure de la paroi du manchon 10 comme indiqué en 13 (sous une forme un peu exagérée).
La hauteur radiale de la nervure 11 ou élément 12 est petite comparativement à l'épaisseur de paroi (elle a été exagérée dans les dessins pour la clarté), une hauteur typique pour les dimensions du manchon intérieur données plus haut étant de 0,01 pouce (0,254 mm) à 0,015 pouce (0,381 mm).
Le second composant du moyen de formation de joint est un manchon extérieur 14. Ce manchon extérieur peut lui aussi être fabriqué en un des métaux antérieurement cités, ou il peut être fabriqué en une substance non-métallique, par exemple un matériau céramique ou du verre, de préférence un verre borosilicaté résistant à la chaleur.
Partant de chaque extrémité du manchon extérieur, sa face interne commence par une portion biseautée ou évasée 15 qui facilite l'entrée des deux tuyaux à assembler par les extrémités opposées de ce manchon, le diamètre maximum de la portion évasée ou biseautée 15 étant un peu plus grand que le diamètre extérieur des tuyaux.
Puis, la face interne se poursuit en une portion cylindri, que ou à côtés parallèles, 16, de diamètre intérieur tel que les tuyaux s'adaptent de manière serrée dans cette portion, mais soient néanmoins capables d'être enfoncés à la nain.
Les portions 15 et 16 combinées ont une longueur axiale substantielle et peuvent d'une manière typique être environ égales au diamètre extérieur des tuyaux à assembler, ou être un peu plus grandes que ce diamètre, l'engagement ferme entre la portion 16 (et, comme décrit ci-après, entre la portion 15) et la face externe du tuyau en cause servant à produire le sup-
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sion le joint finalement tome entre les deux tuyaux.
Au centre, ou approximativement au centre de sa longueur, la face interne du. manchon extérieur 14 est pourvu d'une formation pour être en prise avec les faces terminales des tuyaux
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faisant saillie vers l'intérieur, continue sur la. circonférence.
Cette bride remplit trois fonctions distinctes, qui seront mises plus spécifiquement en lumière par la suite, et sa forme et ses dimensions sont déterminées en rapport avec ces fonctions, de manière à ce que chacune puisse être remplie d'une manière efficiente.
On observera tout d'abord que la bride 17 est de forme solide en coupe transversale longitudinale, la raison de cette particularité étant de permettre à la bride de se comporter
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à partir de laquelle la chaleur est transmise aux portions des deux tuyaux immédiatement adjacentes à leurs faces terminales lorsqu'elles sont entrées dans le manchon et viennent en prise avec cette bride.
En raison de la section transversale solide de la bride, la capacité calorifique par unité de longueur du manchon dans la région centrale est notablement plus grande que celle qui existe par unité de longueur en d'autres positions le long du manchon.
La seconde fonction de la bride 17 est de réduire l'épais-
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10 et le manchon extérieur 14 lorsque ces deux manchons sont assemblés concentriquement l'un par rapport à l'autre. A cet effet, la bride 17 a une telle profondeur radiale, mesurée radialement à l'intérieur de la portion de face 16, que la face interne 18 de la bride se situe environ à mi-distance entre la face externe du manchon 10 et la portion de face 16 du manchon extérieur.
La réduction dans l'épaisseur de passage aux positions intérieures à la face 18 de la bride 17 non seulement réduit le volume'de matière thermoplastique qui peut être présente dans ce passage, mais réduit aussi l'épaisseur de paroi de cette matière thermoplastique qui dans certains cas, par exemple avec le polythène, possède une conductivité thermique assez basse.
La réduction de,volume et d'épaisseur de paroi est avantageuse en ce qu'elle assure que la matière thermoplastique, telle qu' elle est disposée dans la portion de passage 19 à épaisseur réduite, s'échauffe plus ou moins uniformément dans toute son épaisseur de paroi, ce qui évite les craquelures, fissures ou défauts similaires qui pourraient autrement se produire aux faces terminales d'aboutement des deux tuyaux, spécialement au voisinage de leurs bords internes si l'épaisseur de paroi dans cette région était trop grande pour permettre à la chaleur provenant de la bride 17 de rendre la matière thermoplastique coulante en ces endroits.
Bien que la profondeur radiale préférée de la bride soit environ la moitié de l'épaisseur de passage aux positions espacées suivant l'axe à l'extérieur de la bride, comme par exemple entre les portions de face 16 et le manchon 10, on peut s'écar-ter dans une certaine mesure de cette proportion préférée sans causer préjudice au fonctionnement satisfaisant du moyen de formation du joint.
Pour les matières plastiques comme le polythène, la profondeur radiale de la bride 17 peut se situer dans l'intervalle
de 0,3 à 0,7 de l'épaisseur de passage entre le manchon intérieur 10 et la portion de face 16.
La longueur axiale de la bride 17 est déterminée en partie par rapport à sa fonction en tant que portion d'accumulation de chaleur et en partie par rapport à la fonction remplie par les évidements de clavetage 20 disposés en position adjacente par rapport aux faces terminales respectives de la bride 17.
Les évidements de clavetage 20 peuvent se présenter sous la forme de gorges s'étendant en continu suivant la circonférence, de préférence de section transversale rectangulaire, de manière à offrir des faces d'aboutement 22 qui sont orientées
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chon; elles coopèrent avec la matière plastique des tuyaux forcée dans ces évidements pour le relâchement de l'effort de traction dans le joint fondu entre les tuyaux.
En établissant la bride 17 avec une longueur qui peut être de manière typique à peu près 4 à 5 fois sa profondeur radiale, les évidements de clavetage 20 sont placés suffisamment à l'écart en direction axiale à partir du joint fondu pour empêcher pratiquement la transmission de l'effort de traction à travers la matière des tuyaux à partir de la région des faces d'aboutement 22 à la région du joint fondu, tandis que cette dimension axiale de la bride 17 assure en même temps qu'elle a une capacité thermique suffisante pour se comporter avec satisfaction comme portion d'emmagasinage de chaleur.
La dimension n'est pas critique et il est évident qu'on peut la réduire ou l'augmenter dans une certaine mesure sans contrarier de manière sensible son aptitude à remplir ces fonctions.
Une autre fonction de la bride 17 est d'agir comme un organe de cisaillement ou de division pour dévier une certaine proportion de la matière des tuyaux thermoplastiques dans les évidements de clavetage 20, cette fonction étant particulièrement favorisée en établissant les faces terminales 21 de la bride pour qu'elles intersectent la face interne 18 suivant des arêtes assez vives 23. Pour la facilité de fabrication, les faces terminales 21 reposent dans des plans perpendiculaires à l'axe du manchon extérieur, tandis que.la face 18 est de forme cylindrique concentrique à l'axe.
Les volumes des évidements de clavetage 20 (se trouvant à l'extérieur des portions de face 16 du manchon extérieur de préférence ne sont pas notablement plus grands collectivement
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face 16), de manière à ce que la matière thermoplastique déplacée par la bride remplisse complètement, ou à peu près complètement, les évidements de clavetage 20.
Les longueurs axiales de ces évidements doivent être suffisantes pour produire la résistance au cisaillement nécessaire pour résister aux forces de traction qui seront vraisemblablement appliquées aux deux tuyaux après assemblage dans leur mode accoutumé d'utilisation. D'une manière typique, les longueurs axiales des évidements de clavetage pour les .dimensions de tuyau et de manchon indiquées précédemment pourront être d'environ 0,25 pouce (6,35 mm).
En vue de soulager le joint fondu entre les deux tuyaux d'un effort de torsion, les portions de face 16 sont pourvues d'autres évidements de clavetage 24 à des intervalles espacés angulairement, par exemple de 90[deg.] ou, pour des tuyaux de plus grandes dimensions, de 60[deg.]. Ces évidements de clavetage peuvent se présenter sous la forme de fentes s'étendant dans le sens de la longueur, dont les parois latérales constituent des faces d'aboutement, tournées vers la circonférence, qui entrent en prise avec la matière thermoplastique des tuyaux forcée dans ces fentes.
Pour être sûr dans la fabrication du joint que les conditions de température et de pression sont établies dans la portion de passage 19 à épaisseur réduite, conditions telles que le joint fondu étanche aux fluides est établi entre les deux tuyaux, on prévoit des trous indicateurs 25 qui s'étendent à travers la paroi du manchon extérieur.
A leurs extrémités inférieures, ces trous indicateurs pénètrent dans les bases des évidements de clavetage 20, et leurs extrémités extérieures émergent à la surface extérieure du manchon extérieur.
Les dimensions de ces trous sont choisies de manière à ce qu'ils produisent une résistance à l'épanchement extérieur de la matière thermoplastique à travers eux, ce qui assure que cet épanchement ne se produira pas tant que la température et-la pression de la matière thermoplastique dans la portion de passage 19 n'auront pas atteint des valeurs qui assurent l'obtention d'un joint étanche aux fluides.
Il est évident que ces dimensions varieront en fonction de la matière thermoplastique particulière dont les tuyaux sont formés mais, dans le cas de tuyaux en polythène, on a déterminé que les trous indicateurs 25 occupant les positions montrées et ayant des diamètres qui ne sont pas substantiellement inférieurs à 1/32 de pouce (0,7937 mm) et qui ne sont pas substantiellement supérieurs à 3/32 de pouce
(2,3812 mm) donnent satisfaction pour l'obtention d'une indication sûre qu'un bon joint étanche aux fluides a été établi.
De préférence, on établit plusieurs trous en relation avec chacun des évidements de clavetage 20; par exemple, il peut y avoir quatre de ces trous pour chaque évidement de clavetage, disposés à des intervalles angulaires égaux, les trous appartenant à un évidement étant de préférence situés en face ou à peu près en face des points médians des espaces entre trous de l'autre série, de manière à avoir une indication des conditions de température et de pression en un grand nombre de positions autour de la circonférence de la portion de passage 19.
On représente dans les figures 3 et 4 les stades de la fabrication d'un joint entre deux tuyaux thermoplastiques 26 et
27. Dans l'assemblage des tuyaux 26 et 27 avec les manchons de formation de joint, il est commode d'introduire le manchon 10 dans un des tuyaux, tandis que le manchon extérieur 14 est passé sur la portion terminale ou bien du même tuyau, ou de l'autre tuyau, et on déplace alors les deux tuyaux l'un vers l'autre, bout à bout, de manière à ce que les portions terminales des tuyaux pénètrent dans les portions de passage entre le manchon inférieur et les portions de face 16 et, dans certains cas, il est possible de pousser les tuyaux intérieurement dans une telle mesure que leurs faces terminales entrent en prise avec les faces terminales 21 de la bride 17.
On chauffe le manchon extérieur (de préférence avant d'y introduire les tuyaux) en portant une flamme au contact ou à proximité de la face extérieure du manchon 14 dans sa région centrale adjacente à la bride 17, et on poursuit le chauffage jusqu'à ce qu'une quantité suffisante
de chaleur ait été emmagasinée dans le manchon extérieur, condition qui peut être jugée soit par un moyen indicateur auquel il est fait allusion ci-après, ou en touchant la face extérieure
du manchon 14 avec l'extrémité d'un des tuyaux, suite à quoi
la matière de ce tuyau doit maculer facilement cette face si la température a atteint une valeur convenable.
Après introduction, les tuyaux 26 et 27 sont pressés axia-
<EMI ID=12.1> des tuyaux immédiatement adjacentes à leurs faces terminales a pour effet que la matière de ces portions devient coulante, si bien que cette partie de la matière est forcée dans la portion
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et une partie est forcée dans les évidements de clavetage 20, la division étant assistée, comme noté précédemment, par le
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On continue à exercer une pression axiale sur les tuyaux
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nance des tuyaux soit expulsée comme indique en 28 (figure 4)
<EMI ID=16.1>
la pression axiale.
En pratique, la chaleur est conduite sur la longueur du
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qui produit finalement un certain ramollissement de la matière
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chon intérieur 10 et les portions de face 15, et l'épaisseur de paroi des tuyaux tend à augmenter ou à s'accumuler comme indiqué en 29 en un genre d'opération de refoulement.
Ceci est avantageux en pratique en ce sens que les portions
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l'isolement de l'effort de flexion du joint fondu qui est formé
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(figure il.)
Dans les constructions où. le manchon intérieur comprend un élément thermoplastique 12, cet élément thermoplastique se ramollit dans une certaine mesure en sa surface par la chaleur amenée en cet endroit depuis la bride 17, et, bien que la matiè- re de cet élément 12 ne s'entremêle pas de manière étendue avec
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ment 12 prévient toute interférence importante avec l'efficacité du joint fondu, tandis que le manchon 10 est garanti contre un déplacement axial durant l'établissement du joint.
Il est signalé que, une fois que le joint a été établi, une fuite de fluide depuis l'intérieur des tuyaux ne dépend pas de l'étanchéisation effective entre les faces engagées des manchons et des tuyaux, étant donné que la matière des tuyaux s'étend d'une manière continue et substantiellement homogène sur toute la longueur du passage défini entre les deux manchons.
Pour reconnaitre facilement la condition dans laquelle on a fourni une quantité suffisante de chaleur au manchon extérieur sa face extérieure opposée ou adjacente à la bride 17 peut avoir été mise en contact avec une matière qui subit un changement d'aspect lorsqu'on obtient une température prédéterminée. Cette matière peut être appliquée sous la forme d'une ou de plusieurs bagues ou bandes, comme indiqué en 31, et on l'applique normalement sous une forme liquide, qui durcit ou sèche à la manière d'une peinture.
Une matière appropriée est celle connue sous l'appellation
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Company. Cette matière varie d'une couleur un peu rosée à une couleur à peu près pourpre en atteignant une température prédéterminée. Dans le cas de moyens de jonction devant servir avec des tuyaux de polythène, la matière indicatrice choisie doit changer de couleur à une température d'environ 115[deg.]C.
Dans la construction représentée dans la figure 5, les manchons intérieur et extérieur 10 et 13 sont en majeure partie de la même forme que ceux déjà décrits et représentés.
Cependant, le manchon extérieur est pourvu d'un moyen autonome de chauffage comprenant une certaine quantité de combustible qui se présente commodément sous la forme d'un filament
32 enroulé autour de la surface extérieure du manchon extérieur
13. Pour empêcher le déplacement axial de ce filament, le manchon extérieur peut être conformé en ses extrémités avec des brides solidaires faisant saillie extérieurement et radialement ,
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dégradation fortuite avant l'usage par un organe de couverture, lequel consiste de préférence en des coquilles 34 et 35 de feuillard métallique ou en un autre matériau approprié, qui en leurs extrémités s'adaptent de manière étroite autour des faces des brides 33.
Les coquilles 34 et 35 ont une conicité se conformant à celle de la face extérieure du manchon 13, et elles sont séparables l'une de l'autre dans la région centrale du manchon extérieur, par exemple en dotant une des coquilles 35 d'une marge intérieurement en retrait 36 sur laquelle la marge adjacente de la coquille 34 s'adapte télescopiquement si c'est nécessaire, les deux marges étant pourvues de formations coopérantes de maintien j par exemple une saillie sur une marge et un trou ou une indentation sur l'autre.
Dans l'établissement d'un joint entre les tuyaux 26 et 27 lorsqu'on utilise cette construction du moyen de formation de jointe les coquilles 34 et 35 sont temporairement enlevées des positions représentées dans la figure 5 pour être mises en des positions le long des tuyaux 26 et 27 écartées des deux manchons 10 et 13 tandis que le combustible est allumé, ce qui de préférence a lieu, dans le cas présent, après introduction des tuyaux.
Apres que le joint a été établi, on peut assembler de nouveau les coquilles 34 et 35 dans la position représentée dans la figure 5 pour masquer toute modification de couleur de la face extérieure du manchon 13 qui peut s'être produite par suite de la combustion.
On observera que la face extérieure du manchon extérieur comporte au milieu de sa longueur une rainure 37 s'étendant sur la circonférence, laquelle permet de disposer une quantité plus grande de combustible par unité de longueur du manchon dans
cette région, ce qui favorise un chauffage un peu plus énergique
de la bride 17 comparativement aux portions du manchon disposées
plus près de ses extrémités.
REVENDICATIONS .
1.- Procédé de fabrication d'un joint bout-à-bout entre
tuyaux de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu'il consiste à fournir de la chaleur aux portions terminales des tuyaux tout en enfermant ces portions terminales entre des manchons intérieur et extérieur, et à presser les tuyaux axialement l'un vers l'autre pour amener les portions terminales à
s'unir par un joint fondu, étanche au fluide, de matière thermoplastique, que l'on fait ou laisse ensuite refroidir et durcir.
The present invention relates to a new and improved method as well as to means for establishing a seal between
pipes made of a thermoplastic material such as polythene or polyvinyl chloride. The term "pipes" is used in a generic sense to denote any duct of tubular cross section, either in the form of a single pipe, or formed in the form of a tubular connection socket of a given device or assembly such that an element in form
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pope or receptacle.
According to the present invention, a method of manufacturing
a butt joint between thermoplastic pipes
is characterized in that it consists in providing heat
to the end portions of the pipes while enclosing these end portions between inner and outer sleeves, and to press the pipes axially towards each other to cause the end portions to unite by a molten seal, fluid tight, of thermoplastic material, which is then made or allowed to cool and harden.
It is understood that the heat supplied to the end portions of the pipes will normally be supplied via the outer sleeve which can either be preheated before the introduction of the end portions of the pipes, or which can be heated or continue to heat after insertion of the pipes. these end portions. Some preliminary heating of the pipe ends themselves before insertion is nevertheless considered to come within the scope of the invention.
In addition, it is understood that the cooling of the molten fluid-tight seal may occur due to natural cooling in ambient air but, if desired, it may be accelerated by subjecting the outer sleeve to a fluid. such as air or water, which, in the latter event, can simply be poured onto the sleeve from a suitable container, or applied with a damp cloth.
The thermoplastic material involved in the fluid-tight molten assembly can be entirely or mainly the thermoplastic material of the pipes themselves, but it is understood that the addition of additional thermoplastic material in the passage between the two sleeves and the heating of this additional material so that it intervenes in the molten seal come within the scope of the invention.
Likewise, according to the invention, means are provided for forming joints for thermoplastic pipes comprising inner and outer sleeves of dimensions in cross section such that they define, when they are assembled concentrically, an annular passage or the like of a ring. .
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passage which can receive the pipes to be assembled under the elm with an interference fit, the outer sleeve having an internal conformation designed to cooperate with the ends of the pipes when they are inserted in the passage, in order to establish the location axial of the molten joint to be produced between the pipes; ', and also having one or more indicator holes which extend through its wall, this or these holes being placed in such a way and having a dimension such that the expulsion of the thermoplastic material which seals through these holes occurs only when the temperature and pressure conditions have been established in the thermoplastic material of the pipes which produce a molten fluid-tight seal between these pipes.
The locating formation of the outer sleeve may consist of an inner flange disposed in the central region of the outer sleeve and having a depth less than the thickness of the passage between the two sleeves in axial positions:
and external to this flange, so as to produce a passage portion of reduced thickness, the indicator holes being located with their inner ends in an adjacent position with respect to each end of this flange.
In addition, according to the invention, there is provided a means for forming joints for thermoplastic pipes comprising inner and outer sleeves of dimensions such as:
in cross section that they define when they are assembled concentrically an annular or ring-shaped passage such that it receives the pipes to be joined together in the form of an interference fit, means which is characterized in that the outer sleeve
has an internal flange in the central region of its length, this flange having a depth which is less than the thickness
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so as to produce a portion of passage of reduced thickness facilitating the transmission of heat to the material of the pipe <EMI ID = 3.1>
this material, thus contributing to the establishment of a molten, fluid-tight seal between the pipes.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a sectional and perspective view of the inner and outer sleeves including the seal forming means, the inner sleeve being shown removed from the inside of the outer sleeve for clarity. Fig. 2 is a fragmentary longitudinal cross-sectional view which shows an alternate inner sleeve construction. Fig. 3 is a fragmentary longitudinal cross-sectional view showing the initial stage of establishing a joint between thermoplastic pipes where the construction of the joint forming means shown in Fig. 1. is used. Fig. 4 is a view partially in elevation. Longitudinal cross section showing a later stage in the establishment of the seal.
Fig. 5 is a fragmentary longitudinal cross-sectional view showing another construction of the seal forming means comprising a self-contained heating means.
Referring to Figures 1 and 2, the sleeve 10 is formed of a material which is chemically inert to the fluid ultimately having to pass through the seal when it is manufactured.
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tion of the seal.
In the case of joints to be produced between pipes for carrying water, the inner sleeve 10 can be made of a metal such as brass, copper, stainless steel,
or it can be made of a non-metallic material <EMI ID = 5.1>
such as, for example, a fabric woven from glass fibers and impregnated with a suitable silicone resin to make it heat resistant and capable of hardening when subjected to a suitable heat treatment. Or, it can be impregnated with a suitable polyester resin.
The inner sleeve 10 has a thin wall (the thickness of which has been exaggerated in the drawings for clarity), its inner diameter being equal to or only slightly less than the minimum tolerance limit of the nominal inner diameter of the pipes to be joined.
For example, in the assembly of thermoplastic pipes having a nominal inside diameter of 0.5 inch (12.7 mm), the inside diameter of the inside sleeve 10 may be 0.460 inch (11.684 mm), and its outside diameter 0.469. thumb
(11.9126 mm), respectively.
It is understood that, although the invention is not limited to the establishment of joints between thermoplastic pipes of circular cross section, this form of pipe is the most commonly encountered, and this is why a forming means has been shown. suitable for this pipe shape. The indications relating to the dimensions of pipes or sleeves expressed in diameters or radii should be regarded as given by way of example only.
The inner sleeve 10 may have a length which is about five times its internal diameter, but, this length is not critical and may for example be conveniently ranging from about three times to seven times its internal diameter, a typical value for dimensions. above data being 2.25 inches (57.150 mm).
In order to prevent inadvertent axial displacement of the inner sleeve 10 when the seal is being established, it is provided on its outer face, in the central region of its length, with a projection, preferably in the form of a continuous rib 11, extending over the circumference. This rib can be formed by pressing or otherwise deforming the wall of the sleeve 10 or, retort shown in figure 2, it can be constituted by a ring 12, of separate construction, preferably of the same thermoplastic material as that of which the pipes. themselves are composed, for example of polythene.
The polythene member 12 shown in Figure 3 can be made to adhere to the outer face of the sleeve 10 by forming it as an injection molding on the sleeve. Or, or in addition, the injection molding pressure may be sufficient to produce a slight internal deformation of the wall of the sleeve 10 as indicated at 13 (in a somewhat exaggerated form).
The radial height of rib 11 or element 12 is small compared to the wall thickness (it has been exaggerated in the drawings for clarity), a typical height for the inner sleeve dimensions given above being 0.01 inch (0.254mm) to 0.015 inch (0.381mm).
The second component of the seal forming means is an outer sleeve 14. This outer sleeve can also be made of one of the aforementioned metals, or it can be made of a non-metallic substance, for example a ceramic material or glass. , preferably a heat resistant borosilicate glass.
Starting from each end of the outer sleeve, its internal face begins with a bevelled or flared portion 15 which facilitates the entry of the two pipes to be assembled by the opposite ends of this sleeve, the maximum diameter of the flared or bevelled portion 15 being a little larger than the outside diameter of the pipes.
Then, the internal face continues in a cylindrical portion, which or with parallel sides, 16, of internal diameter such that the pipes fit tightly in this portion, but are nevertheless capable of being pushed in to the dwarf.
Portions 15 and 16 combined have a substantial axial length and may typically be approximately equal to the outside diameter of the pipes to be joined, or be somewhat larger than this diameter, with firm engagement between portion 16 (and, as described below, between the portion 15) and the external face of the pipe in question serving to produce the support
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sion the joint finally volume between the two pipes.
At the center, or approximately at the center of its length, the inner face of the. outer sleeve 14 is provided with a formation to engage the end faces of the pipes
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projecting inward, continues on the. circumference.
This flange fulfills three distinct functions, which will be highlighted more specifically below, and its shape and dimensions are determined in relation to these functions, so that each can be fulfilled in an efficient manner.
It will first be observed that the flange 17 is of solid shape in longitudinal cross section, the reason for this particularity being to allow the flange to behave
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from which heat is transmitted to the portions of the two pipes immediately adjacent to their end faces as they enter the sleeve and engage this flange.
Due to the solid cross section of the flange, the heat capacity per unit length of the sleeve in the central region is significantly greater than that which exists per unit length at other positions along the sleeve.
The second function of the flange 17 is to reduce the thickness
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10 and the outer sleeve 14 when these two sleeves are assembled concentrically with respect to one another. To this end, the flange 17 has such a radial depth, measured radially inside the face portion 16, that the inner face 18 of the flange is located approximately midway between the outer face of the sleeve 10 and the face portion 16 of the outer sleeve.
The reduction in the passage thickness at positions inside the face 18 of the flange 17 not only reduces the volume of thermoplastic material which may be present in this passage, but also reduces the wall thickness of that thermoplastic material which in. some cases, for example with polythene, has a fairly low thermal conductivity.
The reduction in volume and wall thickness is advantageous in that it ensures that the thermoplastic material, as it is placed in the passage portion 19 of reduced thickness, heats up more or less uniformly throughout its whole. wall thickness, which avoids cracks, cracks or the like that might otherwise occur at the butt end faces of the two pipes, especially in the vicinity of their inner edges if the wall thickness in that region was too great to allow to the heat from the flange 17 to make the thermoplastic material flowable in these places.
Although the preferred radial depth of the flange is about half the passage thickness at centrally spaced positions outside the flange, such as between face portions 16 and sleeve 10, it is possible deviate to some extent from this preferred proportion without prejudice to the satisfactory operation of the means for forming the seal.
For plastics such as polythene, the radial depth of flange 17 may be in the range
from 0.3 to 0.7 of the passage thickness between the inner sleeve 10 and the face portion 16.
The axial length of the flange 17 is determined partly with respect to its function as a heat accumulating portion and partly with respect to the function performed by the keying recesses 20 disposed adjacent to the respective end faces. flange 17.
The keying recesses 20 may be in the form of grooves extending continuously along the circumference, preferably of rectangular cross section, so as to provide abutment faces 22 which are oriented.
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chon; they cooperate with the plastic material of the pipes forced into these recesses for the release of the tensile force in the molten joint between the pipes.
By setting the flange 17 to a length which may typically be about 4 to 5 times its radial depth, the keying recesses 20 are placed sufficiently axially away from the molten seal to substantially prevent transmission. of the tensile force through the material of the pipes from the region of the abutment faces 22 to the region of the molten joint, while this axial dimension of the flange 17 at the same time ensures that it has thermal capacity sufficient to behave satisfactorily as a heat storage portion.
The size is not critical and it is evident that it can be reduced or increased to some extent without significantly impairing its ability to perform these functions.
Another function of the flange 17 is to act as a shearing or dividing member to deflect a certain proportion of the material of the thermoplastic pipes into the keying recesses 20, this function being particularly favored by establishing the end faces 21 of the flange so that they intersect the inner face 18 along fairly sharp edges 23. For ease of manufacture, the end faces 21 lie in planes perpendicular to the axis of the outer sleeve, while the face 18 is cylindrical in shape concentric to the axis.
The volumes of the keying recesses 20 (located on the outside of the face portions 16 of the outer sleeve preferably are not significantly larger collectively.
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face 16), so that the thermoplastic material displaced by the flange completely or almost completely fills the keying recesses 20.
The axial lengths of these recesses should be sufficient to produce the shear strength necessary to withstand the tensile forces which will likely be applied to the two pipes after assembly in their usual mode of use. Typically, the axial lengths of the keying recesses for the pipe and sleeve dimensions noted above could be about 0.25 inch (6.35 mm).
In order to relieve the molten joint between the two pipes of a torsional force, the face portions 16 are provided with other keying recesses 24 at angularly spaced intervals, for example 90 [deg.] Or, for pipes of larger dimensions, 60 [deg.]. These keying recesses may be in the form of slots extending in the direction of the length, the side walls of which constitute abutment faces, turned towards the circumference, which engage with the thermoplastic material of the pipes forced into it. these slits.
To be sure in the manufacture of the seal that the temperature and pressure conditions are established in the passage portion 19 with reduced thickness, such conditions that the fluid-tight molten seal is established between the two pipes, indicator holes 25 are provided. which extend through the wall of the outer sleeve.
At their lower ends, these indicator holes penetrate into the bases of the keying recesses 20, and their outer ends emerge at the outer surface of the outer sleeve.
The dimensions of these holes are chosen such that they produce resistance to the external effusion of the thermoplastic material through them, which ensures that this effusion will not occur as long as the temperature and pressure of the thermoplastic material in the passage portion 19 will not have reached values which ensure that a fluid-tight seal is obtained.
Obviously these dimensions will vary depending on the particular thermoplastic material from which the pipes are formed but, in the case of polythene pipes, it has been determined that the indicator holes occupying the positions shown and having diameters which are not substantially less than 1/32 of an inch (0.7937 mm) and not substantially greater than 3/32 of an inch
(2.3812 mm) are satisfactory for obtaining a reliable indication that a good fluid-tight seal has been established.
Preferably, several holes are established in relation to each of the keying recesses 20; for example, there may be four such holes for each keying recess, arranged at equal angular intervals, the holes belonging to a recess preferably being located opposite or roughly opposite the midpoints of the inter-hole spaces. the other series, so as to have an indication of the temperature and pressure conditions in a large number of positions around the circumference of the passage portion 19.
Figures 3 and 4 show the stages in the manufacture of a joint between two thermoplastic pipes 26 and
27. In assembling the pipes 26 and 27 with the joint forming sleeves, it is convenient to introduce the sleeve 10 into one of the pipes, while the outer sleeve 14 is passed over the end portion or else of the same pipe. , or the other pipe, and the two pipes are then moved towards each other, end to end, so that the end portions of the pipes enter the passage portions between the lower sleeve and the portions face 16 and, in some cases, it is possible to push the pipes internally to such an extent that their end faces engage with the end faces 21 of the flange 17.
The outer sleeve is heated (preferably before introducing the pipes) by bringing a flame in contact with or near the outer face of the sleeve 14 in its central region adjacent to the flange 17, and the heating is continued until what a sufficient quantity
heat has been stored in the outer sleeve, a condition which can be judged either by an indicating means referred to below, or by touching the outer face
sleeve 14 with the end of one of the pipes, as a result
the material of this pipe should easily smudge this face if the temperature has reached a suitable value.
After introduction, the pipes 26 and 27 are pressed axially
<EMI ID = 12.1> pipes immediately adjacent to their end faces causes the material of these portions to become flowable, so that part of the material is forced into the portion
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and a part is forced into the keying recesses 20, the division being assisted, as previously noted, by the
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We continue to exert axial pressure on the pipes
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nance of the pipes is expelled as indicated in 28 (figure 4)
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axial pressure.
In practice, the heat is conducted along the length of the
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which ultimately produces a certain softening of the material
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inner chon 10 and the face portions 15, and the wall thickness of the pipes tends to increase or accumulate as indicated at 29 in a kind of upsetting operation.
This is advantageous in practice in that the portions
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the isolation of the bending force of the molten joint that is formed
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(figure it.)
In buildings where. the inner sleeve comprises a thermoplastic element 12, this thermoplastic element softens to a certain extent at its surface by the heat brought there from the flange 17, and, although the material of this element 12 does not become entangled extensively with
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ment 12 prevents any significant interference with the effectiveness of the molten seal, while the sleeve 10 is secured against axial displacement during seal establishment.
It is pointed out that, once the seal has been established, leakage of fluid from inside the pipes is not dependent on the actual sealing between the engaged faces of the sleeves and the pipes, since the material of the pipes is 'extends in a continuous and substantially homogeneous manner over the entire length of the passage defined between the two sleeves.
To readily recognize the condition in which a sufficient amount of heat has been supplied to the outer sleeve its outer face opposite or adjacent to the flange 17 may have been contacted with a material which undergoes a change in appearance when a temperature is obtained. predetermined. This material can be applied in the form of one or more rings or bands, as indicated at 31, and is normally applied in a liquid form, which hardens or dries like a paint.
A suitable material is that known as
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Company. This material varies from a slightly pinkish color to an approximately purple color upon reaching a predetermined temperature. In the case of joining means for use with polythene pipes, the indicator material chosen should change color at a temperature of about 115 [deg.] C.
In the construction shown in Figure 5, the inner and outer sleeves 10 and 13 are for the most part of the same shape as those already described and shown.
However, the outer sleeve is provided with a self-contained heating means comprising a certain quantity of fuel which is conveniently in the form of a filament.
32 wrapped around the outer surface of the outer sleeve
13. To prevent axial displacement of this filament, the outer sleeve can be shaped at its ends with integral flanges projecting externally and radially,
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accidental degradation before use by a cover member, which preferably consists of shells 34 and 35 of metal strip or other suitable material, which at their ends fit tightly around the faces of the flanges 33.
The shells 34 and 35 have a taper conforming to that of the outer face of the sleeve 13, and they are separable from each other in the central region of the outer sleeve, for example by providing one of the shells 35 with a internally recessed margin 36 over which the adjacent margin of the shell 34 telescopically fits if necessary, both margins being provided with cooperating retaining formations j for example a protrusion on a margin and a hole or indentation on the 'other.
In establishing a joint between pipes 26 and 27 when using this construction of the joint forming means the shells 34 and 35 are temporarily removed from the positions shown in Fig. 5 to be placed in positions along the lines. pipes 26 and 27 spaced from the two sleeves 10 and 13 while the fuel is ignited, which preferably takes place, in this case, after introduction of the pipes.
After the seal has been established, the shells 34 and 35 can be reassembled in the position shown in Figure 5 to mask any color change of the outer face of the sleeve 13 which may have occurred as a result of the combustion. .
It will be observed that the outer face of the outer sleeve comprises in the middle of its length a groove 37 extending over the circumference, which makes it possible to have a larger quantity of fuel per unit length of the sleeve in
this region, which favors a little more energetic heating
of the flange 17 compared to the portions of the sleeve arranged
closer to its ends.
CLAIMS.
1.- A method of manufacturing a butt joint between
pipes of thermoplastic material, characterized in that it consists in supplying heat to the end portions of the pipes while enclosing these end portions between inner and outer sleeves, and in pressing the pipes axially towards each other to bring the terminal portions at
join by a molten seal, fluid tight, thermoplastic material, which is made or then allowed to cool and harden.