塑料感應(yīng)焊接技術(shù)

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1、塑料感應(yīng)焊接技術(shù)Plasticinductionweldingtechnology張勝玉(廣州市特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會，廣東廣州510380)摘要：感應(yīng)焊接是一門簡單、快捷、可靠的塑料焊接技術(shù)。該技術(shù)是通過感應(yīng)加熱向設(shè)計(jì)接頭精確輸出能量，接頭處的植入材料選擇吸收能量、熔化和流動以填滿接頭。塑料感應(yīng)焊接商業(yè)應(yīng)用已有三十多年歷史，在焊接壓力容器和其它高要求零件（需高強(qiáng)度和外形美觀的結(jié)構(gòu)、密封接頭）方面獲得了持續(xù)成功。感應(yīng)焊最初之所以大受歡迎是因?yàn)樗行У亟鉀Q了低表面能聚合物如聚丙烯和聚乙烯的焊接問題，過去的十年里其使用范圍已擴(kuò)展到覆蓋全系列工程塑料

2、及難以用其它方法焊接的高填充復(fù)合物。本文論及感應(yīng)焊接原理及過程、植入物、焊接設(shè)備、工藝參數(shù)、焊接性、接頭設(shè)計(jì)、特點(diǎn)、應(yīng)用、最新進(jìn)展。關(guān)鍵詞：感應(yīng)焊接；工作線圈；植入物；電磁材料；渦流加熱；磁帶損耗加熱中圖分類號：TQ320.674文章編號：1009-797X(2014)22-0017-10文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B大多數(shù)塑料焊接方法如超聲波焊、振動焊等在結(jié)合面處不需外加材料。但在某些情況下由于工件或接頭復(fù)雜、零件限制和設(shè)備可達(dá)性的原因，這些方法不能用。這時(shí)須考慮采用外加材料的方法，感應(yīng)焊就是其中之一。感應(yīng)焊，又叫感應(yīng)植入焊（implantinduct

3、ionwelding），是通過高頻磁場感應(yīng)加熱植入材料熔化和填充待焊表面而形成持久結(jié)合的一種焊接方法。塑料感應(yīng)焊接商業(yè)應(yīng)用已有三十多年歷史，最廣泛用于焊接難焊材料如聚烯烴等。感應(yīng)焊也可用于填充或玻纖增強(qiáng)聚合物及某些異種塑料的焊接。隨著高強(qiáng)度和承載用途的工程塑料（增強(qiáng)塑料）使用量的顯著增長（如汽車業(yè)），感應(yīng)焊接正成為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和制造方法至關(guān)重要的一環(huán)。1感應(yīng)焊接原理及過程感應(yīng)焊接的基本原理是電磁材料（植入物）預(yù)先置于待焊零件界面處，然后對植入物施加一個(gè)由高頻電源（2~10MHz）產(chǎn)生的交變磁場，作者簡介：張勝玉（1970-），男，高級工程師，

4、畢業(yè)于上海交通大學(xué)材料科學(xué)及工程系焊接專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，已發(fā)表論文10余篇，其中《塑料激光焊接》在第三屆華中地區(qū)科學(xué)技術(shù)推廣大會榮獲二等獎(jiǎng)，《攪動摩擦焊原理及應(yīng)用》被中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會評為一等獎(jiǎng)，研究方向?yàn)樗芰霞皬?fù)合材料焊接，焊接新技術(shù)新工藝。收稿日期：2014-08-042014年第40卷·17·橡塑技術(shù)與裝備（塑料版）CHINARUBBER/PLASTICSTECHNOLOGYANDEQUIPMENT(Plasticedition)電磁材料在交變磁場作用下發(fā)熱，熔化待焊零件表面，在適當(dāng)壓力下將兩零件熔合在一起形成持久焊縫。電磁材料（

5、導(dǎo)電材料或鐵磁材料）置于交變磁場中時(shí)會出現(xiàn)感應(yīng)加熱。感應(yīng)焊接有兩種加熱機(jī)理：焦耳加熱（渦流加熱，見圖1）和磁滯加熱。感應(yīng)加熱是由渦流和磁滯損耗產(chǎn)生的，兩者的相對大小取決于磁場作用下材料的磁性。在導(dǎo)電非磁性材料（如鋁粉）中只出現(xiàn)渦流加熱；在非導(dǎo)電的鐵磁性材料（如陶瓷鐵氧體）中只發(fā)生磁滯損耗加熱。在導(dǎo)電磁性材料（如鐵基鐵磁材料）中，磁滯損耗加熱和渦流加熱都起很大作用。加熱速度由焊接界面處植入物的磁導(dǎo)率或磁化率決定。磁滯損耗的大小由圖2中包圍的面積來描述，磁滯回線包圍的面積與轉(zhuǎn)化為熱量的能量成正比。需要高頻（2~10MHz）進(jìn)行有效加熱的原因是

6、即使具有最佳磁性的磁感受體，單個(gè)磁滯回線（磁滯循環(huán)）產(chǎn)生的發(fā)熱量也是極小的（溫升約0.003℃）。磁滯損耗（hysteresisloss）是指鐵磁材料在磁化過程中由磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗。磁性體的磁化存在著明顯的不可逆性（如圖2所示），當(dāng)鐵磁體被磁化到飽和狀態(tài)后，若將磁場強(qiáng)度H由最大值逐漸減小時(shí)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B不是循原來的途徑返回，而是沿著比原來的途徑稍高的一段曲線而減小，當(dāng)H=0時(shí)，B并不等于零，即磁性體中B的變化滯后于H的變化。磁性物質(zhì)都具有保留其磁性的傾向，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度H的變化，這種現(xiàn)象就是磁滯現(xiàn)象。磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度B與磁場強(qiáng)度H之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。經(jīng)一次循環(huán)，每單位體積鐵芯中的磁滯損耗等于磁滯回線的面積。這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，磁滯損耗的大小取決于所用材料的磁滯回線。渦流損耗（eddycurrentloss）導(dǎo)體處在隨時(shí)間變化的磁場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)感生的電流導(dǎo)致的能量損耗，叫做渦流損耗。在導(dǎo)體內(nèi)部形成的一圈圈閉合的電流線，稱為渦流。由于電流的熱效應(yīng)（通過I2R加熱），渦流會使導(dǎo)體發(fā)熱，消耗能量。如果導(dǎo)體的電阻率小，則產(chǎn)生的渦流很強(qiáng)，發(fā)熱量就很大。渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。如圖3所示，感

8、應(yīng)焊接過程分為四個(gè)階段：第一階段：放置植入物。通過手工或者使用自動裝置將植入物放在接合處，如圖3a。圖1感應(yīng)焊渦流加熱圖2典型的磁滯回線圖3感應(yīng)焊接過程·18·第40卷第22期張勝玉·塑料感應(yīng)