塑料感应焊接技术

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1、塑料感应焊接技术Plasticinductionweldingtechnology张胜玉(广州市特种设备行业协会，广东广州510380)摘要：感应焊接是一门简单、快捷、可靠的塑料焊接技术。该技术是通过感应加热向设计接头精确输出能量，接头处的植入材料选择吸收能量、熔化和流动以填满接头。塑料感应焊接商业应用已有三十多年历史，在焊接压力容器和其它高要求零件（需高强度和外形美观的结构、密封接头）方面获得了持续成功。感应焊最初之所以大受欢迎是因为它有效地解决了低表面能聚合物如聚丙烯和聚乙烯的焊接问题，过去的十年里其使用范围已扩展到覆盖全系列工程塑料

2、及难以用其它方法焊接的高填充复合物。本文论及感应焊接原理及过程、植入物、焊接设备、工艺参数、焊接性、接头设计、特点、应用、最新进展。关键词：感应焊接；工作线圈；植入物；电磁材料；涡流加热；磁带损耗加热中图分类号：TQ320.674文章编号：1009-797X(2014)22-0017-10文献标识码：B大多数塑料焊接方法如超声波焊、振动焊等在结合面处不需外加材料。但在某些情况下由于工件或接头复杂、零件限制和设备可达性的原因，这些方法不能用。这时须考虑采用外加材料的方法，感应焊就是其中之一。感应焊，又叫感应植入焊（implantinduct

3、ionwelding），是通过高频磁场感应加热植入材料熔化和填充待焊表面而形成持久结合的一种焊接方法。塑料感应焊接商业应用已有三十多年历史，最广泛用于焊接难焊材料如聚烯烃等。感应焊也可用于填充或玻纤增强聚合物及某些异种塑料的焊接。随着高强度和承载用途的工程塑料（增强塑料）使用量的显著增长（如汽车业），感应焊接正成为基础设计和制造方法至关重要的一环。1感应焊接原理及过程感应焊接的基本原理是电磁材料（植入物）预先置于待焊零件界面处，然后对植入物施加一个由高频电源（2~10MHz）产生的交变磁场，作者简介：张胜玉（1970-），男，高级工程师，

4、毕业于上海交通大学材料科学及工程系焊接专业，工学学士，已发表论文10余篇，其中《塑料激光焊接》在第三届华中地区科学技术推广大会荣获二等奖，《搅动摩擦焊原理及应用》被中国高科技产业化研究会评为一等奖，研究方向为塑料及复合材料焊接，焊接新技术新工艺。收稿日期：2014-08-042014年第40卷·17·橡塑技术与装备（塑料版）CHINARUBBER/PLASTICSTECHNOLOGYANDEQUIPMENT(Plasticedition)电磁材料在交变磁场作用下发热，熔化待焊零件表面，在适当压力下将两零件熔合在一起形成持久焊缝。电磁材料（

5、导电材料或铁磁材料）置于交变磁场中时会出现感应加热。感应焊接有两种加热机理：焦耳加热（涡流加热，见图1）和磁滞加热。感应加热是由涡流和磁滞损耗产生的，两者的相对大小取决于磁场作用下材料的磁性。在导电非磁性材料（如铝粉）中只出现涡流加热；在非导电的铁磁性材料（如陶瓷铁氧体）中只发生磁滞损耗加热。在导电磁性材料（如铁基铁磁材料）中，磁滞损耗加热和涡流加热都起很大作用。加热速度由焊接界面处植入物的磁导率或磁化率决定。磁滞损耗的大小由图2中包围的面积来描述，磁滞回线包围的面积与转化为热量的能量成正比。需要高频（2~10MHz）进行有效加热的原因是

6、即使具有最佳磁性的磁感受体，单个磁滞回线（磁滞循环）产生的发热量也是极小的（温升约0.003℃）。磁滞损耗（hysteresisloss）是指铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。磁性体的磁化存在着明显的不可逆性（如图2所示），当铁磁体被磁化到饱和状态后，若将磁场强度H由最大值逐渐减小时，其磁感应强度B不是循原来的途径返回，而是沿着比原来的途径稍高的一段曲线而减小，当H=0时，B并不等于零，即磁性体中B的变化滞后于H的变化。磁性物质都具有保留其磁性的倾向，磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化，这种现象就是磁滞现象。磁感应强

7、度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。经一次循环，每单位体积铁芯中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能，磁滞损耗的大小取决于所用材料的磁滞回线。涡流损耗（eddycurrentloss）导体处在随时间变化的磁场中时，导体内感生的电流导致的能量损耗，叫做涡流损耗。在导体内部形成的一圈圈闭合的电流线，称为涡流。由于电流的热效应（通过I2R加热），涡流会使导体发热，消耗能量。如果导体的电阻率小，则产生的涡流很强，发热量就很大。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。如图3所示，感

8、应焊接过程分为四个阶段：第一阶段：放置植入物。通过手工或者使用自动装置将植入物放在接合处，如图3a。图1感应焊涡流加热图2典型的磁滞回线图3感应焊接过程·18·第40卷第22期张胜玉·塑料感应