非金属材料涡流焊接方法与流程

本专利适用各种有非金属焊接需求行业的技术，涉及一种通过金属颗粒的涡流加热技术，对非金属加热达到焊接温度的非金属材料涡流焊接方法。

背景技术：

目前在非金属行业中两个非金属配件需要高强度连接的需求中，基本都是采用加入金属嵌件后的机械连接和多种的非金属焊接技术。加入金属嵌件的连接件使用起来不方便，除了要进行预先对金属嵌件进行机加工处理等，还要通过机器设备等注塑或者模压成型才能使用，安装时受焊接物件的体积和安装环境等连接限制非常多，另外金属和非金属的膨胀系数不同，冷热变化较大时很容易在金属与非金属连接处出现裂纹或渗漏等问题，安装不方便成本也高，大型部件连接时更是非常困难成本直线上升。非金属热塑性材料的焊接相对就多样和方便些，但是仍然各有优缺点和局限性不理想。

目前已知的的非金属焊接技术有激光焊接、超声波焊接、旋熔焊接、热熔焊接、电熔焊接、电磁感应焊接技术。这些技术都有一些弊端和不足，现逐一进行分析。

1、激光焊接：是利用高能量激光束对焊接部位加热达到融化温度进行融合的一种焊接方法。需要的设备昂贵（目前可焊接300毫米的设备大约60万元/台）、焊接时需要工装进行加持，加持的精度决定了焊接的质量，只能焊接物件的可透光部分，工装加持等准备工作造成的焊接效率低焊接的局限性大。对一些异形焊缝焊接需要特殊工装加持成本非常高。

2、超声焊接：是利用高频振动将需要焊接的物体表面摩擦生热，形成分子层之间的焊接融合技术。超声波相对其他焊接方式焊接能量较小，焊接时传递能量衰减损失大，焊头要尽量靠近焊接点，焊接部位需要预先加工焊线等预处理才能焊接牢固，并且需要焊接的部位都需要固定传递焊接能量，否则焊接强度低。超声焊接只适合焊接比较小的件，比较大的物件需要的设备价格非常高（目前可焊接200毫米直径长度20毫米的设备约30万元/台），要求焊接方向要与焊头方向成垂直焊接，其他方向焊接不上。焊接局限性较大。

3、旋熔焊接：旋熔焊接通过两个工件相对高速旋转摩擦生热，达到焊接温度后瞬间停转并保持压力进行的焊接，这种焊接方式焊接设备功率要求比较大（焊接200毫米管径的设备大约需要15kw功率的电机），并且设备重，需要工装加持不方便，夹具经常对非金属材料外观有损伤影响，焊接温度不好控制，频繁启动电流大耗电多，操作不灵活，不适合焊接圆形以外物件和较薄的物件的焊接，焊接后产生的逆料明显不美观，焊接物件的尺寸精度不好控制。

4、热熔焊接：就是通将两个焊接物件的表面，通过焊接模具进行加热到融化温度，然后从焊接磨具中取出，将两个件通过加压方式将其融合成一体的焊接方式。这种焊接方式成本最低（焊接200毫米的设备约500元/台），方便携带、焊接后的强度也好，就是焊接的同心度和焊接精度不好控制，焊接的时机要求较高，如果物件端口进行插拔的过程中，熔化的端口表面暴露在很潮的环境或者有水滴滴入，将使焊接失效焊接物件作废，目前没有比较好的解决办法。

5、电熔焊接：电熔焊接与热熔焊接原理相同，都属于电加热，无非是将热熔焊接设备的加热模具，改成非金属连接件预先埋入电热丝，通电将电热丝加热至融化温度进行加压连接。这种焊接需要预先通过注塑工艺加入电热丝制成连接件，通过对电热丝通电加热到焊接温度，使连接件将两个焊接物焊接在一起，这种带电热丝的连接件需要预先加工成本很高，只能在非金属两个物件的外表面焊接。因为使用不方便、造价高目前已经被基本淘汰。以上非金属焊接技术都不能实现复杂物件焊接面的非接触式焊接，换句话讲就是不能将物件按照精度要求安装固定好后进行焊接，保证精度的最小偏差和焊接后应力的分散。

6、电磁感应焊接：就是在焊接物件的焊口处放上一块金属皮，通过感应线圈与铁皮产生的涡流产生热量，对物件进行加热后融合焊接，这种焊接可靠性比较差，首先铁皮本身就将焊口两端隔离，虽然能够加热焊口但是因为铁皮的存在，不能使两个焊口很好的融合。还有一种改进性的铁皮电磁焊接方式，就是在铁皮的两面加工涂覆高分子树脂胶，这种胶一方面对金属有很好的粘合度，对非金属材料也具有较好的粘合度，但是这种高分子材料的胶对非金属材质选择上具有很大的局限性，例如能够粘合高密度聚乙烯pe材质的不能粘合聚丙烯pp树脂材料，很多非金属材料根本就没有能够粘合的高分子胶。这种高分子粘合胶对温度要求比较高，需要焊接的非金属物件树脂融化温度大多都在150度以上，而这种胶的融化温度大多在80度左右就会失效，所以大多情况就是没有达到树脂的融化温度，这种胶就已经被加热分解，粘结度丧失或者大大降低。还有就是这种高分子胶与非金属焊接物件的材料，不论是在抗冲、抗压、耐扭、拉伸等物理化学性能差异很大，况且非金属焊接物件焊口中间存在铁皮的情况下，在相对复杂恶劣的环境下工作，即使铁皮没有问题焊接的高分子胶也很容易出现问题。所以这种铁皮涂覆高分子树脂胶的加工成本比较高。这种电磁焊接技术可靠性、使用寿命、焊接成本、受环境影响等方面具有明显的缺陷和不足。

基于本人长期对焊接技术的使用和研究过程的积累中，依据对行业专利技术的了解，研究了目前非金属焊接在使用过程中的不足和缺陷的基础上，经过长期的思考和观察及实验，对大量的物件进行了研发设计、加工、实验，使其能够焊接更多材质的非金属物件，不降低非金属物件的性能，适用复杂焊接环境，提高焊接精度和效率及使用寿命等为创新设计要求，使其在节能、降耗、效率、精度、可靠性、美观度等方面达到前所未有的技术特征。

技术实现要素：

本专利技术适用焊接的非金属物件范围广，正常情况下非金属热塑性材料均可以焊接，焊接精度高、焊接速度快、焊接质量可靠、适合复杂结构的焊接要求，方便野外操作等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：非金属材料涡流焊接方法，其特征是：将两个需要焊接的物件之间接触的位置放置焊接材料，其中焊接材料包括：焊接物件的材料和金属颗粒或者孔网结构金属混合而成，在两个焊接物件需要焊接的位置外设置有涡流线圈，将涡流线圈进行通电即可。

所述的焊接材料内的金属颗粒或者孔网结构金属的分布比例，可以实现多层焊接部位的同时焊接。

涡流线圈4为整个线圈，或设计成像钳形电流表一样的钳形结构。

焊接材料通过注塑或挤出工艺加工成形。

焊环3内部混有金属颗粒或者孔网结构金属层，焊环内的金属颗粒或孔网结构金属层预先通过注塑或者模压等工艺加工成一体，将涡流线圈套安装上焊环的焊接处，对涡流线圈4通过高频或者中频电流使焊环内部的金属颗粒或孔网结构金属层涡流生热，并能够通过调整电流的大小控制焊接的温度和时间，焊环产生焊接融化温度并将热量传递给焊管和焊管的焊接表面使其融化，使焊管和焊件两个非金属焊接物通过焊环牢牢焊接在一起。

焊环或者焊管及焊件分别设计焊台及焊面设计限位机构保证焊接的精度，或者通过紧密配合保证焊机精度。

焊环内部金属颗粒的大小和含量，或者孔网结构金属层的厚度及孔的大小可以根据焊接要求调整，使涡流线圈在同样的电流下，调整金属颗粒或者孔网结构金属层涡流生热的温度和时间，这种非接触式焊接可以实现多层同时焊接，控制同一个涡流线圈电流，可对多层结构进行焊接。因为离涡流线圈越远，涡流产生的温度越低，可以提高焊环内部的金属颗粒颗粒大小或者比例，保证内圈的焊环生热速度与外圈焊环一样，可以实现在一个涡流线圈内的同步焊接。

先根据焊接非金属材料的要求，预先将与焊接的物件同种材质的非金属材料，与金属颗粒或者孔网结构金属层按照要求进行混合，通过注塑或挤出工艺加工成焊环，然后将焊环上的环孔紧密套压在焊件上的焊面上，最后将焊管上的焊台插入焊环的外孔上，焊管和焊件与焊环的尺寸固定后，将圆形的涡流线圈套在焊环的中心位置，对涡流线圈通电，使焊环内部的金属颗粒或者孔网结构金属层产生涡流生热，通过控制电流的大小调整焊接的时间和温度，焊环的加热温度传递给焊管上的焊台及焊件上的焊面处，达到熔化焊接的温度后，将涡流线圈拿掉，等待冷却即完成焊接，这样焊管、焊件、焊环三件非金属焊接物熔合形成一个整体。

一种非金属材料涡流焊接方法，其特征在于：在非金属材料的物件焊口处安装一个焊环，焊环材质由与焊接物件材质相同的树脂材料与一定比例和大小的金属颗粒混合或者孔网结构金属层组成。

根据所述的非金属材料涡流焊接方法，其特征是：所述的焊环中含有一定比例的金属颗粒或者孔网结构孔网结构金属层，将焊接线圈套在焊环上接通高频或者中频电流，使焊环内部的金属颗粒产生涡流生热对热塑性的材料进行加热，加热到焊接的温度后，非金属物件焊口与套在中间的焊环融为一体结构，焊接结构简单可靠。

根据所述的非金属材料涡流焊接方法，其特征是：所述的焊环内部可以是金属颗粒与焊接材质预先注塑或者模压组成，也可以由孔网结构金属层与焊接材质注塑或者模压等工艺成型，可以根据焊接物件的材质，对焊接温度和焊接强度的要求进行设计，在不改变涡流线圈的电流大小，只对焊环内部金属颗粒大小及所含比例，就能对焊接的时间、温度、强度进行调整，如果单纯的调整电流大小，会造成非金属材料材质的高温分解，或者加工温度达不到焊接温度，及焊接强度不好。所以如果要达到最佳的焊接效果，最低的成本控制，需要根据焊接及非金属材质要求，对金属颗粒的大小、比例、电流及焊接时间进行优化设计。

本发明专利的优点如下：

1.安装效率高，只需要在非金属焊接物件端口处放上焊环紧密配合后，在环焊接物件附近放上涡流线圈，最快数秒即可完成焊接。

2.焊接可靠，焊环与焊接物件的非金属材质相同，焊接后非金属物件与焊环的相熔性好，不会受复杂使用环境影响造成开裂或脱层。

3.适用复杂结构的焊接，只要在焊接的端口制作与之相同形状的焊环，就可以焊接复杂的结构并且强度高。

4.焊接精度高。将需要焊接的两个非金属物件与焊环安装好，根据技术工艺或者精度要求固定住，套上焊接线圈通上电，就可以进行高精度焊接，两个物件甚至通过紧配合安装不要固定，同样具有很好的焊接精度。

5.更加节能，焊接需要的涡流功率相对其他焊接较小（焊接200毫米的管子大约需要5kw的功率，并且只需要很短的时间），焊接时间短，功率小，具有明显的节能效果。

6.安全性更好，焊接时需要低电压大电流，不会有触电危险。另外焊接线圈和焊接物焊接部位不会暴露在最外面（焊接在两个物件内部，外表面不会高温）不会有烫伤的危险。

7.温控精度高，控制涡流线圈电流的大小和金属颗粒的大小及比例确定后，焊接的温度及时间同样可以精确控制，最大限度的避免高温对材质和焊接强度的影响，能保持焊接物件具有最佳的焊接效果。

8.非接触式焊接，采用涡流非接触式焊接，更加方便、灵活、高效非常容易实现自动化焊接和在同一个涡流线圈下的多层不同直径焊环的同时焊接。

9.焊接美观，因为焊接处的融化温度来源于焊环内部，不需要进行承插和物件融化后的对接等操作，焊接处非常均匀美观。

附图说明

图1为焊管剖视图。

图2为焊管右视图。

图3为焊件正视图。

图4为焊件左视图。

图5为焊环剖视图。

图6为焊环左视图。

图7为金属颗粒焊接材质图。

图8为孔网结构金属层焊接材质图。

图9为涡流线圈图。

图10为焊接组合剖视图。

附图中：1、焊管；1.1焊台；2、焊件；2.1焊面；3、焊环；3.1、环孔；3.2、金属颗粒；3.3、孔网结构金属层；4、涡流线圈。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明。

本发明如图1-10所示，假设需要将焊管1和如图3所示的焊件2焊在一起，在其中间安装上焊环3，焊环3内部混有金属颗粒3.2或者孔网结构金属层3.3，焊环3内的金属颗粒3.2或孔网结构金属层3.3预先通过注塑或者模压等工艺加工成一体，将涡流线圈4套在焊管1和焊件2与焊环3的焊接处，将涡流线圈4通电使焊环3内部的金属颗粒3.2或孔网结构金属层3.3产生涡流生热，通过调整电流的大小或者频率的高低控制焊接的温度和时间，焊环3通过涡流快速生热并将热量传递给焊管1和焊管2的焊接表面使其融化。使焊管1和焊件2两个非金属焊接物通过焊环3牢牢焊接在一起。

焊环3内部金属颗粒3.2的大小和比例，或者孔网结构金属层3.3的厚度及孔的大小可以根据焊接要求调整，使涡流线圈4在同样的电流下产生不同的加热温度和时间。这种非接触式焊接可以实现多层同时焊接，控制同一个涡流线圈4电流，可对多层焊接部位的结构焊接。因为焊接部位离涡流线圈4越远，涡流产生的温度越低加热时间越长，可以调整焊环4内外层焊接部位金属颗粒3.2颗粒大小或者比例多少，保证内圈的焊环4生热速度与外圈焊环4一样，可以实现在一个涡流线圈4内的同步焊接。

涡流线圈4可以是一整个线圈，也可以为了方便操作，设计成像钳形电流表一样的钳形结构。

可以对焊环3或者焊管1及焊件2分别设计焊台1.1及焊面2.1设计限位机构保证焊接的精度.也可以通过紧密配合保证焊机精度。

焊环3内部的金属颗粒3.2粒径的大小和比例，或者孔网结构金属层3.3厚度和孔的大小。如果要达到最佳的焊接强度、最高的效率、并且节能需要对焊接物件的非金属材质的特点和温度及强度要求，可以对焊环3内部的金属颗粒3.2粒径大小、添加比例进行设计。

调整涡流线圈4电流或者频率的大小可以调整非金属焊接的温度和时间。

下面对本发明具体操作步骤进行说明，具体焊接方式非常简单，先根据焊接非金属材料的要求，预先将与焊接的物件同种材质的非金属材料，与金属颗粒3.2或者孔网结构金属层3.3按照要求进行混合，通过注塑或挤出工艺加工成焊环3，然后将焊环3上的环孔3.1紧密套压在焊件2上的焊面2.1上，最后将焊管1上的焊台1.1插入焊环3的外孔上，焊管1和焊件2与焊环3的尺寸固定后，将涡流线圈4套在焊环3的中心位置，对涡流线圈4通电，使焊环3内部的金属颗粒3.2或者孔网结构金属层3.3产生涡流生热，通过控制电流的大小调整焊接的时间和温度，焊环3的加热温度传递给焊管1上的焊台1.1及焊件2上的焊面2.1处，达到熔化焊接的温度后，将涡流线圈4拿掉，等待冷却即完成焊接，这样焊管1、焊件2、焊环3三件非金属焊接物熔合形成一个整体。

上面所述的实施例仅仅是对本专利的优选实施方式进行描述，并非对本专利的构思和保护范围进行限定，在不脱离本专利设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本专利的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本专利的保护范围。