一种高频热合方法及专用高频热合机与流程

本发明涉及一种利用高频电场对工件进行加热熔合技术，特别是涉及一种高频热合方法和实施该方法专用的高频热合机。

技术背景

高频热合机通过高频震荡电子管产生高频电场，通过高频电场对介质进行加热。电子管产生的不断交变的高频电场，引发被加热介质分子核内电子的偏移运动，使分子极化，加快了分子内部的热运动，产生能量，由内而外的使被加热介质达到热合温度，并通过压机产生一定压力将被加热介质热合在一起。高频热合具有加热速度快，热合效果好，生产效率高等特点，广泛应用于汽车内外饰，汽车地毯，膜材，医疗用袋，干燥成型等领域。

现有技术中的高频热合机在热合的过程中由高频震荡电子管的阳极向负载电容输出高频电流，而介质材料在被加热的过程中会因熔化而由厚变薄，因此，由模具和被加热材料构成的负载电容就会随之变大，负载电容变大会导致震荡电子管的阳极输出电流变大，热合功率也随之变大，这种功率变化会导致焊接过火造成击穿打火放电，使工件成为废品，甚至烧坏模具。由于现有技术中的高频热合机在热合过程中从初始加热到热合结束采用一个固定功率，热合过程中热合功率不可自动调节，因此，为了克服上述缺陷只能采取以较低的功率进行热合的办法，而采用低功率热合时工件加热耗费的时间较长，生产效率较低。

除此之外，随着工件材料温度的变化，其击穿场强，介电常数、和损耗角正切tanδ也会发生变化，在加热过程中，如果对功率不加控制，高频输出功率就会影响焊接效果。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题是：提供一种高频热合方法，该高频热合方法在防止焊接过火造成击穿打火放电的同时具有热合耗时短、生产效率高的优点。

解决技术问题所采取的技术方案：一种高频热合方法，将待热合工件置于上极板和下极板之间并用上极板和下极板压紧构成负载，在上极板和下极板之间形成高频电场对工件热合部位进行加热，当工件热合部位被加热并熔化后，压机用上极板和下极板压合工件，使工件沿焊线定型完成热合，热合过程按时间先后分为升温阶段、热合阶段、结束阶段和冷却阶段，

所述升温阶段，启动高频加热电路，逐渐增大高频电路输出功率，直至达到设定的预热功率，采用恒定的预热功率使位于高频电场中的工件升温软化；

所述热合阶段，以恒定的热合功率对被加热工件持续加热，使位于高频电场中的工件沿焊线熔化、粘合；

所述结束阶段，将高频电路输出功率降至设定的结束功率，以恒定的结束功率对工件继续加热，使工件焊接部充分融合；

所述冷却阶段：停止加热，压机用模具沿焊线对工件施压，等待工件定型，完成热合。

优选地，热合阶段，实时采集当前热合功率，将当前热合功率输入中央处理器并与预设的热合功率进行比较运算，由中央处理器根据比较结果调节当前热合功率至预设的热合功率，形成闭环控制系统。

优选地，所述当前热合功率的调节通过与负载并联的功率调节电容完成，所述功率调节电容为由中央处理器控制调节量的可变电容。

优选地，当前热合功率由电流互感器采集为高频电子管供电的交流电源电路工作电流信息、并将电流信息输入中央处理器，由中央处理器运算获得。

优选地，电流互感器采集到的工作电流信息经光电隔离装置处理后输入中央处理器。

优选地，结束功率为热合功率的30-60%。

发明要解决的另一技术问题是：提供一种实施上述高频热合方法的专用高频热合机，该高频热合机在热合过程中可以根据负载电容的实时变化自动调节热合功率至预设值，在防止焊接过火造成击穿打火放电同时，使热合机以最佳恒定功率对工件进行热合，热合的质量好。

解决技术问题所采取的技术方案：一种实施上述方法的专用高频热合机，包括三相交流电源、将三相交流电转换成直流电的桥式整流电路、中央处理器、输出高频脉冲电流的高频震荡电子管、负载电容，所述负载电容由上极板、下极板及位于上极板、下极板之间的工件构成，负载电容一端与高频震荡电子管的阳极输出端连接，另一端接地，所述专用高频热合机还包括热合功率自动跟踪控制系统，所述热合功率自动跟踪控制系统包括实时采集当前热合功率并将当前热合功率数据输送给中央处理器的功率采样器、一与负载电容并联的可以调节输向负载电容电流大小的功率调节电容，所述功率调节电容为由步进电机控制板间距的平板式可变电容，所述步进电机依据中央处理器发出的指令控制平板式可变电容的极板移动速度、移动方向和移动距离。

优选地，所述功率采样器包括安装在三相交流电源中的电流互感器，将电流互感器输出电流信号转换成电压信号的整流滤波电路，及将整流滤波电路输出信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置。

优选地，所述热合功率自动跟踪控制系统，还包括一实时采集功率调节电容容量数据的电容参数采集器，所述电容参数采集器包括安装在步进电机与移动极板连接轴部的角位移传感器，将角位移传感器输出的信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置。

有益效果：本发明的高频热合方法，由于采用了将热合过程按时间先后分为升温阶段、热合阶段、结束阶段和冷却阶段，通过在各个阶段采用不同的热合功率对工件进行加热，在升温阶段逐渐增大高频电路输出功率，使位于高频电场中的工件快速升温软化，在热合阶段，以恒定热合功率对被加热工件持续加热，使工件快速沿焊线熔化、粘合，在结束阶段，工件沿焊线变薄，为避免焊接过火造成击穿打火放电，将高频电路输出功率降至较低的结束功率，并以恒定结束功率对工件继续加热，使工件焊接部充分融合，在冷却阶段，停止加热后，压机用模具沿焊线对工件施压，等待工件定型，完成热合的技术方案，使本发明的高频热合方法具有热合耗时短、生产效率高的优点，热合时间可较现有技术中的低功率热合方法短三分之一以上，并且在热合过程中可以有效防止焊接过火造成击穿打火放电。由于采用了在热合阶段，实时采集当前热合功率，将当前热合功率输入中央处理器并与预设的热合功率进行比较运算，由中央处理器根据比较结果调节当前热合功率至预设值，形成闭环控制系统的技术特征，使热合阶段热合功率不随工件性状改变而改变，始终以设定的最佳恒定功率对工进行加热，防止工件由于材质差异、薄厚差异、环境温度差异、电源电压差异等因素而导致用不可调的固定热合功率焊接材料时而产生焊接不牢固，或者焊接过火造成击穿打火放电，使其成为废品，甚至烧坏模具的现象。由于采用了所述当前热合功率的调节通过与负载并联的功率调节电容完成，所述功率调节电容为由中央处理器控制调节量的可变电容的技术特征，通过调节与负载并联的功率调节电容的容量，用功率调节电容来控制负载电容的工作电流，使负载电容的工作电流及两端的电压保持恒定不变，使得功率调节反应速度更快、调节更灵敏、更准确。由于采用了当前热合功率由电流互感器采集为高频电子管供电的交流电源电路工作电流信息、并将电流信息输入中央处理器，由中央处理器运算获得的技术特征，使得功率采样更准确、采样速度更快。由于采用了电流互感器采集到的工作电流信息经光电隔离装置处理后输入中央处理器的技术特征，克服了高频电路辐射强、易干扰，现有的智能化产品（plc、单片机等控制系统）不能准确地直接采集出其电流实时变化情况的缺陷，提高了功率采样的抗干扰能力。由于合理地限定了结束功率与热合功率的百分比，使结束功率与热合功率的搭配更合理，热合效率更高。

本发明的专用高频热合机，由于采用了所述专用高频热合机包括三相交流电源、将三相交流电转换成直流电的桥式整流电路、中央处理器、输出高频脉冲电流的高频震荡电子管、负载电容，所述负载电容由上极板、下极板及位于上极板、下极板之间的工件构成，负载电容一端与高频震荡电子管的阳极输出端连接，另一端接地，所述专用高频热合机还包括热合功率自动跟踪控制系统，所述热合功率自动跟踪控制系统包括实时采集热合功率并将热合功率数据输送给中央处理器的功率采样器、一与负载电容并联的可以调节输向负载电容电流大小的功率调节电容，所述功率调节电容为由步进电机控制板间距的平板式可变电容，所述步进电机依据中央处理器发出的指令控制平板式可变电容的极板移动速度、移动方向和移动距离的技术方案，使得该高频热合机在热合过程中可以根据负载电容的实时变化自动调节热合功率至设定值，在防止焊接过火造成击穿打火放电同时，使热合机以恒定的最佳功率对工件进行热合，热合的质量好。由于采用了所述功率采样器包括安装在三相交流电源中的电流互感器，将电流互感器输出电流信号转换电压信号的整流滤波电路，及将整流滤波电路输出信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置的技术特征，使本发明的高频热合机中功率采样器具有反应速度快、控制精度高、抗干扰能力强等优点。由于采用了所述热合功率自动跟踪控制系统，还包括一实时采集功率调节电容容量数据的电容参数采集器，所述电容参数采集器包括安装在步进电机与移动极板连接轴部的角位移传感器，将角位移传感器输出的信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置，使本本发明的高频热合机控制更精准，反应更灵敏，抗干扰能力更强，功率调节电容复位更快，热合的质量更好。

附图说明

下面结合附图对本发明的高频热合方法及专用高频热合机作进一步的详细说明。

图1是本发明的高频热合方法中热合过程中热合功率变化曲线；

图2是本发明的专用高频热合机的电气原理图。

具体实施方式

一种高频热合的方法，将待热合工件置于上极板和下极板之间并用上极板和下极板压紧构成负载，在上极板和下极板之间形成高频电场对工件热合部位进行加热，当工件热合部位被加热并熔化后，压机用上极板和下极板压合工件，使工件沿焊线冷却定型完成热合，热合过程按时间先后分为升温阶段、热合阶段、结束阶段和冷却阶段。

所述升温阶段，启动高频加热电路，逐渐增大高频电路输出功率，直至达到设定的预热功率，采用恒定的预热功率使位于高频电场中的工件升温软化。

所述热合阶段，以恒定的热合功率对被加热工件持续加热，使位于高频电场中的工件沿焊线熔化、粘合。

在热合阶段，实时采集当前热合功率，将当前热合功率输入中央处理器并与预设的热合功率进行比较运算，由中央处理器根据比较结果调节当前热合功率至预设值，形成闭环控制系统。所述当前热合功率通过与负载并联的功率调节电容完成，所述功率调节电容为由步进电机控制板距的平板电容，所述步进电机依据中央处理器发出的控制指令控制调节量。当前热合功率由电流互感器采集为高频电子管供电的交流电源电路工作电流信息、并将电流信息转换为电压信号后再经光电隔离装置处理，最后输入中央处理器，由中央处理器运算获得。

所述结束阶段，将高频电路输出功率降至预设的结束功率，以恒定结束功率对工件继续加热，使工件焊接部充分融合，结束功率优选为热合功率的30-60%；

所述冷却阶段：停止加热，压机用模具沿焊线对工件施压，等待工件冷却定型，完成热合。

图1示出了在热合过程中，热合功率变化情况，图1中，横轴为时间t，纵轴为当前热合功率p，0—t1段为升温阶段，t1—t2为热合阶段，t2—t3为结束阶段。从图1中可以看出，在升温阶段热合功率随时间逐渐上升，当到达设定的预热功率时开始保持恒定预热功率，在热合阶段，瞬间升至热合功率，并保持恒定的热合功率，在结束阶段，瞬间降至结束功率，保持恒定的结束功率至停止加热。

如图2所示，本发明的专用高频热合机包括三相交流电源、将三相交流电转换成直流电的桥式整流电路、中央处理器、输出高频脉冲电流的高频震荡电子管、负载电容，所述负载电容由上极板、下极板及位于上极板、下极板之间的工件构成，负载电容一端与高频震荡电子管的阳极输出端连接，另一端接地，所述专用高频热合机还包括热合功率自动跟踪控制系统，所述热合功率自动跟踪控制系统包括实时采集热合功率并将热合功率数据输送给中央处理器的功率采样器、一与负载电容并联的可以调节输向负载电容电流大小的功率调节电容，所述功率调节电容为由步进电机控制板间距的平板式可变电容，所述步进电机依据中央处理器发出的指令控制平板式可变电容的极板移动速度、移动方向和移动距离，所述功率采样器包括安装在三相交流电源中的电流互感器，将电流互感器输出电流信号转换电压信号的整流滤波电路，及将整流滤波电路输出信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置。所述热合功率自动跟踪控制系统，还包括一实时采集功率调节电容容量数据的电容参数采集器，所述电容参数采集器包括安装在步进电机与移动极板连接轴部的角位移传感器，将角位移传感器输出的信号隔离后输送给中央处理器的光电隔离装置，所述中央处理器优选为plc控制器。

高频热合开始时，将工件置于上极板与下极板之间，构成负载电容cp，交流接触器km1吸合，高压变压器tm1接通，经高压整流桥v1-v6整流后，高频电路开始工作，高频震荡电子管ve1发生震荡，由阳极向负载输出高频电流；此时电流互感器l1将采集到的电流经可调电阻采样收集到二次次电压信号，经整流滤波装置后再经过光电隔离装置ap2传送给plc，此时plc再经过一系列参数运算，与设定的功率大小进行实时比较运算后，计算出步进电机的驱动量和驱动速度，plc输出的脉冲和方向信号传输给步进电机m，步进电机m通过传动装置调节功率调节电容cv1的电容量大小，对高频热合功率进行实时调节，如果功率不足时，步进电机m调节电容移动板，使功率调节电容cv1变大，输向负载电容的电流变大，由于负载电容两端电压不变，热合功率变大。热合功率过高时，步进电机m调节电容移动板，使功率调节电容cv1变小，输向负载电容的电流变小，由于负载电容两端电压不变，热合功率变小。其中，功率调节电容cv1的电容量变化时，角位移传感器的位置也发生变化，其两端电压也随之变化，经采集角位移传感器两端电压值，经光电隔离装置ap1进行信号处理，再由plc将模拟量转换成相应的数字信号，从而获得功率调节电容cv1电容量大小数据，高频热合结束后，复位匹配板。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的高频热合方法及专用高频热合机解决现有技术中高频介质加热过程中，无法根据材料厚度等情况，无法自动调节高频热合功率，导致高频介质热合中，热合效果不稳定，废品率高的问题。