本發(fā)明涉及一種利用高頻電場對工件進行加熱熔合技術(shù)，特別是涉及一種高頻熱合方法和實施該方法專用的高頻熱合機。

技術(shù)背景

高頻熱合機通過高頻震蕩電子管產(chǎn)生高頻電場，通過高頻電場對介質(zhì)進行加熱。電子管產(chǎn)生的不斷交變的高頻電場，引發(fā)被加熱介質(zhì)分子核內(nèi)電子的偏移運動，使分子極化，加快了分子內(nèi)部的熱運動，產(chǎn)生能量，由內(nèi)而外的使被加熱介質(zhì)達到熱合溫度，并通過壓機產(chǎn)生一定壓力將被加熱介質(zhì)熱合在一起。高頻熱合具有加熱速度快，熱合效果好，生產(chǎn)效率高等特點，廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾，汽車地毯，膜材，醫(yī)療用袋，干燥成型等領(lǐng)域。

現(xiàn)有技術(shù)中的高頻熱合機在熱合的過程中由高頻震蕩電子管的陽極向負載電容輸出高頻電流，而介質(zhì)材料在被加熱的過程中會因熔化而由厚變薄，因此，由模具和被加熱材料構(gòu)成的負載電容就會隨之變大，負載電容變大會導(dǎo)致震蕩電子管的陽極輸出電流變大，熱合功率也隨之變大，這種功率變化會導(dǎo)致焊接過火造成擊穿打火放電，使工件成為廢品，甚至燒壞模具。由于現(xiàn)有技術(shù)中的高頻熱合機在熱合過程中從初始加熱到熱合結(jié)束采用一個固定功率，熱合過程中熱合功率不可自動調(diào)節(jié)，因此，為了克服上述缺陷只能采取以較低的功率進行熱合的辦法，而采用低功率熱合時工件加熱耗費的時間較長，生產(chǎn)效率較低。

除此之外，隨著工件材料溫度的變化，其擊穿場強，介電常數(shù)、和損耗角正切tanδ也會發(fā)生變化，在加熱過程中，如果對功率不加控制，高頻輸出功率就會影響焊接效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種高頻熱合方法，該高頻熱合方法在防止焊接過火造成擊穿打火放電的同時具有熱合耗時短、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。

解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案：一種高頻熱合方法，將待熱合工件置于上極板和下極板之間并用上極板和下極板壓緊構(gòu)成負載，在上極板和下極板之間形成高頻電場對工件熱合部位進行加熱，當工件熱合部位被加熱并熔化后，壓機用上極板和下極板壓合工件，使工件沿焊線定型完成熱合，熱合過程按時間先后分為升溫階段、熱合階段、結(jié)束階段和冷卻階段，

所述升溫階段，啟動高頻加熱電路，逐漸增大高頻電路輸出功率，直至達到設(shè)定的預(yù)熱功率，采用恒定的預(yù)熱功率使位于高頻電場中的工件升溫軟化；

所述熱合階段，以恒定的熱合功率對被加熱工件持續(xù)加熱，使位于高頻電場中的工件沿焊線熔化、粘合；

所述結(jié)束階段，將高頻電路輸出功率降至設(shè)定的結(jié)束功率，以恒定的結(jié)束功率對工件繼續(xù)加熱，使工件焊接部充分融合；

所述冷卻階段：停止加熱，壓機用模具沿焊線對工件施壓，等待工件定型，完成熱合。

優(yōu)選地，熱合階段，實時采集當前熱合功率，將當前熱合功率輸入中央處理器并與預(yù)設(shè)的熱合功率進行比較運算，由中央處理器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)當前熱合功率至預(yù)設(shè)的熱合功率，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述當前熱合功率的調(diào)節(jié)通過與負載并聯(lián)的功率調(diào)節(jié)電容完成，所述功率調(diào)節(jié)電容為由中央處理器控制調(diào)節(jié)量的可變電容。

優(yōu)選地，當前熱合功率由電流互感器采集為高頻電子管供電的交流電源電路工作電流信息、并將電流信息輸入中央處理器，由中央處理器運算獲得。

優(yōu)選地，電流互感器采集到的工作電流信息經(jīng)光電隔離裝置處理后輸入中央處理器。

優(yōu)選地，結(jié)束功率為熱合功率的30-60%。

發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是：提供一種實施上述高頻熱合方法的專用高頻熱合機，該高頻熱合機在熱合過程中可以根據(jù)負載電容的實時變化自動調(diào)節(jié)熱合功率至預(yù)設(shè)值，在防止焊接過火造成擊穿打火放電同時，使熱合機以最佳恒定功率對工件進行熱合，熱合的質(zhì)量好。

解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案：一種實施上述方法的專用高頻熱合機，包括三相交流電源、將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的橋式整流電路、中央處理器、輸出高頻脈沖電流的高頻震蕩電子管、負載電容，所述負載電容由上極板、下極板及位于上極板、下極板之間的工件構(gòu)成，負載電容一端與高頻震蕩電子管的陽極輸出端連接，另一端接地，所述專用高頻熱合機還包括熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)包括實時采集當前熱合功率并將當前熱合功率數(shù)據(jù)輸送給中央處理器的功率采樣器、一與負載電容并聯(lián)的可以調(diào)節(jié)輸向負載電容電流大小的功率調(diào)節(jié)電容，所述功率調(diào)節(jié)電容為由步進電機控制板間距的平板式可變電容，所述步進電機依據(jù)中央處理器發(fā)出的指令控制平板式可變電容的極板移動速度、移動方向和移動距離。

優(yōu)選地，所述功率采樣器包括安裝在三相交流電源中的電流互感器，將電流互感器輸出電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的整流濾波電路，及將整流濾波電路輸出信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置。

優(yōu)選地，所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，還包括一實時采集功率調(diào)節(jié)電容容量數(shù)據(jù)的電容參數(shù)采集器，所述電容參數(shù)采集器包括安裝在步進電機與移動極板連接軸部的角位移傳感器，將角位移傳感器輸出的信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置。

有益效果：本發(fā)明的高頻熱合方法，由于采用了將熱合過程按時間先后分為升溫階段、熱合階段、結(jié)束階段和冷卻階段，通過在各個階段采用不同的熱合功率對工件進行加熱，在升溫階段逐漸增大高頻電路輸出功率，使位于高頻電場中的工件快速升溫軟化，在熱合階段，以恒定熱合功率對被加熱工件持續(xù)加熱，使工件快速沿焊線熔化、粘合，在結(jié)束階段，工件沿焊線變薄，為避免焊接過火造成擊穿打火放電，將高頻電路輸出功率降至較低的結(jié)束功率，并以恒定結(jié)束功率對工件繼續(xù)加熱，使工件焊接部充分融合，在冷卻階段，停止加熱后，壓機用模具沿焊線對工件施壓，等待工件定型，完成熱合的技術(shù)方案，使本發(fā)明的高頻熱合方法具有熱合耗時短、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，熱合時間可較現(xiàn)有技術(shù)中的低功率熱合方法短三分之一以上，并且在熱合過程中可以有效防止焊接過火造成擊穿打火放電。由于采用了在熱合階段，實時采集當前熱合功率，將當前熱合功率輸入中央處理器并與預(yù)設(shè)的熱合功率進行比較運算，由中央處理器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)當前熱合功率至預(yù)設(shè)值，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)的技術(shù)特征，使熱合階段熱合功率不隨工件性狀改變而改變，始終以設(shè)定的最佳恒定功率對工進行加熱，防止工件由于材質(zhì)差異、薄厚差異、環(huán)境溫度差異、電源電壓差異等因素而導(dǎo)致用不可調(diào)的固定熱合功率焊接材料時而產(chǎn)生焊接不牢固，或者焊接過火造成擊穿打火放電，使其成為廢品，甚至燒壞模具的現(xiàn)象。由于采用了所述當前熱合功率的調(diào)節(jié)通過與負載并聯(lián)的功率調(diào)節(jié)電容完成，所述功率調(diào)節(jié)電容為由中央處理器控制調(diào)節(jié)量的可變電容的技術(shù)特征，通過調(diào)節(jié)與負載并聯(lián)的功率調(diào)節(jié)電容的容量，用功率調(diào)節(jié)電容來控制負載電容的工作電流，使負載電容的工作電流及兩端的電壓保持恒定不變，使得功率調(diào)節(jié)反應(yīng)速度更快、調(diào)節(jié)更靈敏、更準確。由于采用了當前熱合功率由電流互感器采集為高頻電子管供電的交流電源電路工作電流信息、并將電流信息輸入中央處理器，由中央處理器運算獲得的技術(shù)特征，使得功率采樣更準確、采樣速度更快。由于采用了電流互感器采集到的工作電流信息經(jīng)光電隔離裝置處理后輸入中央處理器的技術(shù)特征，克服了高頻電路輻射強、易干擾，現(xiàn)有的智能化產(chǎn)品（plc、單片機等控制系統(tǒng)）不能準確地直接采集出其電流實時變化情況的缺陷，提高了功率采樣的抗干擾能力。由于合理地限定了結(jié)束功率與熱合功率的百分比，使結(jié)束功率與熱合功率的搭配更合理，熱合效率更高。

本發(fā)明的專用高頻熱合機，由于采用了所述專用高頻熱合機包括三相交流電源、將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的橋式整流電路、中央處理器、輸出高頻脈沖電流的高頻震蕩電子管、負載電容，所述負載電容由上極板、下極板及位于上極板、下極板之間的工件構(gòu)成，負載電容一端與高頻震蕩電子管的陽極輸出端連接，另一端接地，所述專用高頻熱合機還包括熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)包括實時采集熱合功率并將熱合功率數(shù)據(jù)輸送給中央處理器的功率采樣器、一與負載電容并聯(lián)的可以調(diào)節(jié)輸向負載電容電流大小的功率調(diào)節(jié)電容，所述功率調(diào)節(jié)電容為由步進電機控制板間距的平板式可變電容，所述步進電機依據(jù)中央處理器發(fā)出的指令控制平板式可變電容的極板移動速度、移動方向和移動距離的技術(shù)方案，使得該高頻熱合機在熱合過程中可以根據(jù)負載電容的實時變化自動調(diào)節(jié)熱合功率至設(shè)定值，在防止焊接過火造成擊穿打火放電同時，使熱合機以恒定的最佳功率對工件進行熱合，熱合的質(zhì)量好。由于采用了所述功率采樣器包括安裝在三相交流電源中的電流互感器，將電流互感器輸出電流信號轉(zhuǎn)換電壓信號的整流濾波電路，及將整流濾波電路輸出信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置的技術(shù)特征，使本發(fā)明的高頻熱合機中功率采樣器具有反應(yīng)速度快、控制精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。由于采用了所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，還包括一實時采集功率調(diào)節(jié)電容容量數(shù)據(jù)的電容參數(shù)采集器，所述電容參數(shù)采集器包括安裝在步進電機與移動極板連接軸部的角位移傳感器，將角位移傳感器輸出的信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置，使本本發(fā)明的高頻熱合機控制更精準，反應(yīng)更靈敏，抗干擾能力更強，功率調(diào)節(jié)電容復(fù)位更快，熱合的質(zhì)量更好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的高頻熱合方法及專用高頻熱合機作進一步的詳細說明。

圖1是本發(fā)明的高頻熱合方法中熱合過程中熱合功率變化曲線；

圖2是本發(fā)明的專用高頻熱合機的電氣原理圖。

具體實施方式

一種高頻熱合的方法，將待熱合工件置于上極板和下極板之間并用上極板和下極板壓緊構(gòu)成負載，在上極板和下極板之間形成高頻電場對工件熱合部位進行加熱，當工件熱合部位被加熱并熔化后，壓機用上極板和下極板壓合工件，使工件沿焊線冷卻定型完成熱合，熱合過程按時間先后分為升溫階段、熱合階段、結(jié)束階段和冷卻階段。

所述升溫階段，啟動高頻加熱電路，逐漸增大高頻電路輸出功率，直至達到設(shè)定的預(yù)熱功率，采用恒定的預(yù)熱功率使位于高頻電場中的工件升溫軟化。

所述熱合階段，以恒定的熱合功率對被加熱工件持續(xù)加熱，使位于高頻電場中的工件沿焊線熔化、粘合。

在熱合階段，實時采集當前熱合功率，將當前熱合功率輸入中央處理器并與預(yù)設(shè)的熱合功率進行比較運算，由中央處理器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)當前熱合功率至預(yù)設(shè)值，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。所述當前熱合功率通過與負載并聯(lián)的功率調(diào)節(jié)電容完成，所述功率調(diào)節(jié)電容為由步進電機控制板距的平板電容，所述步進電機依據(jù)中央處理器發(fā)出的控制指令控制調(diào)節(jié)量。當前熱合功率由電流互感器采集為高頻電子管供電的交流電源電路工作電流信息、并將電流信息轉(zhuǎn)換為電壓信號后再經(jīng)光電隔離裝置處理，最后輸入中央處理器，由中央處理器運算獲得。

所述結(jié)束階段，將高頻電路輸出功率降至預(yù)設(shè)的結(jié)束功率，以恒定結(jié)束功率對工件繼續(xù)加熱，使工件焊接部充分融合，結(jié)束功率優(yōu)選為熱合功率的30-60%；

所述冷卻階段：停止加熱，壓機用模具沿焊線對工件施壓，等待工件冷卻定型，完成熱合。

圖1示出了在熱合過程中，熱合功率變化情況，圖1中，橫軸為時間t，縱軸為當前熱合功率p，0—t1段為升溫階段，t1—t2為熱合階段，t2—t3為結(jié)束階段。從圖1中可以看出，在升溫階段熱合功率隨時間逐漸上升，當?shù)竭_設(shè)定的預(yù)熱功率時開始保持恒定預(yù)熱功率，在熱合階段，瞬間升至熱合功率，并保持恒定的熱合功率，在結(jié)束階段，瞬間降至結(jié)束功率，保持恒定的結(jié)束功率至停止加熱。

如圖2所示，本發(fā)明的專用高頻熱合機包括三相交流電源、將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的橋式整流電路、中央處理器、輸出高頻脈沖電流的高頻震蕩電子管、負載電容，所述負載電容由上極板、下極板及位于上極板、下極板之間的工件構(gòu)成，負載電容一端與高頻震蕩電子管的陽極輸出端連接，另一端接地，所述專用高頻熱合機還包括熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)包括實時采集熱合功率并將熱合功率數(shù)據(jù)輸送給中央處理器的功率采樣器、一與負載電容并聯(lián)的可以調(diào)節(jié)輸向負載電容電流大小的功率調(diào)節(jié)電容，所述功率調(diào)節(jié)電容為由步進電機控制板間距的平板式可變電容，所述步進電機依據(jù)中央處理器發(fā)出的指令控制平板式可變電容的極板移動速度、移動方向和移動距離，所述功率采樣器包括安裝在三相交流電源中的電流互感器，將電流互感器輸出電流信號轉(zhuǎn)換電壓信號的整流濾波電路，及將整流濾波電路輸出信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置。所述熱合功率自動跟蹤控制系統(tǒng)，還包括一實時采集功率調(diào)節(jié)電容容量數(shù)據(jù)的電容參數(shù)采集器，所述電容參數(shù)采集器包括安裝在步進電機與移動極板連接軸部的角位移傳感器，將角位移傳感器輸出的信號隔離后輸送給中央處理器的光電隔離裝置，所述中央處理器優(yōu)選為plc控制器。

高頻熱合開始時，將工件置于上極板與下極板之間，構(gòu)成負載電容cp，交流接觸器km1吸合，高壓變壓器tm1接通，經(jīng)高壓整流橋v1-v6整流后，高頻電路開始工作，高頻震蕩電子管ve1發(fā)生震蕩，由陽極向負載輸出高頻電流；此時電流互感器l1將采集到的電流經(jīng)可調(diào)電阻采樣收集到二次次電壓信號，經(jīng)整流濾波裝置后再經(jīng)過光電隔離裝置ap2傳送給plc，此時plc再經(jīng)過一系列參數(shù)運算，與設(shè)定的功率大小進行實時比較運算后，計算出步進電機的驅(qū)動量和驅(qū)動速度，plc輸出的脈沖和方向信號傳輸給步進電機m，步進電機m通過傳動裝置調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)電容cv1的電容量大小，對高頻熱合功率進行實時調(diào)節(jié)，如果功率不足時，步進電機m調(diào)節(jié)電容移動板，使功率調(diào)節(jié)電容cv1變大，輸向負載電容的電流變大，由于負載電容兩端電壓不變，熱合功率變大。熱合功率過高時，步進電機m調(diào)節(jié)電容移動板，使功率調(diào)節(jié)電容cv1變小，輸向負載電容的電流變小，由于負載電容兩端電壓不變，熱合功率變小。其中，功率調(diào)節(jié)電容cv1的電容量變化時，角位移傳感器的位置也發(fā)生變化，其兩端電壓也隨之變化，經(jīng)采集角位移傳感器兩端電壓值，經(jīng)光電隔離裝置ap1進行信號處理，再由plc將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，從而獲得功率調(diào)節(jié)電容cv1電容量大小數(shù)據(jù)，高頻熱合結(jié)束后，復(fù)位匹配板。

需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明的高頻熱合方法及專用高頻熱合機解決現(xiàn)有技術(shù)中高頻介質(zhì)加熱過程中，無法根據(jù)材料厚度等情況，無法自動調(diào)節(jié)高頻熱合功率，導(dǎo)致高頻介質(zhì)熱合中，熱合效果不穩(wěn)定，廢品率高的問題。

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