[发明专利]一种金属与高分子焊接装置及焊接方法

说明书

本发明涉及一种金属与高分子焊接装置及焊接方法，包括电加热系统、压力系统、工作平台(7)，待焊接金属平板(6)固定在工作平台(7)上，待焊接高分子平板(4)通过压力系统悬于待焊接金属平板(6)上方，电加热系统对待焊接金属板进行加热，随后压力系统将高分子平板(4)压合在金属平板(6)上进行焊接。与现有技术相比，本发明的优势在于可以精确控制焊接过程中的下压量与下压深度；精确测量焊接过程中的温度与压力数据；可以自动调节焊接过程中的压力与温度；可以控制焊后过程中的冷却速度，提高高分子材料与金属平板接头的强度；可以调节预热、焊接、冷却过程中的环境气氛，控制高分子的氧化降解程度；可以实现多种模式的金属与高分子焊接，包括手动模式、恒定压力模式、恒定温度模式。

技术领域

本发明涉及异种材料的焊接，尤其是涉及一种高分子材料与金属材料的焊接装置及其焊接方法。

背景技术

高分子材料具有比强度高、抗疲劳性能好、密度低、耐腐蚀、耐磨及自润滑等优点，可加工性高且成本低，所以在汽车、机械、航空航天、医疗等领域都得到了广泛的应用。但是其相比于金属材料，存在熔化与降解温度较低，力学性能不够高，导电、导热性能先对较低等缺点，现阶段主要以金属与高分子的复合使用为主流，因而高分子与金属的有效连接就成了一个关键问题。

高分子与金属的连接方式主要包括粘接、机械连接和焊接。粘接使用粘合剂，通过粘合剂固化实现结合，但其对环境与温度有较高要求，连接强度不稳定，难以预测。机械连接使用铆钉等形成机械互锁，但容易造成应力集中，使高分子端发生脆性断裂，材料存在较大残余应力。

新型焊接技术通过使界面处的塑料熔融并施以一定压力形成连接，主要包括激光焊接、超声波焊接、搅拌摩擦焊接、电阻焊接。激光焊接利用激光熔融高分子材料，却会使高分子过热而发生氧化降解，在界面处容易产生气泡，形成缺陷；超声波焊接利用超声波振动产生的界面局部高温形成焊接，但其对于材料厚度有很大限制；搅拌摩擦焊接利用搅拌头摩擦金属生热，和搅拌头的下压力联合作用形成焊接，却容易发生温度与压力分布不均匀的问题。

电阻焊接利用加热电阻的热量融化高分子形成焊接。公布号CN 104228059B的专利介绍了一种电阻焊接装置，需要使用额外的热塑性粘接剂，压力为手动加压，不能准确控制，而且加热电阻需要放置在两个复合材料焊接表面之间，加热元件在焊接后依旧残留在接头中，对焊接质量造成很大影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动控温、控压的金属与高分子焊接装置及焊接方法，焊接过程中不需引入其他介质。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种金属与高分子焊接装置，其特征在于，包括电加热系统、压力系统、工作平台，待焊接金属平板固定在工作平台上，待焊接高分子平板通过压力系统悬于待焊接金属平板上方，压力系统将高分子平板压合在金属平板上进行焊接。

所述的电加热系统包括金属平板固定装置、导电元件固定件、导线、导电元件及温度测量系统，所述的金属平板固定装置将金属平板固定在工作平台上，金属平板焊接区域两侧与导电元件紧密贴合，导电元件通过导电元件固定件固定在工作平台上，温度测量系统包括热电偶、红外热成像仪及温度数据记录仪。

所述的导线为铜制导线，所述的热电偶设置在金属平板上，该热电偶连接温度数据记录仪，所述的红外热成像仪设置在工作平台上，探测红外温度数据并回传至温度数据记录仪上，导线及导电元件与金属平板连接形成通电回路，对金属平板进行预热，通过热电偶和红外热成像仪实时测量金属平板温度。

所述的压力系统包括压头及内置测力传感器、弹簧夹片及金属背板，待焊接高分子平板通过弹簧夹片固定在压头上，高分子平板与压头之间设置金属背板。弹簧夹片、金属平板固定装置、导电元件固定件根据应用材料尺寸的不同可以调节适配。所述弹簧夹片可根据高分子材料的宽度及厚度进行调节，宽度调节范围为15-25mm，厚度调节范围为2-30mm。