CN115122650A - 一种金属部件和塑料部件的焊接方法及由其获得的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力容器中金属部件和塑料部件的界面焊接方法，包括下述步骤：(1)提供金属部件与所述塑料部件；(2)在所述金属部件与所述塑料部件的接触面处提供加热装置；(3)使所述金属部件和塑料部件接触；(4)通过所述加热装置进行加热；和(5)进行冷却。本发明还涉及使用本发明的焊接方法进行焊接的压力容器。

Description

一种金属部件和塑料部件的焊接方法及由其获得的产品

技术领域

本申请涉及金属和塑料件焊接领域，具体而言，涉及一种压力容器中金属部件和塑料部件的焊接方法及由其获得的产品。

背景技术

压力容器是实现气体存储的有力手段。目前常见的储气压力容器有以下四种类型：全金属容器(Ⅰ型)、使用复合材料部分加固的金属容器(Ⅱ型)、金属内胆全缠绕复合气瓶(Ⅲ型)、塑料内胆全缠绕复合气瓶(Ⅳ型)。其中，最具潜力的轻型解决方案是Ⅳ型气瓶，其具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。然而，与其它类型的压力容器不同，Ⅳ型气瓶中金属阀座和塑料内胆直接连接存在一定困难。

采用在连接处加装密封件、紧箍环或者在瓶口连接处增加沟槽、孔洞等方式，可以强化金属阀座和塑料内胆间的连接。而为了进一步增加容器的密封性，防止气体泄漏，特别是对于储氢压力容器，采用材料粘结的方式来连接金属阀座和塑料内胆是一个更有效的手段。目前材料粘结方式通常是使用粘合剂，但该方法存在耗费时间较长、粘结效果重复性较差、粘合剂易老化、粘接不均匀等缺点。

CN209587649U涉及一种塑料内胆压力容器的瓶口结构，其在塑料内胆接近瓶口处的外表面设有凹槽，凹槽内设置有金属镶嵌接头，金属镶嵌接头内孔中部设有空刀槽，空刀槽上方为内螺纹。金属镶嵌接头和塑料内胆通过装配连接后，再用粘结胶来粘贴金属镶嵌接头，来实现可靠的整体密封性能。

发明内容

在一方面，本发明涉及1.一种压力容器中金属部件和塑料部件的界面焊接方法，包括下述步骤：

(1)提供金属部件与所述塑料部件；

(2)在所述金属部件与所述塑料部件的接触面处提供加热装置；

(3)使所述金属部件和塑料部件接触；

(4)通过所述加热装置进行加热；和

(5)进行冷却。

在一个实施方案中，所述金属部件为金属阀座，和/或所述塑料部件为塑料内胆。

在另一个实施方案中，在步骤(1)中，所述金属部件或所述塑料部件的表面具有凹槽。

在还一个实施方案中，所述金属部件的至少一部分表面提供有塑料材料以形成覆盖有塑料材料的金属部件，并且所述金属部件覆盖有塑料材料的部分与所述塑料部件接触。

在一个实施方案中，所述加热装置位于所述金属部件表面和/或所述塑料部件的表面，或者所述加热装置位于所述覆盖的塑料材料的表面。

在另一个实施方案中，本发明的方法中所述加热装置包埋于所述塑料部件中；或者所述加热装置包埋于所述覆盖的塑料材料中；或者所述加热装置位于所述金属部件或所述塑料部件的凹槽中。

在还一个实施方案中，所述加热装置进行加热使接触面处的至少一部分所述覆盖的塑料材料熔化和/或至少一部分所述塑料部件熔化。

在一个实施方案中，在步骤(4)和/或(5)中，对所述加热形成的焊接区域表面施压，优选通过机械方式或制造气压差的方式进行施压。

在另一方面，本发明涉及一种压力容器，包括塑料部件和金属部件，所述塑料部件和金属部件使用本发明所述的焊接方法进行焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1：电热丝包埋于塑料内胆中，压力容器的瓶口局部剖视图；

图2：金属阀座表面存在凹槽，电热丝包埋于金属阀座表面覆盖的塑料中，压力容器的瓶口局部剖视图；

图3：电热丝位于金属阀座上的沟状凹槽(沟槽)中，压力容器的瓶口局部剖视图；

图4：金属阀座表面具有骨点结构的注塑凹槽，将电热丝铺包埋于凹槽内覆盖的塑料中的瓶口局部剖视图；

图5：电热丝铺包埋于阀座肩部覆盖的塑料中，其中塑料内胆为无颈内胆；

图6：电热丝铺包埋于阀座肩部覆盖的塑料中，其中塑料内胆为带颈内胆；

图7：电热丝分别铺设于：阀座颈部及肩部(上)；内胆颈部(中)；阀座肩部(下)的结构示意图；

图8：利用压强差施压进行焊接，瓶口和外加设备的局部示意图；

图9：机械施压进行焊接，瓶口和外加设备的局部示意图。

附图标记：

1.内胆，1a.内胆颈部

2.阀座，2a.阀座肩部，2b.阀座颈部

3.电热丝

4.提供的的塑料材料

5.机加工凹槽

6.真空密封工装

7.机械密封工装

具体实施方式

一般定义和术语

如果没有另行指出，在此所提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过援引以其全部并入本文。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。若存在矛盾，则以本文提供的定义为准。

当给出数量、浓度或其它值或参数作为范围、优选范围或优选的上限值和下限值或者具体的值时，应将其理解为特定公开了从任意上限范围或优选值与任意下限范围或优选值的成对数值所形成的所有范围，而无论范围是否单独地被公开。除非另有说明，当本文引用数值范围时，所述的范围是指包括其端点、以及所有该范围内的整数和分数。本发明的范围并不限制于当定义范围时所引用的特定数值。例如“1-8”涵盖1、2、3、4、5、6、7、8以及由其中任何两个值组成的任何亚范围，例如2-6、3-5。

术语“约”、“大约”当与数值变量并用时，通常指该变量的数值和该变量的所有数值在实验误差内(例如对于平均值95％的置信区间内)或在指定数值的±10％内，或更宽范围内。

术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其在本文中的其它变体形式为包含性的或开放式的，且不排除其它未列举的元素或方法步骤。本领域技术人员应当理解，上述术语如“包括”涵盖“由…组成”的含义。表述“由…组成”排除未指明的任何元素、步骤或成分。表述“基本上由…组成”指范围限制在指定的元素、步骤或成分，加上任选存在的不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新的特征的元素、步骤或成分。应当理解，表述“包含”涵盖表述“基本上由…组成”和“由…组成”。

当在本文中描述数值或范围端值时，应理解所公开的内容包括所引用的特定值或端值。

此外，本发明的部件或组分之前未标明个数的，表示对于部件或组分的出现(或存在)数是没有限制的。因此，应当解读为包括一个或至少一个，并且部件或组分的单数词形式也包括复数，除非该数值明显地表示单数。

本文所使用的术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。

本发明所用的术语“纤维增强材料”指能够充当复合材料的骨架的纤维材料，其可以例如包括一个或多个片状材料。通过对纤维增强材料施加压力，可以使其适合模具，并加工成期望的形状。纤维增强材料的实例包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。纤维增强材料的其他实例还有布、梭织或单向纤维增强材料。

术语“压力容器”指能够承受一定压力的容器设备。这样的容器设备通常包含需要焊接连接的金属部分和塑料部分。本文中所用的术语“焊接”指通过提供热量使塑料熔化后形成塑料流体，待塑料流体冷却后凝固使得金属与塑料实现结合的方法。

本发明的方法

在一方面，本发明涉及一种压力容器中金属部件和塑料部件的界面焊接方法，所述方法包括下述步骤：

(1)提供金属部件与所述塑料部件；

(2)在所述金属部件与所述塑料部件的接触面处提供加热装置；

(3)使所述金属部件和塑料部件接触；

(4)通过所述加热装置进行加热；和

(5)进行冷却。

步骤(1)

在步骤(1)中，提供金属部件与所述塑料部件

所用的金属部件和塑料部件为用于压力容器中的部件

在本发明的方法中，塑料部件表示压力容器中由塑料制成或构成的结构部分。所述塑料部件的材质为热塑型塑料，包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺等，优选机械强度、抗压能力强的材料，如：高密度聚乙烯、尼龙6等。其形状可以根据要求加以设计或定制。

在一个实施方案中，所述塑料部件为塑料内胆。塑料内胆可由常规工艺制成，制备方式包括但不限于：注射成型、挤出吹塑成型、滚塑成型等。塑料内胆可以为常规的形状，如带颈内胆、无颈内胆，也可以根据实际需求定制。

在本发明的方法中，金属部件表示压力容器中由金属制成或构成的结构部分。在一实施方案中，金属部件为金属阀座。作为示例，其包括延伸法兰和管颈，并且可由常规工艺制成。

不同类型金属的导热性、对塑料材料的粘结力等存在差异，对焊接时间、焊接后的结合力、密封效果存在影响，因此选用合适的金属类型有助于提高焊接效率和焊接效果。在一实施方案中，可用的金属类型包括但不限于：铝(包括铝合金)、铁(包括不锈钢)、铜、银或其合金或组合。在一个优选的实施方案中，所述金属为铝合金。在一个更优选的实施方案中，所述金属为6061铝合金。

在本发明的方法中，要将金属部件与塑料部件进行焊接，形成相应的整体结构。因此，金属部件与塑料部件的接触面应当互相匹配。

在一实施方案中，金属部件与塑料部件的接触面为平面或曲面。本领域技术人员应当理解，本文所指的“平面”和“曲面”，既包括平坦的表面，也涵盖具有一定曲率或坡度的表面，只要其该表面上没有明显凸起或凹陷。

在另一实施方案中，金属部件或塑料部件的表面可以具有凹槽。凹槽为具有一定体积的空隙。凹槽通常在金属部件或塑料部件的表面形成。

在本文中，金属部件或塑料部件的表面凹槽可以通过不同的方式形成。在一个实施方案中，凹槽可以在制备金属部件或塑料部件时形成，即凹槽是金属部件或塑料部件无需再进行后续加工就存在的结构。例如，在金属部件或塑料部件制备过程中，选用合适的模具，进行浇注或注塑，脱模后直接获得表面具有凹槽结构的金属部件(例如，参加图2)或塑料部件。在另一个实施方案中，可以通过对金属部件或塑料部件后续加工的方式形成所述凹槽。这样可以有利于形成具有精细结构的凹槽(如，参见图3-4)。加工方式包括但不限于：机械加工、手动加工。机械加工方式有助于提高生产效率。

凹槽的深度可以根据实际情况决定，通常可以为约1-50mm，例如为约1-25mm，1-15mm，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45或50mm等。凹槽的深度可以根据容纳的加热装置尺寸或内部填充的材料所需的厚度决定。在一个实施方案中，凹槽深度应当使得当其内部设置有加热装置时，所述加热装置距离接触面具有合适的距离，从而便于加热装置提供热量。在一个实施方案中，凹槽的深度为加热装置直径的0.5-0.8倍。

凹槽的数量可以根据实际情况选择，例如可以为一个或多个。

凹槽的形状可以根据实际情况选择，例如可为规则或不规则。例如规则的几何形状如圆形、矩形或者不规则形状等，可根据实际需求进行确定。凹槽也可以为一个或多个沟状凹槽(沟槽)。沟槽可以互相平行或交错布置，也可以呈螺旋状分布。

凹槽的面积可以根据实际情况选择，但通常会小于接触面的面积。

凹槽可以用于容纳进行加热所用的加热装置。当凹槽作为容纳加热装置的空间时，其分布方式会决定加热装置的分布。

在一个实施方案中，金属部件表面具有一定数量的沟状凹槽(如螺旋状、双螺旋状)或平面凹槽。凹槽的表面任选地经过绝缘处理如涂敷绝缘材料后，铺设加热装置，如电热丝。凹槽尺寸应当能够容纳加热装置，如电热丝，来更好的传递热量。当凹槽尺寸与加热装置相比过大时，不利于热量传递，导致焊接效率降低。所述凹槽优选为等距的。相邻之间的距离为约0-10cm。凹槽的布置方式有助于避免加热过程中热量传递不均匀、电路短路、提高焊接效率。在一个具体的实施方案中，金属阀座的表面存在通过机械加工后形成的等距双螺旋状沟状凹槽(沟槽)，其中设置有电热丝。

凹槽的表面并不要求为平整的表面，在同一个或不同的凹槽内，其不同位置的深度都可以不同，从而具有不规则的空腔结构。在一个优选的实施方案中，所述凹槽为具有骨点结构的凹槽。所述骨点结构的凹槽可以通过机械加工的方式获得。

凹槽可以作为填充塑料材料的区域(例如，参见图2、图4)，填充的塑料材料的类型优选为热塑性高分子材料，从而可以达到加热后熔化的效果。塑料材料的类型包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺等，优选机械强度、抗压能力强的材料，如：高密度聚乙烯、尼龙6等。上述塑料材料与塑料部件可以具有相同或不同的组分。塑料材料和塑料部件具有相同的组分是优选的，如塑料材料和塑料部件均为高密度聚乙烯或均为尼龙6。

在一个实施方案中，向金属阀座的凹槽内部注塑。在另一实施方案中，向金属部件的骨点结构凹槽内注塑，该骨点结构的存在有利于提高注塑提供的塑料材料对金属阀座的附着力，从而改善焊接效果，增强密封性能。

在另一个实施方案中，塑料部件表面具有一定的凹槽。其形状和分布可以如上文对金属部件的表面凹槽所述。由于塑料本身通常是不导电的，因此通常也不需要进行绝缘处理。

在另一实施方案中，向塑料部件的凹槽中进行注塑，以向其中提供塑料材料。

在一实施方案中，金属部件的部分或全部表面可以覆盖有塑料材料。覆盖的塑料材料的类型优选为热塑性高分子材料，从而可以达到加热后熔化的效果。塑料材料的类型包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺等，优选机械强度、抗压能力强的材料，如：高密度聚乙烯、尼龙6等。

上述塑料材料与塑料部件可以具有相同或不同的组分。在一个优选的实施方案中，上述塑料材料和塑料部件具有相近的熔化温度。在一个更优选的实施方案中，上述塑料材料和塑料部件的组成成分相同。

根据实际需要，可以采取常规方法向金属部件表面提供塑料材料，以形成覆盖有塑料材料的金属部件，例如：注塑。在一实施方案中，如上文所述，向金属部件表面凹槽内通过例如注塑的方式填充塑料材料，可以形成覆盖有塑料材料的金属部件。在一实施方案中，采用注塑二次成型的方式，向金属部件表面提供塑料材料。采用注塑方法向金属表面提供塑料材料，有助于增加覆盖的塑料材料和金属表面的结合力，从而提升焊接后密封性能。在一实施方案中，金属部件表面与覆盖的塑料材料之间还存在机械互锁的结构，该结构可以增加覆盖塑料材料与金属部件之间的相互作用。

金属部件表面所覆盖的塑料的厚度对焊接效果存在影响。塑料层厚度过大，会使得焊接时间延长，且存在加热不充分的风险，塑料无法充分熔化，会导致焊接效果不理想；塑料层厚度过小，存在熔化后的塑料过少而无法充分结合阀座和内胆表面的风险。在一个实施方案中，所述覆盖的塑料的厚度为1-50mm，例如为1-50mm、1-25mm，1-10mm、1-5mm等，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45或50mm等。

在一个实施方案中，采用二次成型的方法，将金属部件的肩部完全覆盖有塑料材料(例如，参见图5、图6)。同时，该塑料材料在两端与阀座形成互锁结构，有助于增加覆盖的塑料与阀座间的作用力。

金属部件和/或塑料部件可以进行表面处理。该处理的目的在于将其表面的如氧化膜、结构缺陷等除去，从而提供一个有利于充分接触的区域，以提高焊接后的结合力和压力容器的密封效果。本发明中表面处理的方式包括但不限于：化学处理、机械打磨加工等。

步骤(2)：

在所述金属部件与所述塑料部件的接触面提供加热装置

加热装置作用在于提供焊接过程的热量，其实例包括但不限于：电热丝、导热管等。在优选实施方案中，加热装置为电热丝。

在本文中，接触面指的是金属部件与塑料部件接触的区域。在本文中，“位于表面”表示直接放置或固定在部件的表面上。在本文中，“包埋”表示嵌入相应材料的内部或浅表。应当理解，包埋的部件可以有部分暴露在相应材料的外部，从而形成部分包埋。包埋的深度可以根据实际情况加以选择。

在一实施方案中，在金属部件表面和/或塑料部件的表面提供加热装置，优选在其中之一的表面上提供加热装置。

在另一实施方案，在覆盖的塑料材料的表面提供加热装置。可以该塑料材料的一个或两个表面提供加热装置。

在一实施方案中，在塑料部件的内部提供加热装置(即，以包埋的形式提供)。

在另一实施方案中，在覆盖的塑料材料的内部提供加热装置(即，以包埋的形式提供)。

在又一实施方案中，在金属部件或塑料部件的凹槽中提供加热装置。可以向凹槽中注入塑料材料，以包埋加热装置。也可以，将加热装置实现包埋在要注入的塑料材料中，然后放入凹槽中。

或者，也可以直接在金属部件或塑料部件的凹槽中提供加热装置，而不向其中注入塑料材料。在这种情况下，加热装置可以接近塑料部件或与其直接接触，进行加热。

注入凹槽的塑料材料可以参见上文进行注塑时所用的塑料材料。

当存在凹槽时，可以在凹槽，除了该凹槽之外的接触面，或者这两者上提供加热装置。合适的铺设加热装置的位置有助于精确控制焊接区域，实现更好的焊接效果。

在一个具体的实施方案中，加热装置放置在塑料内胆的颈部外侧(例如，参见图7)。在另一个具体的实施方案中，加热装置埋于塑料内胆与阀座接触面的内胆表层塑料中(例如，参见图1)。

在又一个实施方案中，加热装置埋于金属阀座与塑料内胆接触面中金属阀座表面凹槽内的塑料材料中(例如，参见图2、图4)。

在另一个实施方案中，加热装置放置于金属阀座与塑料内胆接触面中金属阀座表面的机加工凹槽中(例如，参见图3)。

在优选的实施方案中，金属部件表面覆盖有塑料材料，加热装置埋于金属阀座所覆盖的塑料材料中(例如，参见图5-6、图8-9)。

加热装置的铺设可以采用手工铺设或自动装配工艺，优选自动装配工艺，从而提高生产的效率。在一个实施方案中，采用自动装配工艺铺设电热丝，其电气连接保持在压力容器的外部，从而方便与控制单元连接。

加热装置的铺设的方式应使得焊接过程中避免出现短路造成焊接缺陷，确保没有气体进入电线或电线槽。在一个实施方案中，电热丝铺设可以采用均匀、等距的方式，以均匀加热、避免短路。在又一个实施方案中，采用双螺旋的方式铺设电热丝。

步骤(3)：

在步骤(3)中，使金属部件和塑料部件接触

将金属部件和塑料部件接触来形成接触面，从而形成焊接区域。金属部件和塑料部件的接触所采用的相对位置关系应该符合常规要求，以确保产品的正常功能的实现。

在一个实施方案中，金属阀座置于塑料内胆上方的瓶口处，金属阀座与塑料内胆相接触，形成待焊接的接触面，以便于后续的焊接操作。若需要，在接触的时候，可以对金属部件和/或塑料部件施加压力，以促进二者的紧密接触。

步骤(4)：

在步骤(4)中，通过所述加热装置进行加热

加热装置加热的的作用在于提供热量，使得接触面处的塑料部件和/或塑料材料熔化。熔化的塑料可以是塑料部件中的塑料，如塑料内胆中的塑料；金属部件表面覆盖有的塑料材料，例如：通过注塑二次成型的金属阀座的表面的塑料材料、注入凹槽中的塑料材料。在一个优选的实施方案中，接触面处的塑料部件和塑料材料均熔化。在一个优选的实施方案中，金属阀座为注塑二次成型的表面覆盖有塑料材料的金属阀座，加热装置加热后，金属阀座表面覆盖的塑料材料和组成塑料内胆的塑料均熔化。

加热装置铺设的面积对焊接效果也存在一定影响。一般来说，较大的铺设面积对应较大的焊接界面面积，焊接界面面积的增加可以提高金属阀座和塑料内胆的结合力，可改善焊接效果，但也要重复考虑压力容器的结构和体积。在一个实施方案中，加热设置的位置包括但不限于：内胆颈部、内胆肩部、内胆肩部及颈部、阀座肩部、阀座颈部、阀座肩部及颈部等。

加热可以通过向电热丝通过电流来进行。电流大小和通电时间可以根据实际情况，例如：电热丝的尺寸、塑料类型、加热面积大小等进行调节。电流大小应当控制在合理范围内，保证焊接效果且减少焊接时间，从而提高生产效率。使用的电流过大，局部加热过快，导致温度快速升高从而塑料造成局部分解，造成杂质产生，从而降低焊接的结合力，不利于焊接效果。使用电流过小，加热速度过慢，会大大延长焊接时间。因此，选用合适大小的电流，从而实现塑料材料均匀的加热过程对焊接效果、焊接效率存在影响。在一个方案中，电流范围为约0.1-20A，如约0.1-5A、约0.1-2.5A、0.1-1A等。在另一个实施方案中，通电时间为约1-2000s，例如1-1000s、1-500s、1-250s、1-100s、1-50s、1-25s等。

加热过程中，若焊接区域表面间存在未完全接触的部分，可能导致焊接效果变差，影响密封性能。因此，可对在焊接区域表面施加压力来避免这一问题。压力的施加可以通过施加压力差或使用机械方式来进行。在一个实施方案中，如图8所示，在压力容器瓶口上方外加可拆卸的真空密封工装，使得阀座上方形成负压，从而产生作用力施加于阀座肩部与塑料内胆的焊接区域，即图中所示出的电热丝分布区域，使得两者表面充分接触，从而改善焊接效果。在一个实施方案中，如图9所示，在阀座右侧为外加的机械密封工装，其可向阀座施加垂直向下的压力，作用于焊接区域，从而使得阀座和内胆接触充分，来改善焊接效果。

步骤(5)：

在步骤(5)中，使加热的接触面进行冷却

界面冷却使得熔化的塑料凝固，从而实现焊接。塑料的充分凝固对实现界面焊接是必要的。冷却时间过短，塑料凝固不充分，有可能造成界面处连结不牢固而导致脱落的风险。冷却时间过长，会增加生产过程中的成本、降低生产效率，例如占用更多的存放空间。在冷却过程中，若需要，可以降低或保持步骤(4)中施加的压力或者额外地施加压力。类似地，压力的施加可以通过施加压力差或使用机械加压的方式来进行。

冷却完成后，可以拆除外部接线，从而完成焊接。

本发明的产品

本发明还涉及一种压力容器，包括塑料部件(如内胆)和金属部件(如阀座)，其使用本发明的焊接方法进行焊接。在一个实施方案中，所述压力容器外部缠绕有纤维增强材料，以提高压力容器的承压性能。

图8为使用制造压强差的方式来提高焊接的效果的压力容器，其瓶口的局部剖视图。其中，带颈塑料内胆1与金属阀座2肩部表面覆盖的塑料材料接触，形成接触面。其中，金属阀座2肩部两侧与其覆盖的塑料材料4形成机械互锁的结构。电热丝3包埋于塑料材料4中，电热丝3引出到外部易于后续进行电气连接。塑料内胆1和金属阀座2的上方外加有真空密封工装6，在焊接加热和/或冷却过程中，真空密封工装6启动以制造焊接区域上下的压强差，从而使焊接区域接触面充分接触。当焊接完成后，真空密封工装6可以拆除。焊接过程中电热丝3通电开始加热，塑料材料4融化，塑料内胆2的表面塑料也可以发生熔化。融化的塑料冷却后，塑料内胆1和金属阀座2焊接在一起。

图9为使用机械加压方式来提高焊接的效果的压力容器，其瓶口的局部剖视图。其压力容器瓶口结构与图8中所示类似，外接有机械密封工装7，其可向焊接区域接触面施加垂直向下的压力，从而使焊接区域接触面充分接触，当焊接完成后，机械密封工装7可以拆除。

通过本发明的焊接方法，有助于实现压力容器内金属部件：如阀座和塑料部件，如：内胆，两者的快速焊接和自动化装配，具有生产效率高、错误敏感性低、焊接效果好等优点。与常规的粘合剂进行粘合相比，本发明的焊接方法能够实现快速、高密封性、高承压性、长使用寿命的优点。

压力容器在使用过程中通常会经历反复的加压和释压过程，在此过程中，其构成部件的连接处会存在较大的应力，造成脱落风险。特别是，在使用塑料部件的轻型解决方案中，例如使用塑料作为内胆的Ⅳ型气瓶，塑料部件和金属部件因其材质不同，两者的焊接存在较大的难度。此外，由于材质的差异，金属部件和塑料部件的物理性质如：延展系数、膨胀系数等不同，两者会因加压、释压过程等因素产生形变差异，而加大连接处的应力，导致脱落风险增加。

在本发明中，采用将加热装置放置于压力容器中金属部件和塑料部件的接触面处来实现一种面状的焊接。当塑料受热熔化后，塑料流体可以充分浸润接触金属的表面。当流体凝固后，在微观层面上，塑料和金属，除了形成新的分子间相互作用外，还可以形成许多微观的机械互锁结构，可以增强塑料和金属间的结合力。焊接后，塑料部件和金属部件形成的是具有一定面积的焊接面，这样的焊接面可以显著增强二者的结合力，从而实现更好的密封性能、更长的使用寿命和更高的安全性。采用这种焊接工艺，塑料熔化和凝固时间较短，并且可以采用机械化方法提供加热装置，且加热可通过简单的操作(如：通电)来进行，可以降低成本，增加生产效率。

本文所列的实施方案仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非对本发明的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种压力容器中金属部件和塑料部件的界面焊接方法，包括下述步骤：

(1)提供金属部件与所述塑料部件；

(2)在所述金属部件与所述塑料部件的接触面处提供加热装置；

(3)使所述金属部件和塑料部件接触；

(4)通过所述加热装置进行加热；和

(5)进行冷却。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述金属部件为金属阀座，和/或

所述塑料部件为塑料内胆。

3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在步骤(1)中，所述金属部件或所述塑料部件的表面具有凹槽。

4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，

在步骤(1)中，所述金属部件和/或所述塑料部件的表面是经过表面处理操作的表面。

5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述金属部件的至少一部分表面提供有塑料材料以形成覆盖有塑料材料的金属部件，并且所述金属部件覆盖有塑料材料的部分与所述塑料部件接触。

6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，

所述加热装置位于所述金属部件表面和/或所述塑料部件的表面，或者

所述加热装置位于所述覆盖的塑料材料的表面。

7.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，

所述加热装置包埋于所述塑料部件中；或者

所述加热装置包埋于所述覆盖的塑料材料中；或者

所述加热装置位于所述金属部件或所述塑料部件的凹槽中。

8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，

所述加热装置进行加热使接触面处的至少一部分所述覆盖的塑料材料熔化和/或至少一部分所述塑料部件熔化。

9.权利要求1-8中任一项所述的焊接方法，其特征在于，

在步骤(4)和/或(5)中，对加热形成的焊接区域表面施压，

优选通过机械方式或制造气压差的方式进行施压。

10.一种压力容器，包括塑料部件和金属部件，其特征在于，

所述塑料部件和金属部件使用权利要求1-9中任一项所述的焊接方法进行焊接。

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