大多數塑料焊接方法如超聲波焊、振動焊等在結合面處不需外加材料。但在某些情況下由于工件或接頭復雜、零件限制和設備可達性的原因，這些方法不能用。這時須考慮采用外加材料的方法，感應焊就是其中之一。感應焊，又叫感應植入焊（implantinductionwelding），是通過高頻磁場感應加熱植入材料熔化和填充待焊表面而形成持久結合的一種焊接方法。塑料感應焊接商業應用已有三十多年歷史，廣泛用于焊接難焊材料如聚烯烴等。感應焊也可用于填充或玻纖增強聚合物及某些異種塑料的焊接。隨著高強度和承載用途的工程塑料（增強塑料）使用量的顯著增長（如汽車業），感應焊接正成為基礎設計和制造方法至關重要的一環。

1.感應焊接原理及過程
感應焊接的基本原理是電磁材料（植入物）預先置于待焊零件界面處，然后對植入物施加一個由高頻電源（2~10MHz）產生的交變磁場，電磁材料在交變磁場作用下發熱，熔化待焊零件表面，在適當壓力下將兩零件熔合在一起形成持久焊縫。
電磁材料（導電材料或鐵磁材料）置于交變磁場中時會出現感應加熱。感應焊接有兩種加熱機理：焦耳加熱（渦流加熱，見圖1）和磁滯加熱。感應加熱是由渦流和磁滯損耗產生的，兩者的相對大小取決于磁場作用下材料的磁性。在導電非磁性材料（如鋁粉）中只出現渦流加熱；在非導電的鐵磁性材料（如陶瓷鐵氧體）中只發生磁滯損耗加熱。在導電磁性材料（如鐵基鐵磁材料）中，磁滯損耗加熱和渦流加熱都起很大作用。加熱速度由焊接界面處植入物的磁導率或磁化率決定。磁滯損耗的大小由圖2中包圍的面積來描述，磁滯回線包圍的面積與轉化為熱量的能量成正比。需要高頻（2~10MHz）進行有效加熱的原因是即使具有磁性的磁感受體，單個磁滯回線（磁滯循環）產生的發熱量也是極小的（溫升約0.003℃）。
磁滯損耗（hysteresisloss）是指鐵磁材料在磁化過程中由磁滯現象引起的能量損耗。磁性體的磁化存在著明顯的不可逆性（如圖2所示），當鐵磁體被磁化到飽和狀態后，若將磁場強度H由值逐漸減小時，其磁感應強度B不是循原來的途徑返回，而是沿著比原來的途徑稍高的一段曲線而減小，當H=0時，B并不等于零，即磁性體中B的變化滯后于H的變化。磁性物質都具有保留其磁性的傾向，磁感應強度B的變化總是滯后于磁場強度H的變化，這種現象就是磁滯現象。磁感應強度B與磁場強度H之間呈現磁滯回線關系。經一次循環，每單位體積鐵芯中的磁滯損耗等于磁滯回線的面積。這部分能量轉化為熱能，磁滯損耗的大小取決于所用材料的磁滯回線。
渦流損耗（eddycurrentloss）
導體處在隨時間變化的磁場中時，導體內感生的電流導致的能量損耗，叫做渦流損耗。在導體內部形成的一圈圈閉合的電流線，稱為渦流。由于電流的熱效應（通過I2R加熱），渦流會使導體發熱，消耗能量。如果導體的電阻率小，則產生的渦流很強，發熱量就很大。渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導體的運動、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關。
感應焊接過程分為四個階段：
階段：放置植入物。通過手工或者使用自動裝置將植入物放在接合處；
第二階段：施壓。將零件放入與氣缸相連的夾具中對零件施壓，或者通過將感應線圈嵌入其中的聚四氟乙烯或陶瓷塊對零件加壓；
第三階段：感應加熱。電源作用于感應線圈（工作線圈），產生加熱植入物的電磁場，通過熱傳導依次加熱和熔化周圍的熱塑性塑料。由于隨著離工作線圈的距離的增加，電磁場呈指數衰減，所以接頭應盡可能靠近線圈以便限度加熱植入物。在加熱過程中，植入物流動填補零件之間的間隙；
第四階段：零件的冷卻和拆卸。在達到預定焊接時間之后，切斷電源，零件在壓力下冷卻至預設時間。然后移走焊接組件，循環重復進行。

2.感應焊接植入物
植入物（implant），有時稱作電磁感受體/電磁材料（electromagneticsusceptor/material）、磁感受體/鐵磁材料（magneticsusceptor/ferromagneticmaterial）、感受材料/復合物（susceptormaterial/compound）、粘合劑（binder/bondingagent），是感應焊接過程中的加熱元件（發熱體）。顆粒填料或者絲或網狀植入物用于提供熱源。感應加熱使用的粘合劑由填滿金屬粒子或氧化鐵的熱塑性樹脂組成。粘合劑在感應磁場中熔化并形成粘合接頭。填料材料可以是簡單的鐵磁材料如金屬鐵或不銹鋼，也可以是提供更精確溫度控制的陶瓷鐵氧體材料。常用的填料是非常細小的微米級鐵磁粉末。填料的種類和數量影響能量吸收，因而影響結合線處的發熱量。電磁材料通常得專門配制以便固化時內部放熱量較少。否則接頭會過熱，粘合劑會熱降解。
為了連接熱塑性塑料，這些電磁材料（金屬網或者不同類型、顆粒大小和濃度的鐵磁粉末）密閉在與待焊塑料相容的熱塑塑料基體中。植入物通常針對特定用途生產以確保與待焊材料相容和達到效率。對于同種材料制成的熱塑性零件的焊接，基體通常與零件材料相同，在熔體流動方面是相配的。例如，在焊接聚乙烯時，粘合劑可以是含有0.5%~0.6%體積百分數磁性氧化鐵粉末的聚乙烯樹脂。對于異種材料，使用的基體是兩種熱塑性塑料的混合物。感應焊設備供應商也提供焊接異種材料的專利化合物。
電磁感應方法也用于快速固化熱固性粘合劑如環氧樹脂。在連接熱固性塑料如片狀模塑料時，粘合劑基體包圍電磁材料。熱量直接在粘合劑中產生，提供快速固化。在環氧樹脂的固化過程中膠凝時間可短至30s。
粘合劑通常形成匹配接頭設計的外形。從裝配角度來說，模切預型件（die-cutpreform）如墊片應用簡便，但根據待焊零件的大小和形狀及感應線圈的位置，有各種形狀的植入物如片材、帶材、線束、擠塑型材、注塑成型制品等（見圖4）可供選用。通過夾物模壓（insertmolding）、雙色模塑（two-colormolding）、共擠壓（co-extrusion）或共注射（co-injection）將植入材料與待焊零件之一直接合為一體也是一種可行的途徑。

3.感應焊接設備
焊接裝置可以是整合機器人材料搬運的高度自動化的多站裝置或手工裝卸零件的單站裝置。的感應焊機使用的是能精確控制功率級的固態功率發生器如金屬氧化物半導體場效應晶體管。在這種類型的發生器中，磁場頻率是由發生器電路決定的，因而需要匹配網絡使發生器輸出阻抗與工作線圈阻抗匹配。匹配網絡是可遠距離放置或者移動以滿足各種不同工業要求的關鍵組成部分。固態裝置的控制電路比普通的振蕩管發生器復雜得多，但是它能提供復雜精確的功率輸出控制。
典型的感應焊機由五部分造成：感應發生器、工作線圈（感應線圈）、熱交換器、壓力機、夾具或器具。
（1）感應發生器
依據使用情況，感應發生器將50Hz或60Hz的電源轉變為功率一般為1~5kW的高頻（2~10MHz）電源。加感線圈（負載工作線圈）的阻抗匹配發生器的輸出阻抗以確保一致有效的系統運作。這稱之為線圈調諧。
（2）熱交換器
在焊接循環過程中，很高的電流流過感應線圈。為防止過熱，水在線圈中循環流動，通過熱交換器冷卻。熱交換器通常與發生器連成一體。
（3）壓力機
在焊接過程中施壓裝置通常是與氣缸或液壓缸相連的壓頭。
（4）夾具
夾具或定位器具在焊接過程中將零件組合在一起。一個器具通常是固定的而另一個是可動的。因為工作線圈附近存在金屬導體會降低磁場強度，所以器具是由非導電材料如酚醛樹脂或環氧樹脂制成。
（5）工作線圈（感應線圈）
工作線圈的作用是提供繞過接頭的磁場。它必須與感應發生器的功率輸出相配，其設計必須降低高頻時起弧或過載的傾向。工作線圈的設計和布置對于獲得高強度焊縫和過程高效率至關重要。工作線圈應符合零件外形，可以為每個零件量身定做。線圈與接頭之間的距離（耦合距離）應盡可能小（原則上小于1.6mm）。短的耦合距離必要，因為根據平方反比定律，來自于磁場中用于發熱的能量與離線圈距離的平方成反比。感應線圈能適應三維接頭，可焊長達6.1m的接頭。還可在線圈中心放置銅反射器以便將磁場集中在接頭區域內。反射器（reflector）/反射線圈（reflectioncoil）是使磁力線指向結合線處的未激勵線圈（non-energizedcoil）。
線圈可由銅管、薄板或機加工塊制成。所有線圈都是水冷的。管線圈可以是方的、圓的或矩形的，常規尺寸是3.2mm、4.8mm、6.4mm、9.5mm。由于3.2mm線圈中的狹窄水流會造成過熱，所以3.2mm線圈僅用于不受輕微過熱影響的短加熱循環和小型零件。在獲得耦合距離方面，方管優于圓管。銅薄板（1.6mm厚）用于加熱127×508mm或25.4×2030mm的大型零件和密封大的表面積及不規則的平面形狀。
簡單的線圈設計是單匝線圈，磁場集中在線圈內徑周圍。在線圈引線端形成較弱場強，這個問題可通過使用反射器減輕。單匝線圈所需空間比其它設計少。多匝線圈（如圖6b）消除了單匝線圈的弱磁場強度。依據接頭外形的不同，多匝線圈可以是焊接圓形容器的圓柱形或螺旋形，或者是矩形、方形或不規則形狀。因為磁場強度在線圈內，接頭應置于線圈中心。在待焊零件尺寸大于等于152mm時有必要使用反射器以獲得效率。線圈的匝數取決于焊縫的總表面積。多匝線圈的長度不應大于線圈直徑的3~4倍。盤圈形線圈（如圖6c）用于加熱較大平面面積，它們是由在水平面盤繞管材至預定直徑而制成。發夾式線圈（如圖6d）是擠壓在一起的單匝線圈，匝間耦合距離等于零件厚度。隨著耦合距離的減少，磁場更加集中。發夾式線圈可以形成不規則形狀，用于連接長的平直薄板或玻璃纖維氈復合材料制成的結構件的周邊封接。對于大型零件如管道或導管，或者接近結合線受限的零件，可以采用拆分線圈（如圖6e）。這些線圈可以打開便于零件拆卸。

4.感應焊工藝參數
感應焊不如其他焊接方法（如振動焊）對工藝參數敏感。感應焊的主要工藝參數是：功率、焊接時間、焊接壓力、冷卻時間。
焊接時間是影響焊縫強度主要的因素，其次是功率。同時間和功率相比，壓力對強度影響很小。在功率和壓力不變的情況下，焊縫強度與加熱時間成正比。
典型的感應功率范圍為1~5kW。較大零件或較長接頭的零件需較高的功率輸出。功率輸出也隨接頭與線圈之間耦合距離的增加而增加。
焊接時間取決于電磁填料的種類與顆粒大小、熱塑性基體中密閉的電磁填料的橫截面積、功率輸出、頻率和工件尺寸。這些參數針對每一特定用途進行調整。
焊接壓力確保植入物在接頭內部的均勻分布。冷卻時間隨用途而變化，可能少于1s。
感應焊接過程中的其它重要因素包括：零件和工作線圈的設計、磁場頻率（感應焊工作頻率根據加熱元件的成分進行選擇）、電磁材料的種類等。

5.各種塑料的感應焊接性
同其它焊接方法相比，感應焊較少依賴于待焊材料的性能。可焊接所有熱塑性塑料（無論是結晶性還是非結晶性塑料）。能焊接高性能和難焊樹脂。容易焊接的熱塑性塑料包括：各種等級的ABS、尼龍、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、SAN、聚氯乙烯、丙烯酸以及那些通常認為難焊的材料如乙縮醛、改性聚苯醚、聚碳酸酯。
某些異種材料或含有玻璃、滑石、礦物質、木材或其它填料的熱塑性塑料均可焊接。感應焊可連接某些異種材料如高填充熱塑性塑料以及軟彈性體與硬質塑料。還可用于連接熱塑性材料與非熱塑性材料如紙。在焊接異種熱塑性塑料時，含有鐵磁性顆粒的熱塑性基體由兩種待焊材料的混合物組成。在焊接含填料材料時，植入材料中的熱塑性樹脂含量可以提高以補償零件中的填料含量，在焊接過程中產生更大量的熔體，形成更高強度的接頭。填料含量高達65%的增強塑料已能成功焊接。交聯低密度和高密度聚乙烯可用普通的低密度或高密度基體材料進行焊接。感應焊能焊接玻璃和碳纖維增強的熱塑性塑料如聚苯硫醚、PA12、聚丙烯。例如40%玻璃填充的聚丙烯很容易焊接。感應焊也可用于連接熱固性塑料（如片狀模塑料）和其它非金屬母材。這時，粘合劑充當熱熔性膠粘劑（hotmeltadhesive）。

6.感應焊接特點
由于感應加熱只發生在界面處，熱量不必從外源或經由母材傳至所需位置，所以焊接速度很快。焊接時間一般為1~30s，如聚乙烯接頭的感應焊可以只花短短的3s時間。自動焊接設備焊接速度可達每分鐘150個零件。因為熱量只在需要的地方產生，在零件主體中不產生熱應力。由于位于接頭界面處的電磁材料熔化時，在壓力下流入空隙和不平整表面，可形成廢品率接近于零的可靠焊縫。所以感應焊對零件尺寸和幾何形狀限制少，焊接表面可以相當不規則及形狀比較復雜（如復雜形狀的三維接頭）,能夠適應不平整調節安裝。感應焊適宜于長焊縫，能焊接大型零件（可一次焊接長達6.1m的熔合線），還可同時焊接多個小型零件（商業應用的線圈已可同時焊接20條單獨的焊縫）。感應焊的另一優點是能夠沿接頭移動線圈以形成連續的焊縫。為了加工復雜的結構,可以用機器人控制線圈。如果需要，焊后零件可以用同樣的設備打開以修補缺陷焊縫或打開組件用于內部修理或者回收。感應焊能夠形成所有熱塑性塑料及某些熱固性塑料（如SMC）的結構密封或氣密焊縫，尤其適用于焊接高熔點塑料如現代工程塑料（典型的例子是許多汽車發動機罩零件）。某些不能用其他方法焊接的不相容材料（不論其熔化溫度如何）能夠用感應焊連接。同粘接和鉚接接頭相比感應焊獲得的接頭強度高出許多。感應焊其它優點包括：零件熱損傷、變形和過量軟化較少、熔化材料從結合線處擠出較少、可實現密封、容易通過調節電源功率進行控制、母材不需預處理、粘合劑保存期限不受限制等。
感應焊的主要缺點是感應焊設備昂貴、植入物的額外費用可能很高、工作線圈的優化配置成本以及將植入物置于接頭處的附加裝配作業。此外植入物保留在接頭區域之中，直接影響接頭強度。

7.感應焊接應用
感應焊用量的是無菌飲料盒的密封（盒壁中的鋁箔層通過感應加熱熔化和密封低密度聚乙烯外層）。包裝行業其它應用還有：化妝盒（聚乙烯與聚丙烯的焊接）、涂塑金屬蓋與塑料瓶的封接
汽車工業：由40%玻璃纖維氈增強聚丙烯復合材料組成的旅行車貨廂地板和座椅靠背、玻璃填充的PA6注塑進氣諧振器、30%~33%玻璃纖維增強的尼龍6散熱器溢流箱、動力轉向儲液罐、三都平（熱塑性橡膠）/聚丙烯材料連接的方向盤氣囊袋、汽車尾燈、PBT熱塑性聚酯兩部分保險杠、聚碳酸酯汽車保險杠、汽車儀表板、汽車防撞箱形零部件、片狀模塑料（SMC）的焊接。
醫療設備：聚碳酸酯血液氧合器、動脈濾器零件。
家用器具：蒸汽熨斗、洗碗機噴射水臂、聚丙烯水壺、30%玻纖增強聚丙烯反滲透水箱。
電子工業：聚碳酸酯結構泡沫計算機控制臺。
其它應用還有：玻璃纖維氈聚丙烯復合防風門、交聯聚乙烯管的連接、金屬格柵與揚聲器前部的焊接、高密度聚乙烯割草機護罩及燃料箱的焊接、高密度聚乙烯螺紋管件與吹塑圓筒的焊接等。

8.感應焊接進展
以前，非智能振蕩管高頻發生器反饋能力有限。現今美國Emabond公司開發出了帶易控制功率輸出裝置的新型固態高頻發生器，它能夠提供焊接過程控制和反饋并能精確控制作用于結合線處的能量。新型高頻發生器和功率輸出裝置采用復雜的高頻轉換技術提高客戶產品設計能力和過程控制能力。高頻發生器可編程，控制器提供自診斷和對焊接過程的多種控制能力。該新型高頻發生器已獲得FCC（美國聯邦通信委員會）和CE（歐盟）的批準。優點包括：精確控制結合線處的能量（包括功率級直線上升或功率脈沖調制）；對在焊接過程中靠近或留存在結合線內的非塑料零件如金屬和精密電子元件加熱量小或者不加熱；允許點焊和連續掃描結合線的移動電源程序包；更寬的總功率范圍；降低總成本。
以前的高頻電源輸出是一個靜態過程——在很多方面類似其它塑料焊接方法如超聲波焊和熱板焊等，在通過摩擦或外部熱源施加能量時工件通常在夾具中保持固定。易控制功率輸出裝置的出現允許工件在高頻能量均勻作用時在夾具中受壓下產生移動。電源可同焊件一起移動或者工件從固定高頻電源旁邊經過。感應焊變成了動態過程。新型固態高頻發生器完成了從靜態到動態焊接過程的提升。
感應焊進展集中于通過持續改進植入電磁材料的性能、焊接設備、統計過程控制、接頭優化設計等方面來化增強塑料復合材料接頭的機械性能。感應焊廣泛用于聚烯烴，近在承載或高強度應用的工程塑料如尼龍6中使用量日益增加。汽車工業廣泛采用了玻纖增強尼龍基塑料，安全、耐用要求是先考慮的問題。感應焊技術在重載、承載汽車塑料件的設計中向汽車工程界證明了其有效性、適用性和獨特的能力。

感應焊塑料零件的機械性能取決于很多因素，包括零件總體設計、適當接頭形狀的選擇、工作線圈的設計、電磁植入材料的成分和特性、焊接工藝規范的選擇等。
成功的感應焊接方案需要優化以下三個重要方面：
（1）零件應用設計、接頭設計及材料選擇。包括：內部金屬件的焊接、機械留存附加內部零件于結構接縫內、高溫熱塑性塑料的焊接、高玻璃含量增強塑料的焊接、不規則形狀的均勻焊接等。
（2）植入材料配方、外形和組件插入。包括：能配置成預制件的較廣范圍的熱塑性塑料，改善加熱效率、預制件形狀和熔化特性的高性能感受體顆粒。
（3）設備設計與集成。包括：具易控制較寬范圍功率輸出裝置的高頻發生器、具數據采集的動力過程控制、允許長的不規則結合線展開的軟高頻電纜、同時焊接多條焊縫等。
感應焊能焊接全系列工程塑料及難以用其它方法焊接的高填充復合物。隨著高強度和承載用途的工程塑料（增強塑料）使用量的顯著增長，感應焊接正成為基礎設計和制造方法至關重要的一環。