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橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)

塑料超声波螺柱焊技术

张胜玉
( 上海市安装工程集团有限公司，上海 200080)

摘要 ： 超声波螺柱焊是通过超声波将模制螺柱打入过盈配合孔中，在单个或多个局部位置连接同类热塑性塑料工件的方法。
在树脂选择、尺寸或零件复杂性限制其他方法的使用时，螺柱焊可提供良好的解决方案。本文对超声波螺柱焊原理、运行机制、
设计要求、设定参数、焊头要求、特点、应用进行了论述。
关键词 ： 超声波螺柱焊 ；焊头 ；承窝 ；径向过盈 ；重触发 ；导能筋
中图分类号 ： TQ330.674 文章编号 ： 1009-797X(2019)22-0038-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.22.006

0 前言 3 超声波螺柱焊设计要求
在需要固定装配的许多应用中并不要求连续焊 3.1 螺柱焊接头设计准则
缝。工件的尺寸和复杂性常常限制了固定点或焊接位 与所有良好的超声波焊接接头一样，为螺柱焊设
置，制约了可用接头设计的类型。就异种材料而言， 计的工件必须满足三个基本要求 ：小的初始接触面积，
经常是通过超声波铆接或者使用普通螺钉或铆钉来实 均匀接触，具有对齐方式。
现这种装配。就同类或相容塑料来说，固定装配可以 图 2 显示焊前、焊中、焊后的螺柱焊基本接头。
通过超声波螺柱焊更容易、更有效和更经济地实现。 由于过盈配合，沿着螺柱和承窝周围产生焊接。径向
过盈量必须均匀，对于直径小于等于 13 mm 的螺柱通
1 超声波螺柱焊原理 常为 0.25~0.4 mm。这也提供了所需的小初始接触面
如图 1 所示，超声波螺柱焊的基本原理是通过超 积，通过将振动能量集中在局部区域有助于减少循环
声波将偏大的模制螺柱打入过盈配合安装孔中，在单 时间。试验证实，较大的过盈量并不能提高接头强度
个或多个局部位置造成摩擦生热，然后熔化和固结热 但会增加焊接时间。例如为达到相同深度，对直径 5
塑性塑料，沿着螺柱周围产生焊缝。 mm 的螺柱而言，0.4 mm 的过盈量所需的螺柱焊接循
环时间为 0.25 mm 过盈量的 4 倍。

A ：对于 D 小于等于 13 mm 时通常为 0.25~0.4 mm ；
B ：焊缝深度。最大强度（接头断裂前螺柱断裂）时 B=0.5D ；
图 1 超声波螺柱焊原理简图 C ：最少 0.508 mm 的导入部分。台阶位于销钉端部或孔的顶部 ；
D ：螺柱直径。
图 2 超声波螺柱焊接接头
2 超声波螺柱焊运行机制
超声波螺柱焊过程中，超声波振动焊头接触位于 通过位于螺柱端头或安装孔顶部的导入部分提供
焊接区域（螺柱区域）上方工件的外表面，引起螺柱 对齐方式。就安装孔来说，可采用小倒角便于快速对齐。
和承窝界面出现摩擦生热，熔化热塑性材料，使部件
作者简介 ：张胜玉（1970-）男，高级工程师，工学学士。
叠缩在一起。在焊接循环结束时，振动停止，工件在
已发表论文 10 余篇，主要从事塑料及复合材料焊接，焊接新技
压力下结合在一起，熔融材料重新凝固。 术、新工艺方面的工作。
收稿日期 ：2019-05-16

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