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新技术与新产品 张胜玉·塑料超声波螺柱焊技术

3.2 其他设计事项
为降低焊接和使用过程中的应力集中，螺柱底部
应包含大的圆角半径。表面下的圆角凹槽充当溢料槽，
工件可齐平接触。焊缝强度随螺柱直径和焊缝深度（即
总面积）而变化。焊缝深度等于螺柱半径时拉伸强度
最大。
在外观重要或需要不间断表面时可选择设计将螺
柱焊入凸台。凸台外径应不小于螺柱直径的 2 倍。安 图 5 带纵向导能筋的螺柱焊缝
装孔应离边缘足够远以防止断裂。推荐最小距离 3
mm。见图 3 所示。

图 3 凸台或盲孔中的螺柱
图 6 带锥形导能筋的螺柱焊缝
焊入盲孔中时由于可能出现压力升高，有必要提
薄壁（1.5 mm）零件的螺柱焊或者焊接过程中两
供出气孔。可选择两种方法 ：穿透螺柱或壁段的中心
工件之间相对尺寸变化量有限的情况下（如固定齿轮
孔，或者凸台中开小而窄的键槽。
或其他内件），应考虑双阶螺柱（见图 7）。这样在焊
3.3 设计变体
缝面积和强度保持不变的情况下会减少 50% 的移动
如图 4 所示，螺柱焊技术可以采用其他方式。可
量。就普通的螺柱接头来说，必需的导入部分降低了
固定异种材质的第三物件。图 4(b) 显示单独的模制铆
有效面积和强度。
钉替代金属自攻螺钉或其他紧固件，与金属紧固件不
同，产生相对无应力的组件。

图 7 双阶螺柱焊缝
螺柱技术的一个变体就是使用单独的销钉见图
8(a)。螺柱焊入薄壁（1.5 mm）时，可用双阶销钉见
图 8(b)。

4 超声波螺柱焊设定参数
超声波螺柱焊应遵循下列基本准则 ：
推荐较高的振幅。依待焊材料而定，换能器、变
图 4 基本接头变体
幅杆、焊头组合体的总振幅应在 50~75 μm 之间。
在零件尺寸或者循环时间需要减少待焊总面积以 低压力（35~207 kPa）。对于大面积工件压力相
最小化能量输入的情况下，可采用带纵向导能筋的设 应增加。
计（见图 5）。另一种方式是利用螺柱端头的圆锥形导 框架组件慢行程或慢下降速度使可能产生熔化和
能筋（见图 6）。 防止出现工件耦合。

年
2019 第 45 卷 ·39·