塑料超声波扫描焊接技术

张胜玉·塑料超声波扫描焊接技术
2020年 第46卷
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作者简介：张胜玉（1970-），男，高级工程师，工学学士，已发表论文10余篇，其中《塑料激光焊接》在第三届华中地区科学技术推广大会荣获二等奖，《搅动摩擦焊原理及应用》被中国高科技产业化研究会评为一等奖。

主要从事塑料及复合材料焊接，焊接新技术、新工艺。

收稿日期：2019-08-23
0　前言
超声波扫描焊接（ultrasonic scan welding ）也是一种通过超声波能量熔化塑料工件的装配方法。

超声波扫描焊接是连续、高速地超声波焊接在固定超声波焊头或旋转焊头与砧座下方传送的平直工件的方法。

无论是大型的还是小型的热塑性塑料工件都可以超声波扫描焊接。

1　超声波扫描焊接原理
超声波扫描焊接的基本原理是平直工件在焊头下传送并被超声波扫描，通过超声振动熔化塑料以固结工件。

就超声波径向扫描焊接来说，两筒体在弹簧加压旋转筒夹之间水平夹紧。

振动超声波焊头在高振幅下施加轻微压力于焊接接头上方的筒体侧。

在筒体缓慢旋转时轴向作用力（轻微压力）施加于筒体端部，在焊头径向相切触点下方产生焊缝（见图1）。

图1　超声波（径向）扫描焊接原理2　超声波扫描焊接分类
依据工件与焊头相对运动的不同，超声波扫描焊接分为线性扫描焊接（linear scan welding ）、旋转扫描焊接（rotary scan welding ）、径向扫描焊接（radial scan welding ）、横移扫描焊接（traverse scan welding ）四类。

（1）线性扫描焊接（见图2）：焊头不动，而工件
与支承夹具在其下方传送。

图2　线性扫描焊接
（2）旋转扫描焊接（见图3）：工件与支承夹具在焊头下方旋转。

它适用于大型圆工件。

（3）径向扫描焊接（见图4）：焊头作用方向垂直于环形接头。

塑料超声波扫描焊接技术
张胜玉
(上海市安装工程集团有限公司，上海 200080)
摘要：超声波扫描焊接是连续、高速地超声波焊接在固定超声波焊头或旋转焊头与砧座下方传送的平直工件的方法。

该方法适用于至少有一个平面便于焊头接触的硬质热塑性塑料工件。

某些织物或薄膜也适用于这种方法。

无论是大型的还是小型的热塑性塑料工件都可以超声波扫描焊接。

本文简述了超声波扫描焊接原理、分类、接头设计、特点及应用。

关键词：超声波扫描焊接；焊头；支承夹具；自定位设计；平直工件中图分类号：TQ320.674
文章编号：1009-797X(2020)02-0041-03
文献标识码：B DOI:10.13520/ki.rpte.2020.02.008
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第46卷 第2期
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CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)
橡塑技术与装备（塑料）
（4）横移扫描焊接（见图5）：工件与支承夹具不
动，而焊头沿着接头长度方向移动。

图5　横移扫描焊接
3　超声波扫描焊接接头设计
用于硬质热塑性塑料的超声波扫描焊接接头设计应是自定位设计如榫槽接头（tongue and groove joint ）
、阶梯接头（step joint ）及销和孔接头（pin and socket joint ）。

4　超声波扫描焊接特点
无论是大型的还是小型的热塑性塑料工件都可以
扫描焊接。

大型平直工件可以用普通的平均尺寸的焊头高速、连续地超声波扫描焊接。

除了在预定位置之外，这样一些大型工件以其他方式极难焊接。

小型零件也可以很方便地大批量地进行扫描焊接。

依零件外形、材料及厚度而定，扫描焊接速度可达到每分钟几米。

当限制因素如材料、零件形状或焊头接触使普通
的下落焊接（plunge welding ）行不通时，可采用径向扫描焊接这种近场焊接技术连接圆形工件。

5　超声波扫描焊接应用
具有平面的硬质热塑性塑料工件和一些薄膜或织物适合于扫描焊接。

典型例子有：家用器具门和面板、橱柜、家具配件等。

径向扫描焊接的典型应用包括但不限于：浮体壳、圆电池壳、联管节、装饰筒、花盆。

小型零件如投币箱、一次性吹管及四连闪光灯都可以很方便地大批量地进行扫描焊接。

超声波扫描焊接（径向扫描焊接）典型应用实
例：
产品：直径约38.1 mm 的医用浮筒装置材料：聚丙烯
要求：超声波焊接两个模制浮筒半壳体（见图6）以形成可重复的密封接头。

焊接浮筒外表面必须光滑
和均匀以便在管壳边缘内能自由移动。

图6　浮筒半体
设备：Branson 2000×20 kHz.
焊头：50. 8 mm×6. 35 mm 高增益棒状焊头参数：
焊接时间：1.2 s 焊头压力：34 473.8 Pa 变幅杆：
绿色
图3　旋转扫描焊接
图4　径向扫描焊接
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表面速度：9 144 mm/min 轴向压力：低
接头设计：改进的剪切接头（阶梯接头，见图7
）
图7　改进的剪切接头
6　结语
超声波扫描焊接是连续、高速地超声波焊接在固定超声波焊头或旋转焊头与砧座下方传送的平直工件的方法。

该方法适用于至少有一个平面便于焊头接触的硬质热塑性塑料工件。

某些织物或薄膜也适用于这种方法。

无论是大型的还是小型的热塑性塑料工件都可以超声波扫描焊接。

当限制因素如材料、零件形状或焊头接触使普通的下落焊接行不通时，可采用径向扫描焊接这种近场焊接技术连接圆形工件。

用于硬质热塑性塑料的超声波扫描焊接接头设计应是自定位设计如榫槽接头、阶梯接头及销和孔接头。

Ultrasonic scanning welding technology of plastics
Zhang Shengyu
(Shanghai Installation Engineering Group Co. LTD., Shanghai 20080, China)
Abstract: Ultrasonic scanning welding is a method of continuous and high-speed ultrasonic welding on the flat workpiece under the fixed ultrasonic welding head or rotating welding head and anvil. The method is suitable for hard thermoplastic workpieces with at least one plane convenient for welding head contact. Some fabrics or films are also suitable for this method. Both large and small thermoplastic parts can be welded by ultrasonic scanning. This paper introduces the principle, classification, joint design, characteristics and application of ultrasonic scanning welding.
Key words: ultrasonic scanning welding; welding head; supporting fixture; self-positioning design; flat workpiece
（R-03）
科学家研发可自我清洁塑料薄膜 或能对抗超级细菌
Scientists develop self-cleaning plastic films to resist super bacteria
据外媒报道，加拿大科学家团队宣布，他们已经开发出一种可自我清洁的塑料薄膜，这种薄膜可以驱除细菌，并防止耐药性超级细菌和其他形式细菌的转移。

据报道，加拿大麦克马斯特大学的科学家利用纳米级表面工程学和化学技术相结合，开发出了这种塑料材料。

它是透明的，经过特殊处理，可以阻挡各种细菌。

报道指出，该薄膜的灵感来源于耐水的荷叶，并具有微观的“皱纹”纹理，这些“皱纹”可阻挡水、血液或细菌。

这种薄膜可以涂在MRSA 等细菌大量繁殖的表面上，如门把手、栏杆等。

研究人员还表示，这种新材料可以用于包装食品，并可以阻止生肉和食品中细菌的传播，例如大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌。

研究人员说，这种材料非常耐用、柔软且制造成本低廉。

研究人员之一、工程物理学家莱拉·索莱曼尼说，“我们研发了这种材料，以应对由抗药性超级细菌带来的威胁。

”根据美国疾病控制与预防中心的数据，因抗药性超级细菌感染，美国每年有35 000余人丧命。

摘编自“浙江省塑料行业协会”
（
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