2025《超声波焊接原理概述》1500字.docxVIP

超声波焊接原理概述

1.1超声波的基本特性

声波的原理实际就是物体发生振动，然后振动通过介质进行传播的一种表现形式。声波在流体或固体介质中，质点在介质中发生偏离，会引起介质内的分子间力的吸引而引起的弹性恢复，弹性恢复力与系统惯性力平衡，使得质点振动不断传递，声波就这样形成了，所以声波属于纵波一类。人们可以接受的声波频率在16Hz和16000Hz之间。16Hz以下被称为次声波，超过16000Hz就叫超声波。

超声波有频率高、能量大、波长短、共振现象显著等特点。超声波有以下几个物理特性：

（1）波动性

超声波可以在不同的介质中传播，介质不同，其传播速度也会受到影响，主要和介质材料还有频率有关，介质材料上V气＞V液＞V气。

（2）束射特性

超声波具有射线性和方向性的特点，距离声源较近的波形几乎呈平行的状态，距离较远的波形向四面八方扩散。

（3）吸收特性

在声波传播过程中，随着距离的加长，能量强度会变弱，因为介质会吸收能量。因此，对于某个频率的声波，气体由于其密度小在气体传播中能量吸收最多，固体介质吸收最少。

（4）多普勒效应

超声波射出，如果有物体发生相对运动，超声波频率会改变，这叫频移，大小和速度呈正比。

（5）空化效应

声波穿过物体时，由于声波的传递过程中会释放能量的特性，在传播过程中物质分子会不断被压缩，物体会因为不断被压缩而受到压力产生变化，这种现象被人们称之为声压作用。根据声压作用的原理，如果超声波传递能量很大，声压效应产生的效果也会变得很突出。对于液体来说，在液体中拉力集中的地方，很容易造成液体断裂，断裂产生的巨大压力，会使液体中的固体损坏，这被称之为空化效应，超声波深层次清洗就是利用了空化效应。

（6）能量传递现象

超声波因为能进行能量传递，因此在工业生产中也应用很多，声波在传播过程中，会不断被传播介质吸收能量，所以可以这样理解，超声波传播过程中可以提供能量。

1.2超声波特性的相关使用

超声波的主要用途可以分两类：一是利用其能量传递来改变材料状态，这种应用需要相当大频率的超声波，像在超声波清洗中，清洗本来是一件很简单的工作，但是想洗干净，除菌彻底还是很难的，所以根据超声波的特性空化作用来研究的超声波清洗可以洗得更干净，除菌更彻底。第二种用途是利用超声波来采集传递信息，由于超声波在很多材料中都能传播的特点，对于某些其他能量不能穿过的材料，超声波就可能可以使用，再加上超声波对人体危害性不大的特点，再医学检查上有很多的使用[9]，像B超检查等。

超声波的大功率应用遍及工业、国防、电子、生物工程等领域。其在工业上有以下应用：

（1）超声清洗

超声清洗主要利用了超声功率的空化作用可以对物体进行对物体表面进行清洗，就算是深层次的污垢，超声波也请使气泡到达深处产生高频振动去除污渍。

（2）超声波处理

超声波处理就是利用超声波淬火来提高一些材质的硬度，这样材料的抗压极限和屈服极限也相对于一般淬火方式有提高。

（3）超声波焊接技术

随着工业不断发展，超声波塑料焊接技术近几年我们技术研究也发展迅速，现在技术已经研究到了研究微机控制的超声波塑料焊接机，这种焊接机的优点是许多参数都能自己设定，可以根据自己需要来设计焊接一些东西，现在5kw~10kw的大功率是超声波塑料焊接机也已经成功研制出来了[8]。

超声波焊接机的工作原理：超声振动传到物体的表面，会发生高频振动，如果振动幅度够大，高频振动作用于物体表面会因为摩擦生出大量的热，导致物体表面的温度会急剧升高。又因为塑料熔点低的特性，热量集中在焊接部位，高温会让塑料的焊接部分融化，其表面材料分子会因融化结合在一起。然后再控制超声波停止传递，继续施压几秒钟，其表面机会凝固成型。超声波焊接的品质和焊接头的振幅Um，与压力p，焊接时间t有关。焊接时间t和压力p可以手动变更，振幅Um是由换能器和变幅杆的振幅比决定的。