超聲波頻率高低對(duì)超聲波焊接的影響

超聲波頻率高低對(duì)超聲波塑料焊接工藝中的重要性

超聲波塑料焊接機(jī)使用高頻聲能來軟化或熔化接頭處的熱塑性塑料。需要要連接的部件在壓力下保持在一起，然后通常以 20、30 或 40 kHz 的頻率進(jìn)行超聲波振動(dòng)。成功焊接部件的能力取決于超聲波設(shè)備的設(shè)計(jì)、待焊接材料的性能和部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于超聲波焊接速度非?？欤ê附訒r(shí)間通常小于 1 秒）且易于自動(dòng)化，因此它是一種廣泛使用的技術(shù)。為了確保成功焊接任何零件，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)組件和固定裝置，因此，該技術(shù)最適合批量生產(chǎn)。

                                                                    不同頻率的超聲波焊頭

超聲波焊接機(jī)包括四個(gè)主要部件：超聲波電源、超聲波能量轉(zhuǎn)換器、振幅放大器（俗稱調(diào)幅器）和超聲波焊頭（或稱超聲波模具）。電源將頻率為 50-60 Hz 的市電轉(zhuǎn)換為頻率為 20、30 或 40 kHz 的高頻電源。該電能被提供給能量轉(zhuǎn)換器。在轉(zhuǎn)換器內(nèi)，壓電材料盤夾在兩個(gè)金屬部分之間。轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波頻率的機(jī)械振動(dòng)能。然后振動(dòng)能量通過助推器傳輸，從而增加聲波的幅度。然后將聲波傳輸?shù)匠暡ê割^。超聲波焊頭是一種聲學(xué)工具，可將振動(dòng)能量直接傳遞到正在組裝的零件上，它還施加焊接壓力。振動(dòng)通過工件傳遞到接頭區(qū)域。在這里，振動(dòng)能量通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱量 - 然后軟化或熔化熱塑性塑料，并將部件連接在一起。

超聲波焊接中的加熱速率是頻率、振幅和壓緊力共同作用的結(jié)果。在加熱速率方程中，壓緊力和頻率顯示為乘數(shù)。對(duì)于給定的機(jī)器，頻率通常是固定的。塑料的加熱速率直接變化，并與施加的鎖模力成正比。當(dāng)施加更大的鎖模力時(shí)，加熱速率與變化成正比增加。然而，加熱速率隨振幅的平方而變化——如果振幅增加，加熱速率會(huì)急劇增加。因此，超聲波焊接機(jī)的頻率與其輸出幅度之間存在反比關(guān)系。如果使用最高的可用振幅產(chǎn)生一致可接受的結(jié)果，則通常需要最小的部件損壞和較長的超聲波工具頭壽命。

超聲波焊接過程中的一個(gè)重要考慮因素是材料。較軟的材料不會(huì)像較硬的材料一樣攜帶聲音，并且需要來自工具的更大振幅才能為關(guān)節(jié)提供可用的振幅量。熔體溫度較高的材料需要更大的振幅才能在接頭細(xì)節(jié)消失之前達(dá)到焊接溫度。對(duì)于柔軟或高溫材料，通常建議選擇頻率較低并因此振幅較高的機(jī)器。較硬的材料可能會(huì)被高振幅損壞，并且可能會(huì)加熱得太快，以至于過程變得無法控制。焊接速度過快也會(huì)導(dǎo)致焊接強(qiáng)度下降。

支配超聲波焊頭設(shè)計(jì)的物理定律與波長有關(guān)。大多數(shù)降低聲學(xué)性能的因素都與橫向尺寸有關(guān) - 與振幅方向垂直的尺寸。如果工具具有更長的波長（更低的頻率），則它可以具有更大的橫向尺寸。與執(zhí)行相同應(yīng)用的高頻工具相比，低頻工具將更簡單且可能更耐用。

用通俗的語言講：   

超聲波振幅就相當(dāng)于汽車的扭矩，焊接是需要足夠的振幅；

超聲波頻率就是超聲波振動(dòng)次數(shù)；20khz就是1秒鐘振動(dòng)2萬次；

頻率低的超聲波機(jī)器更容易功率做大，例如15khz，因?yàn)槠湔駝?dòng)次數(shù)少，更容易獲得較大的振幅；適合焊接大型，或者體積相對(duì)較大的產(chǎn)品；常用的功率有2600-3500w-4200W-5000W；

頻率高的超聲波機(jī)器功率更小，因?yàn)槠湔駝?dòng)次數(shù)多，適合焊接精密、較脆、比較薄的塑膠產(chǎn)品，不容易破壞產(chǎn)品及內(nèi)部零件；高頻超聲波焊接機(jī)一般只有幾百瓦功率；

所以說，15khz適合焊接難以焊接的材料和體積較大的產(chǎn)品，28KHZ以上就屬于高頻焊接了，適合焊接小型精密零件；20khz超聲波頻率是世界上使用最廣泛的一種頻率機(jī)型。

因此，究竟需要選擇何種頻率功率的超聲波焊接機(jī)器，需要更具產(chǎn)品的材料，體積，以及焊接要求來判斷，不當(dāng)?shù)倪x擇，將造成開始就是錯(cuò)誤的選擇。