超聲波焊接機是如何產生熱量的?

超聲波焊接技術因為其經濟性、可靠性、易於自動化集成的優點，是塑料焊接領域一種常用技術。與傳統熱源直接接觸塑料產生熱量的方式不同，超聲波焊接是通過摩擦產生熱量。

振幅、頻率和波長

在超聲波焊接中，縱波以高頻形式傳遞，產生低振幅的機械振動。焊接機的電能轉化為往復運動的機械能。為了理解振幅、頻率和波長之間的關係，以及它們與熱量產生的關係，我們需要認識一下超聲波焊接機的主要部件。

如上圖所示，超聲波焊接機的主要部件有電源發生器、換能器、調幅器（有時也叫做變幅杆）和焊頭。電源發生器將50-60Hz，電壓為120V/240V的電源轉換為運行在20-40Khz，電壓為1300V的電源。這些能量提供給換能器，換能器利用圓盤形的壓電陶瓷將電能轉化為機械振動，即當高頻電流通過壓電陶瓷，壓電陶瓷會產生應變位移。

轉換器將振動傳遞給調幅器。調幅器將超聲波的振幅放大，繼續傳遞給焊頭。焊頭繼續放大超聲波的振幅，並與零件接觸。

最終，能量傳遞到裝配的兩個零件的焊接筋位置。因為焊接筋是尖點設計，所以能量集中在尖點位置，同時在壓力作用下摩擦生熱。該熱量是由兩種摩擦產生的，一種是上下零件材料之間的表面摩擦，另一種是材料內部分子間摩擦。正是由於摩擦產生的熱量，使得上下零件在焊接位置熔化並連接在一起。

理解加熱速率

對於同一種材料來說，決定加熱速率的三個因素：頻率，振幅和焊接壓力。對於已有設備，如15Khz，20Khz，30Khz或者40Khz的機臺來說，頻率是固定的。所以加熱速度通常可以用焊接壓力來改變。通常，壓力越大，加熱速率越快。另外，你也可以改變振幅，同壓力一樣，振幅越大，加熱速率越快。

當然，過大的壓力和振幅也會對焊接質量產生不利影響，例如導致材料降解、洩露、裂紋和溢料等。因此，超聲波焊接需要有一個工藝參數優化的過程。參數確定後，焊接過程可以達到一個穩定的產出，且速度快，焊接強度大。這也是為什麼超聲波焊接廣泛應用在大批量生產中的原因。

時間，距離，功率和能量

焊接所需的熱量取決於材料類型、焊縫設計和設備規格。控制熱量的傳統方法是通過時間模式來焊接，即焊接一定時間，例如0.2-1s（一般小於1s）。然而，如今的超聲波焊接設備，往往還可以設置並監控焊接距離、功率和能量。在經過適當培訓的操作員，也可以根據實際情況和不同材料進行參數調整，從而得到一致的焊接結果。這也大大提高了焊接的靈活性和可靠性。

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