超聲波模具熔焊應用方法

超聲波模具的設(shè)計和生產(chǎn)一定是非常的簡單。千萬不要被誤導，當使用一個加工不當或是未經(jīng)過調(diào)諧的焊頭，將給你的生產(chǎn)帶來昂貴的損失——它會破壞焊接效果，甚至更嚴重的會直接導致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。

因此超聲波模具的設(shè)計絕不像它的外形那樣簡單，相反需要很多的專業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟的工作？如何保證焊頭能夠?qū)Q能器轉(zhuǎn)換的機械振動能有效地傳遞到工件上，我們的工程師將每一個環(huán)節(jié)都考慮得非常充分。

超聲波模具是超聲波技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗，我們還是堅信只有通過嚴格的測試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學特性和機械特性完美的結(jié)合起來，設(shè)計出最符合客戶需要的產(chǎn)品。

我們生產(chǎn)的每一套焊頭和模具，不管是標準產(chǎn)品還是根據(jù)客戶要求定制的，都是用最好的材料制成的同時經(jīng)過反復的測試。焊頭的外形、強度以及音頻等各種參數(shù)經(jīng)過多次試驗，能符合最為嚴格的標準，焊頭和模具達到最完美的匹配。

模具的振幅參數(shù)

振幅對于需要焊接的材料來說是一個關(guān)鍵參數(shù)，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強度變差。因為每一間公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，最簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定

模具頻率參數(shù)

超聲波焊接機都有一個中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據(jù)機械共振頻率調(diào)整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個部份都設(shè)計成一個半波長的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5 KHz，在此范圍內(nèi)焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰

振動節(jié)點

焊頭、變幅桿均被設(shè)計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節(jié)點振幅為零，應力最大。節(jié)點位置一般設(shè)計為固定位，但通常的固定位設(shè)計時厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設(shè)計振幅參數(shù)時予以考慮

加工精度

超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡量保持一個對稱設(shè)計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要求。

模具使用壽命

一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個方面：一、材料，二、工藝

材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過程中機械損耗?。┖玫奶攸c，所以最常用的材料為鋁合金及鈦合金材料是保證超聲波模具壽命于熔接產(chǎn)品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設(shè)計務必慎重選擇材質(zhì)，亦需了解本身產(chǎn)品要求該使用何種材質(zhì)，避免因疏忽而影響其時效與品質(zhì)。該公司的7075-T651鋁材達到美國鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會AAA標準）

一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)

1、7075T651：使用于振動系統(tǒng)及Horn制造，該材料具有極高的機械屈服強度，硬度高，

熱傳導性強，是理想的超聲波模具制造材料；

2、2024T651：一般使用與HORN制造，軔性佳，熱傳導性強，硬度適中，用于一般塑膠制品。

3、6061T651：使用于較低出力之HORN制造，軔性佳，質(zhì)較軟。

二、鈦合金： 用于連續(xù)發(fā)振的機種，軔性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。

三、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金：國產(chǎn)料，用于普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本 低。

生產(chǎn)一付超聲波模具，要考慮以下各項因素：

1、　產(chǎn)品的要求： 決定模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。

2、　產(chǎn)品的形狀： 采用何種熔接工藝，設(shè)定模具的大小，壓力傳達區(qū)，產(chǎn)品在熔合時可能產(chǎn)生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接 完成工作。

3、 產(chǎn)品的塑料性質(zhì)：決定模具的工作震幅，那一件工作應接受超聲能量，導能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應怎樣設(shè)計接觸位？

4、　優(yōu)質(zhì)的售后服務

一、國際方面：

自19世紀末到20世紀初，在物理學上發(fā)現(xiàn)了壓電效應與反壓電效應之后，人們解決了利用電子學技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。

1922年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。

1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。

40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學超聲波學術(shù)會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學學術(shù)會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。

二、國內(nèi)方面：

國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于20世紀50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開的文獻報道始見于1957年。到了70年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。

40多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當數(shù)量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗。特別是20世紀80年代初出現(xiàn)的超聲體外機械波碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內(nèi)推廣應用。高強度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在21世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是21世紀治療腫瘤的最新技術(shù)。

超聲波治病機理:

1．機械效應：超聲在介質(zhì)中前進時所產(chǎn)生的效應。（超聲在介質(zhì)中傳播是由反射而產(chǎn)生的機械效應）它可引起機體若干反應。超聲振動可引起組織細胞內(nèi)物質(zhì)運動，由于超聲的細微按摩，使細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉(zhuǎn)、摩擦、從而產(chǎn)生細胞按摩的作用，也稱為“內(nèi)按摩”這是超聲波治療所獨有的特性，可以改變細胞膜的通透性，刺激細胞半透膜的彌散過程，促進新陳代謝、加速血液和淋巴循環(huán)、改善細胞缺血缺氧狀態(tài)，改善組織營養(yǎng)、改變蛋白合成率、提高再生機能等。使細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導致細胞的功能變化，使堅硬的結(jié)締組織延伸，松軟。

超聲波的機械作用可軟化組織，增強滲透，提高代謝，促進血液循環(huán)，刺激神經(jīng)系統(tǒng)和細胞功能，因此具有超聲波獨特的治療意義。

2．溫熱效應：人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領(lǐng)，因此當超聲波在人體組織中傳播過程中，其能量不斷地被組織吸收而變成熱量，其結(jié)果是組織的自身溫度升高。

產(chǎn)熱過程既是機械能在介質(zhì)中轉(zhuǎn)變成熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。即內(nèi)生熱。超聲溫熱效應可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營養(yǎng)，增強酶活力。一般情況下，超聲波的熱作用以骨和結(jié)締組織為顯著，脂肪與血液為最少。

3．理化效應：超聲的機械效應和溫熱效應均可促發(fā)若干物理化學變化。實踐證明一些理化效應往往是上述效應的繼發(fā)效應。TS-C型治療機通過理化效應繼發(fā)出下列五大作用：

A.彌散作用：超聲波可以提高生物膜的通透性，超聲波作用后，細胞膜對鉀，鈣離子的通透性發(fā)生較強的改變。從而增強生物膜彌散過程，促進物質(zhì)交換，加速代謝，改善組織營養(yǎng)。

B.觸變作用：超聲作用下，可使凝膠轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)。對肌肉，肌腱的軟化作用，以及對一些與組織缺水有關(guān)的病理改變。如類風濕性關(guān)節(jié)炎病變和關(guān)節(jié)、肌腱、韌帶的退行性病變的治療。

C.空化作用：空化形成，或保持穩(wěn)定的單向振動，或繼發(fā)膨脹以致崩潰，細胞功能改變，細胞內(nèi)鈣水平增高。成纖維細胞受激活，蛋白合成增加，血管通透性增加，血管形成加速，膠原張力增加。

D.聚合作用與解聚作用：水分子聚合是將多個相同或相似的分子合成一個較大的分子過程。大分子解聚，是將大分子的化學物變成小分子的過程?？墒龟P(guān)節(jié)內(nèi)增加水解酶和原酶活性增加。

E.消炎，修復細胞和分子：超聲作用下，可使組織PH值向堿性方面發(fā)展。緩解炎癥所伴有的局部酸中毒。超聲可影響血流量，產(chǎn)生致炎癥作用，抑制并起到抗炎作用。使白細胞移動，促進血管生成。膠原合成及成熟。促進或抑制損傷的修復和愈合過程。從而達到對受損細胞組織進行清理、激活、修復的過程。

量子聲學。

超聲波還可以進行雷達探測.清洗較為精細的物品,如鐘表,可以利用超聲波來擊碎病人體內(nèi)膽結(jié)石,還可以利用超聲波測距.

超聲波檢測還用于電阻焊的焊點強度的檢測。

人耳可以聽見的波動,其頻率約在16Hz到20KHz之間,如果”波動〃的頻率高於此范圍,則人類則無法聽見,特稱之為超音波.所謂”波動〃即為物質(zhì)中的粒子受外力作用時所產(chǎn)生的機械性振湯.例如將懸掛於彈簧下方的物體向下拉使彈簧伸長,然后將物體放開,則該物體受彈簧力的作用,產(chǎn)生一上下往復性的振動,其偏離靜止位置的移動與時間的關(guān)系,即為正弦波.

超聲波依其波傳送方向的波動方式可分為縱波,橫波,表面波,藍姆波四種.其在料件中之傳送,根據(jù)能量不滅定律,音波在一種物質(zhì)中傳送,或由一種物質(zhì)傳入另一種物質(zhì)時,由于受到衰減,反射及折射的作用,其能量必然愈來愈弱;但是在材料密度較大的部分,音壓卻會增大〈但因音阻抗亦變大,能量仍是減少〉,反之在疏松的部分,其音量變大.

超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，2013年腹部超聲成象所用的頻率范圍在 2∽5MHz之間，常用為3∽3.5MHz（每秒振動1次為1Hz，1MHz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ 之間）。

超聲波的兩個主要參數(shù)

超聲波的兩個主要參數(shù)： 頻率：F≥20KHz； 功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2);通常p≥0.3w/cm2; 在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗，其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋：超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達到一個大氣壓時，其功率密度為0.35w/cm2，這時超聲波的音波壓強峰值就可達到真空或負壓，但實際上無負壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強反向達到最大時破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強烈沖擊將物體表面的污物撞擊下來。這種由無數(shù)細小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。

超聲波的作用

玻璃零件.玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事,如果把這些物品放入清洗液中,再通入超聲波,清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢,能夠很快清洗干凈.

雖然說人類聽不出超聲波，但不少動物卻有此本領(lǐng)。它們可以利用超聲波“導航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊]有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出2～10萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的“雷達站”。蝙蝠正是利用這種“雷達”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。而雷達的質(zhì)量有幾十,幾百,幾千千克,,而在一些重要性能上的精確度.抗干擾能力等,蝙蝠遠優(yōu)與現(xiàn)代無線電定位器.深入研究動物身上各種器官的功能和構(gòu)造,將獲得的知識用來改進現(xiàn)有的設(shè)備,這是近幾十年來發(fā)展起來的一門新學科,叫做仿生學.

我們?nèi)祟愔钡降谝淮问澜绱髴?zhàn)才學會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形態(tài)及其動態(tài)改變。醫(yī)學上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應用于腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學診斷不可缺少的工具。

醫(yī)學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結(jié)合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

醫(yī)生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。

A型：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。

B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。

M型：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。

D型：是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法?？纱_定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來科學家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速。并且還可以與其他檢查儀器結(jié)合使用，使疾病的診斷準確率大大提高。超聲波技術(shù)正在醫(yī)學界發(fā)揮著巨大的作用，隨著科學的進步，它將更加完善，將更好地造福于人類。

研究超聲波的產(chǎn)生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產(chǎn)生超聲波的裝置有機械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動超聲發(fā)生器、

以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。

超聲效應 當超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學的變化，從而產(chǎn)生

一系列力學的、熱的、電磁的和化學的超聲效應，包括以下4種效應：

①機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時 ,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見電介質(zhì)物理學和磁致伸縮）。

②空化作用。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡 。一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。

③熱效應。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應。

④化學效應。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫；溶有氮氣的水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變 。

超聲應用 超聲效應已廣泛用于實際，主要有如下幾方面：

①超聲檢驗。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術(shù)。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù) 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術(shù)）。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產(chǎn)生的衍射效應而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機和電視機作實時觀察。

②超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用。

③基礎(chǔ)研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收（見聲波）。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續(xù)介質(zhì) 。但對頻率在1012赫以上的 特超聲波 ，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時必須把固體當作是具有空間周期性的點陣結(jié)構(gòu)。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子（見固體物理學）。特超聲對固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準粒子的相互作用。對固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構(gòu)成了近代聲學的新領(lǐng)域——

聲波是屬于聲音的類別之一，屬于機械波，聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當聲波的頻率低于16Hz時就叫做次聲波，高于20KHz則稱為超聲波聲波。

超聲波具有如下特性：

1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。

2） 超聲波可傳遞很強的能量。

3） 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。

4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

超聲波是聲波大家族中的一員。

聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。

超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無法聽到和感受到的聲波。

超聲波治療的概念：

超聲治療學是超聲醫(yī)學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復的目的。

在全球，超聲波廣泛運用于診斷學、治療學、工程學、生物學等領(lǐng)域。賽福瑞家用超聲治療機屬于超聲波治療學的運用范疇。

（一）工程學方面的應用：水下定位與通訊、地下資源勘查等

（二）生物學方面的應用：剪切大分子、生物工程及處理種子等

（三）診斷學方面的應用：A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等

（四）治療學方面的應用：理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等

超聲波的特點

1、超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。

2、超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離。

3、超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應。（治療）

超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介（如B超等用作診斷）；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)（用作治療）。

接機的幾十瓦到大型機的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內(nèi)。

我們知道，當物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20～20，000赫茲。當聲波的振動頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點?？捎糜跍y距，測速，清洗，焊接，碎石等。在醫(yī)學,軍事,工業(yè),農(nóng)業(yè)上有明顯的作用.

理論研究表明,在振幅相同的條件下,一個物體振動的能量與振動頻率成正比,超聲波在介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高,因而能量很大.在我國北方干燥的冬季,如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴,再用小風扇把霧滴吹入室內(nèi),就可以增加室內(nèi)空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理.對于咽喉炎.氣管炎等疾病,藥品很難血流到打患病的部位.利用加濕器的原理,把藥液霧化,讓病人吸入,能夠療效.利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結(jié)石做劇烈的受迫振動而破碎。

對不同的焊接對象需要有不同工具頭，不管是近場焊接還是傳輸焊接，只有半波長的工具頭才能使焊接端面達到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機用聲學系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。

超聲波模具的設(shè)計和生產(chǎn)一定是非常的簡單。千萬不要被誤導，當使用一個加工不當或是未經(jīng)過調(diào)諧的焊頭，將給你的生產(chǎn)帶來昂貴的損失——它會破壞焊接效果，甚至更嚴重的會直接導致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。

因此超聲波模具的設(shè)計絕不像它的外形那樣簡單，相反需要很多的專業(yè)知識和技能——如何保證焊頭能夠最經(jīng)濟的工作？如何保證焊頭能夠?qū)Q能器轉(zhuǎn)換的機械振動能有效地傳遞到工件上，形成持續(xù)穩(wěn)定的焊接——在恒波超聲，我們的工程師將每一個環(huán)節(jié)都考慮得非常充分。

超聲波模具是超聲波技術(shù)中最具有技術(shù)深度的一個方面。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗，我們還是堅信只有通過嚴格的測試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出最好的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學特性和機械特性完美的結(jié)合起來，設(shè)計出最符合客戶需要的產(chǎn)品。

我們生產(chǎn)的每一套焊頭和模具，不管是標準產(chǎn)品還是根據(jù)客戶要求定制的，都是用最好的材料制成的同時經(jīng)過反復的測試。焊頭的外形、強度以及音頻等各種參數(shù)經(jīng)過多次試驗，能符合最為嚴格的標準，焊頭和模具達到最完美的匹配

欣宇公司設(shè)計的超聲波焊接機都有一個中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機的工作頻率主要由

鋁合金超聲波模具

換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據(jù)機械共振頻率調(diào)整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個部份都設(shè)計成一個半波長的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5KHz，在此范圍內(nèi)焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計頻率誤差小于0.1KHZ，如20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10KHz，誤差為5‰

振動節(jié)點

焊頭、變幅桿均被設(shè)計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節(jié)點振幅為零，應力最大。節(jié)點位置一般設(shè)計為固定位，但通常的固定位設(shè)計時厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設(shè)計振幅參數(shù)時予以考慮

加工精度

超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡量保持一個對稱設(shè)計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要求。

模具使用壽命

一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個方面：一、材料，二、工藝

材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過程中機械損耗?。┖玫奶攸c，所以最常用的材料為鋁合金及鈦合金材料是保證超聲波模具壽命于熔接產(chǎn)品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設(shè)計務必慎重選擇材質(zhì)，亦需了解本身產(chǎn)品要求該使用何種材質(zhì)，避免因疏忽而影響其時效與品質(zhì)?，F(xiàn)將目前各種材料的特性略述如下：（欣宇超聲波公司均采用世界名牌美國BNS公司產(chǎn)品，該公司的7075-T651鋁材達到美國鋁業(yè)行業(yè)協(xié)會AAA標準）

一、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)

1、7075T651：使用于振動系統(tǒng)及Horn制造，該材料具有極高的機械屈服強度，硬度高，

熱傳導性強，是理想的超聲波模具制造材料；

2、2024T651：一般使用與HORN制造，軔性佳，熱傳導性強，硬度適中，用于一般塑膠制品。

3、6061T651：使用于較低出力之HORN制造，軔性佳，質(zhì)較軟。

二、鈦合金：用于連續(xù)發(fā)振的機種，軔性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。

三、國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金：國產(chǎn)料，用于普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本低。

生產(chǎn)一付超聲波模具，要考慮以下各項因素：

1、產(chǎn)品的要求：決定模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。

2、產(chǎn)品的形狀：采用何種熔接工藝，設(shè)定模具的大小，壓力傳達區(qū)，產(chǎn)品在熔合時可能產(chǎn)生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接完成工作。

3、產(chǎn)品的塑料性質(zhì)：決定模具的工作震幅，那一件工作應接受超聲能量，導能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應怎樣設(shè)計接觸位？

4、優(yōu)質(zhì)的售后服務

振幅對于需要焊接的材料來說是一個關(guān)鍵參數(shù)，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強度變差。因為每一間公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，最簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定