超声波焊接机是如何产生热量的？

超声波焊接技术因为其经济性、可靠性、易于自动化集成的优点，是塑料焊接领域一种常用技术。与传统热源直接接触塑料产生热量的方式不同，超声波焊接是通过摩擦产生热量。

1、振幅、频率和波长

在超声波焊接中，纵波以高频形式传递，产生低振幅的机械振动。焊接机的电能转化为往复运动的机械能。为了理解振幅、频率和波长之间的关系，以及它们与热量产生的关系，我们需要认识一下超声波焊接机的主要部件。

如上图所示，超声波焊接机的主要部件有电源发生器、换能器、调幅器（有时也叫做变幅杆）和焊头。电源发生器将50-60Hz，电压为120V/240V的电源转换为运行在20-40Khz，电压为1300V的电源。这些能量提供给换能器，换能器利用圆盘形的压电陶瓷将电能转化为机械振动，即当高频电流通过压电陶瓷，压电陶瓷会产生应变位移。

转换器将振动传递给调幅器。调幅器将超声波的振幅放大，继续传递给焊头。焊头继续放大超声波的振幅，并与零件接触。

最终，能量传递到装配的两个零件的焊接筋位置。因为焊接筋是尖点设计，所以能量集中在尖点位置，同时在压力作用下摩擦生热。该热量是由两种摩擦产生的，一种是上下零件材料之间的表面摩擦，另一种是材料内部分子间摩擦。正是由于摩擦产生的热量，使得上下零件在焊接位置熔化并连接在一起。

2、理解加热速率

对于同一种材料来说，决定加热速率的三个因素：频率，振幅和焊接压力。对于已有设备，如15Khz，20Khz，30Khz或者40Khz的机台来说，频率是固定的。所以加热速度通常可以用焊接压力来改变。通常，压力越大，加热速率越快。另外，你也可以改变振幅，同压力一样，振幅越大，加热速率越快。

当然，过大的压力和振幅也会对焊接质量产生不利影响，例如导致材料降解、泄露、裂纹和溢料等。因此，超声波焊接需要有一个工艺参数优化的过程。参数确定后，焊接过程可以达到一个稳定的产出，且速度快，焊接强度大。这也是为什么超声波焊接广泛应用在大批量生产中的原因。

3、时间，距离，功率和能量

焊接所需的热量取决于材料类型、焊缝设计和设备规格。控制热量的传统方法是通过时间模式来焊接，即焊接一定时间，例如0.2-1s（一般小于1s）。然而，如今的超声波焊接设备，往往还可以设置并监控焊接距离、功率和能量。在经过适当培训的操作员，也可以根据实际情况和不同材料进行参数调整，从而得到一致的焊接结果。这也大大提高了焊接的灵活性和可靠性。