聲波的概念和分類
波是由某一點開始的擾動所引起的，並按預定的方式傳播或傳輸到其他點上。聲波是彈性介質中振動能量的傳播，一種彈性機械波。在流體或固體介質中，質點偏離其平衡位置時，就引起介質內部的彈性恢複力，該彈性恢複力與係統的慣性相耦合， 使得介質質點的振動不斷的傳到相鄰質點，從而產生和發射聲波。聲波是一種彈性機械波。人耳所能聽到的聲波的頻率範圍通常在20Hz 至 20KHz之間，叫做可聽聲，頻率位於 2×104Hz— 2×109Hz 的聲波叫超聲波（supersonic wave），頻率低於20Hz 的聲波叫次聲波（infrasonic wave）。這些人耳聽不見的聲音對人類的生活有重大的影響， 同時也有著廣泛的應用和開發前景。
表1 聲波的分類與特點
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聲波的分類 |
頻率/ Hz |
特點 |
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次聲波 |
〈20 |
人耳聽不到，傳播衰減很少，傳播距離很遠。 |
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可聽聲 |
20-2×104Hz |
人耳可聽到。 |
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超聲波 |
2×104Hz-2×109Hz |
傳播頻率較高，傳播方向性較強，介質振動強度大， 在流體中傳播可產生空化現象。 |
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特超聲 |
2×109Hz-2×1012Hz |
傳播衰減很大，波長短，頻段大致與微波相對應。 |
超聲波區別於普通聲波的特點是：頻率高、波長短、能量大，傳播過程中反射、折射、 共振、損耗能現象顯著。
超聲波塑料焊接原理及過程
超聲波塑料焊接（ ultrasonic welding ）是一種非接觸性焊接方式，超聲波焊接的原理是是通過超聲波發生器將 50/60 赫茲電流轉換成 15、20、30 或 40 KHz高頻電能，轉化之後的電能在經由換能設備轉化為同頻率的縱向機械振動 ，之後將這一變化通過振幅調整裝置傳遞至焊接頭，焊接頭再將收到的振動能量傳遞給焊接原件的結合處，在兩個焊接的交界麵處聲阻較大的區域應用摩擦將振動能量轉化成熱能產生局部高溫，熱量聚集在焊接材料的中間，由於塑料導熱性差，一時還不能及時散發，使得塑料接觸麵迅速融化，在應力作用下，使粘接麵融合在一起。 超聲波焊接可以應用於大多數工程塑料的粘接工藝中，成為粘接工藝的重要技術資源之一，具有廣泛的應用前景。這種焊接強度能接近於原材料強度，材料特性不發生直接影響和變化的焊接方式，具有保持材料相關塑性特質，對粘接件的彈性和機械強度影響很小，符合工程粘接的工藝技術要求。
超聲波焊接過程：
電源啟動一觸發控製信號氣壓傳動係統，氣缸加壓焊頭下降並壓住焊件觸發超聲波發生器工作，發射超聲並保持一定焊接時間，去除超聲發射，繼續保持一定壓力時間，退壓，焊頭回升，焊接結束。
塑料的超聲波焊接具體包括以下4個階段，如圖2所示，分別是融化階段、耦合階段、穩定融化階段和保壓冷卻階段。最終發生分子間擴散，並實現塑料之間的焊接。
圖 2 超聲波焊接過程的 4 個階段
第一階段焊頭與零件接觸，施壓並開始振動 。摩擦發熱量熔化導能筋，熔液流入結合麵 。 隨著兩零件之間距離的減少，焊接位移量( 兩零件之間由於熔體流動產生的距離減小值) 開始增加 。 起初焊接位移量快速增加，然後在熔化的導能筋鋪展並接觸下零件表麵時放慢增速 。在固態摩擦階段，發熱是由於兩表麵之間的摩擦能和零件中的內摩擦產生的 。 摩擦發熱使聚合物材料升溫至其熔點 。發熱量取決於作用頻率 、振幅和壓力；
第二階段熔化速度增加導致焊接位移量增大及兩零件表麵相接觸 。此階段形成薄的熔化層，由於持續發熱，熔化層厚度增加 。此階段的熱量是由粘性耗散( viscous dissipation ) 產生；
第三階段焊縫中溶液層厚度保持不變且伴隨 著恒溫分布，出現穩態熔化；
第四階段在經過設定的時間或達到特定的能量 、功率級或距離之後，電源切斷，超聲振動停止，開始進入第4階段 。壓力得以保持,使部分額外熔液擠出結合麵。在焊縫冷卻和凝固時達到最大位移量，並發生分子間擴散 。
超聲波焊接技術被廣泛應用與各個領域，技術也在不斷的實踐中逐漸成熟，在超聲波塑料焊接過程中，針對設備型號選用，焊料選用及焊接導熔線的設計都將影響焊接品質。因此在購買超聲波塑料焊接設備前要對相關進行把控，提升塑料焊接質量。
