超聲波焊頭為什么會(huì)不振

焊頭在超聲波焊接中起著關(guān)鍵作用。但焊頭究竟是怎樣一種“工具”，它的作用是什么？讓我們一一介紹。

焊頭是將振動(dòng)有效傳遞到塑料焊接部位的工具。它有以下功能：

傳遞振動(dòng)能量

傳遞壓力

傳遞振幅

提供與產(chǎn)品外形一致的形狀，同時(shí)因?yàn)樗芰嫌醒诱剐?，所以能夠一定程度的貼合產(chǎn)品。

焊頭的設(shè)計(jì)和制造必須非常小心，因?yàn)橹挥泻玫暮割^才能保證良好的焊接結(jié)果。如果焊頭設(shè)計(jì)不良（振幅設(shè)計(jì)、振型不合理），制造不良（材料選擇，修頻不合適），可能會(huì)導(dǎo)致焊頭斷裂失效。

不同尺寸的焊頭

焊頭材料選擇和限制

通常，用三種不同材料來(lái)制造焊頭，每種材料都有其*的性能。要根據(jù)使用要求和預(yù)期進(jìn)行選擇。

? 鋁合金：用于軟模驗(yàn)證工藝階段或者小批量生產(chǎn)階段，不能承受機(jī)械應(yīng)力。或用于重量和成本是重要考量因素的大型焊頭。這是一種***常用的材料，具有良好機(jī)械性能（硬度和超聲傳播速度）和經(jīng)濟(jì)性。

? 鈦合金：用于產(chǎn)品的小、中、大批量生產(chǎn)階段，具有優(yōu)異的聲學(xué)性能，能夠承受機(jī)械應(yīng)力是鋁合金的3倍，有相對(duì)優(yōu)異的耐磨性能。同時(shí)，通過(guò)在焊頭表面進(jìn)行特定的表面處理能夠大大增加其耐磨性。常常用于含有玻璃纖維塑料的焊接。

? 合金鋼：用于無(wú)法適用鋁合金和鈦合金的塑料部件焊接，其具有高硬度和耐磨性，一般使用前要經(jīng)過(guò)硬化處理。這種材料常常用于超聲波金屬螺絲鑲嵌的應(yīng)用中。

為了獲得的焊接效果，建議不要使用大型超聲波焊頭。因?yàn)榇笮秃割^的振動(dòng)表面振幅輸出無(wú)法嚴(yán)格一致，所以焊接大型產(chǎn)品時(shí)，建議使用子母焊頭或者多個(gè)單獨(dú)焊頭組合焊接。焊頭使用時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

? 鋁合金焊頭振幅輸出≤60μm；

? 鈦合金焊頭，對(duì)于簡(jiǎn)單的圓形焊頭，輸出振幅90-120μm；

? 對(duì)于大型焊頭，焊頭端面增加溝槽有助于振幅輸出更均勻，同時(shí)輸出振幅≤60μm；

? 對(duì)于大型子母焊頭，母焊頭振幅輸出≤40μm；

? 需要避免鋒利的邊緣。所有焊頭邊緣必須是倒圓角，以避免破損；

? 必須使用適當(dāng)?shù)墓ぞ呓M裝焊頭。

FEA評(píng)估焊頭質(zhì)量并優(yōu)化

使用先進(jìn)的FEA有限元仿真，能夠在設(shè)計(jì)階段對(duì)焊頭進(jìn)行失效分析，評(píng)估和優(yōu)化焊頭的振動(dòng)行為、輸出振幅均勻性，和應(yīng)力。試驗(yàn)證明能夠?qū)割^進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，大大提高焊頭的可靠性。

采用FEA對(duì)焊頭振動(dòng)和振幅優(yōu)化案例

采用FEA對(duì)焊頭應(yīng)力分布優(yōu)化案例

焊頭的類型和特點(diǎn)

焊頭有不同類型，以適合不同的應(yīng)用需求。例如：一個(gè)小的、高增益（高振幅輸出）圓形焊頭用來(lái)焊接小的矩形零件；大的矩形焊頭輸出小振幅，用來(lái)焊接大型零件。***常見(jiàn)的幾種類型如下：

? 臺(tái)階型焊頭（Stepped Horn）：焊頭兩端具有不同的截面，兩段截面在焊頭節(jié)點(diǎn)位置通過(guò)圓角過(guò)渡。臺(tái)階型焊頭因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)平面截面突然變化，所以具有高增益大振幅輸出，同時(shí)機(jī)械應(yīng)力也較大。該類焊頭適用于超聲波焊接、鉚接、脫落等過(guò)程。

? 指數(shù)型焊頭（ Exponential Horn）：焊頭外形按照指數(shù)公式變化。橫截面逐漸過(guò)渡，將內(nèi)部應(yīng)力分布在較長(zhǎng)區(qū)域，以減少峰值應(yīng)力。因此，這類焊頭具有理想的應(yīng)力分布和優(yōu)異的抗疲勞強(qiáng)度。適用于焊接壓力大，振幅輸出小的應(yīng)用中，如金屬螺絲鑲嵌。

? Catenoid焊頭：結(jié)合了臺(tái)階型高增益 和 指數(shù)型低應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。適用于焊接和鉚接各種小型零件。

? 矩形（Rectangular）或者圓形（Bar）焊頭：常用設(shè)計(jì)。小尺寸的矩形焊頭也通常采用臺(tái)階型設(shè)計(jì)。一般寬度大于88mm焊頭，為了避免焊頭橫向振動(dòng)和應(yīng)力，必須在其結(jié)構(gòu)上增加槽。標(biāo)準(zhǔn)的矩形焊頭尺寸可以做到250mm。

? 圓形焊頭（Circular Horn）：包括中空或者實(shí)心焊頭。通常用在焊接區(qū)域?yàn)閳A形的塑料部件。直徑超過(guò)88mm的圓形焊頭通常增加槽，以允許軸向振動(dòng)。