超声波塑料焊接机的噪音与控制（上）

超声塑料焊接机因其便捷、清洁、强度高、控制方便而受到广泛关注和应用。机器工作频率一般为20kHz，小零件和精密零件的焊接为30~40kHz等等。尽管这些焊机的工作频率超过了人耳可听阈(16kHz)，然而，由于超声波焊接利用高频振动产生热量，这种振动必然会导致低频振动的谐音，从而导致人耳可以听到的噪音。研究表明，这些高频和低频振动（声音）有时会引起头痛、疲劳，甚至头晕、恶心、呕吐和听力下降。今天灵高超声波就和大家一起探讨超声波塑料焊接过程中噪声的主要原因和可能的预防措施。

超声波塑料焊接机利用高频振动获得焊接效果，因此在所有声波传输过程中，任何出现异常的地方都会产生噪声。超声波塑料焊接机基本上由电气控制系统、压力系统和声学系统组成。噪声的产生主要集中在声学系统上，还有一些来自压力系统。声学系统主要由传感器（换能器）、变幅杆（增幅器）和焊头组成。传感器将电能转化为机械能，然后扩大变幅杆，最后通过与焊接部件几何形状相匹配的焊头传输到焊接部件。上述机械能将焊接部件的接头转化为热能，熔化塑料，在压力下形成接头。在这一系列过程中，声波传输并没有停止在焊接部件上，而是通过底座，所有这些声波传输都可能是噪声的来源。

噪音的产生
1、声学系统本身匹配

声学系统（传感器、变幅杆、焊头） 通过螺栓连接，需要谐振工作和阻抗匹配。但由于声学设计的粗糙性，很难实现完全的阻抗匹配。当三者不匹配时，界面上会产生能量消耗和振动不一致性的现象，从而产生噪音。此外，在实际设计过程中，考虑到振幅的变化和阻抗匹配，有时三者的连接尺寸不同(不等径)，暴露的界面会作为噪声源辐射到空中。

2、声学系统的夹持

对于超声波焊接，焊接压力是一个非常重要的工艺参数。首先，工件的接触和声波耦合必须有压力，更重要的是，压力决定了产热、接头的强度和应力状态。一般焊接压力由框架提供，声学系统的切入点在声学系统的振动节点上。理论上，振动速度为0。然而，当设计不当或声学系统频率随焊接过程中的工作条件而变化时，变幅杆的节点就会漂移。此时，夹紧点的振动速度不等于0。一方面降低了声传输效率，另一方面，高频振动从夹紧点引入框架，激发相关振动，导致噪声。

3、声学系统尺寸

焊头的作用是有效地将声能耦合到焊接工件中，因此其形状和尺寸与焊机的使用频率直接相关，也与工件上表面的几何尺寸密切相关。例如，电话手柄的焊接通常需要较大的焊头尺寸（大于波长1/4)。此时，在纵波传播过程中，必然会激发横向振动，从而产生混合振动。这种振动很容易产生噪音。有时焊接的空焊头发出的空鸣也是噪声的主要来源。