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,。

焊頭是將振動有效傳遞到塑料焊接部位的工具。它有以下功能：

• 傳遞振動能量

• 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）,，可能會導(dǎo)致焊頭斷裂失效,。

不同尺寸的焊頭

通常，用三種不同材料來制造焊頭,，每種材料都有其特有的性能,。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,?；蛴糜谥亓亢统杀臼侵匾剂恳蛩氐拇笮秃割^。這是一種最常用的材料,，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，能夠承受最大機(jī)械應(yīng)力是鋁合金的3倍,，有相對優(yōu)異的耐磨性能,。同時(shí)，通過在焊頭表面進(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：用于無法適用鋁合金和鈦合金的塑料部件焊接，其具有高硬度和最高耐磨性,，一般使用前要經(jīng)過硬化處理,。這種材料常常用于超聲波金屬螺絲鑲嵌的應(yīng)用中。

為了獲得最佳的焊接效果,，建議不要使用大型超聲波焊頭,。因?yàn)榇笮秃割^的振動表面振幅輸出無法嚴(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,，對于簡單的圓形焊頭,，最大輸出振幅90-120μm；

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

• 對于大型子母焊頭,，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。

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

采用FEA對焊頭振動和振幅優(yōu)化案例

采用FEA對焊頭應(yīng)力分布優(yōu)化案例

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）圓形焊頭用來焊接小的矩形零件,；大的矩形焊頭輸出小振幅,，用來焊接大型零件。最常見的幾種類型如下：

• 臺階型焊頭（Stepped Horn）：焊頭兩端具有不同的截面,，兩段截面在焊頭節(jié)點(diǎn)位置通過圓角過渡,。臺階型焊頭因?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。橫截面逐漸過渡,，將內(nèi)部應(yīng)力分布在較長區(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)的矩形焊頭最大尺寸可以做到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88mm的圓形焊頭通常增加槽,，以允許軸向振動。