超聲波振幅和能量

振幅通常指超聲波換能器及變幅桿設備的振幅，其測量難點在于頻率高和振幅小。通常頻率在19.5kHz～21.5kHz之間，振幅在40μm～80μm之間。因為頻率高，超出了絕大部分測量儀表的頻率范圍。振幅小，又對測量精度提出了很高的要求。常用的測試手段對它無能為力，故很難測量。一般只能用激光測振儀進行測量，能得到較好的結果。但激光測振設備價格昂貴，操作復雜，不要說一般生產單位，就是專業的研究設計單位也很少配備，根本不可能普遍應用。

眾所周知，對任何超聲波而言，可以用四個參數來進行描述。換句話說，超聲波的效果只取決于四個參數，即時間、功率、頻率、振幅。其中前面的兩個參數，控制、調整和顯示都很方便，設備生產者和設備用戶都比較了解，給予了足夠的重視，也是設備日常操作中的調節參數。超聲波振動的振幅（位移量）是超聲波設備的關鍵指標，也是難測量和難理解的一個物理量。除了專家學者，不要說設備的使用者，甚至連大部分的設備生產者，也對它不甚關心。我們統計了絕大部分的超聲波隨機設備使用說明書，很少有關于超聲波振幅的說明，包括振幅的物理意義、振幅的控制與調整。

對于超聲波振動系統，從傳遞能量的角度說，主要的指標叫做超聲波的聲強I。它是指在垂直于行進波的傳播方向上每平方厘米每秒所傳遞的能量，即

I=1/2ρcω2ξ2

其中：ρ是材料的密度

C是材料中超聲波傳播的速度

ω是角頻率

ξ是超聲波振幅

顯然，超聲波振幅增大，超聲波能量就以平方的關系成倍增大。

振幅對于需要焊接的材料來說是一個關鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因為每一間 選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關，形狀來說如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。

對于適配是不同 品的焊接機，簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作（焊頭的材料必須保持一致），能保證振幅參數的穩定。