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超声波变幅杆材质对焊接强度的影响
超声波塑料焊接凭借其焊接速度快、焊接质量高的特点在塑料焊接领域中，特别是复杂曲面的塑料模具焊接中，得到了广泛的应用。超声波焊接一般由超声波发生器、换能器、变幅杆、焊头及配套的夹具组成，其中变幅杆在超声波焊接加工中主要起到能量传递与放大的作用。超声波的原始振幅一般很小，通常只有几微米，而实际加工应用中所需要的振幅在几十到几百微米左右，所以通常需要通过变幅杆将其振幅放大，并且变幅杆还可以起到机械阻抗的作用，在换能器与负载之间进行阻抗匹配，使超声波能量更有效地从换能器向待焊接面传递。
焊接加工中，变幅杆在换能器的高频振动下其每秒伸缩率能高达20000次，因而变幅杆在加工中承受着高频循环负载，加之材质的内阻尼因素，其负载节点处极易产生疲劳损坏与热损伤。对于变幅杆材质的要求主要是具有良好的声学性能以及在循环负载下的抗疲劳损坏性能，常用变幅杆材料有铝合金、低碳钢、不锈钢及钛合金，上述各材质均有其优点与不足，例如钛合金虽然强度高，声学性能好，但其价格较贵；铝合金密度低，声学性能良好，但易磨损和断裂；合金钢强度高、耐磨损，但声学性能则相对较差。为了探究不同材质变幅杆对超声波焊接焊缝强度的影响，在相同设计尺寸下，采用上述四种材质制作变幅杆进行实验分析，实验结论将有助于进一步指导实际加工，以在不同的加工要求下选用合适的变幅杆材质，提升材质利用率。
各材质变幅杆焊接得到焊缝强度结果如下图所示，低碳钢变幅杆得到的焊缝强度仅次于钛合金，但其变幅杆质量却远远大于钛合金的变幅杆，相比铝合金和钛合金，合金钢的变幅杆质量分别是其的3倍与2倍，变幅杆的质量在焊接加工中同样是一个必须考虑的因素。在超声波焊接加工中受限于传感器的承重能力与焊接机总体重量的限制，变幅杆重量相对来说较小比较适宜，再者在相同重量限制下，如采用铝合金和钛合金，则可以制造出更大尺寸的变幅杆，因此大零件的焊接加工中通常是采用铝合金和钛合金变幅杆的。
各材质超声波变幅杆焊接得到的样件焊缝强度
通过对不同材质变幅杆的超声波焊接实验得出以下结论：（1）四种材质变幅杆中，铝合金变幅杆节点处温升最高，节点温度过高会降低变幅杆的谐振频率，进而影响到焊接质量，这一类变幅杆不适用大批量、长时间的加工中。（2）采用钛合金的变幅杆其节点温升最小，这是因为其内阻尼较小的原因，相比其它材质其在谐振频率下工作更为稳定。（3）合金钢变幅杆中，低碳钢相比不锈钢其能承受的工作温度更高，焊接得到的焊缝强度也更高。（4）ABS塑料样件超声波焊接得到的焊缝强度中，钛合金变幅杆焊接得到的焊缝强度最高，这是因为钛合金材质内阻尼较小，能量损失较小。低碳钢、铝合金和不锈钢变幅杆焊接焊缝强度依次次之。
