声波的概念和分类
波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。声波是弹性介质中振动能量的传播，一种弹性机械波。在流体或固体介质中，质点偏离其平衡位置时，就引起介质内部的弹性恢复力，该弹性恢复力与系统的惯性相耦合， 使得介质质点的振动不断的传到相邻质点，从而产生和发射声波。声波是一种弹性机械波。人耳所能听到的声波的频率范围通常在20Hz 至 20KHz之间，叫做可听声，频率位于 2×104Hz— 2×109Hz 的声波叫超声波（supersonic wave），频率低于20Hz 的声波叫次声波（infrasonic wave）。这些人耳听不见的声音对人类的生活有重大的影响， 同时也有着广泛的应用和开发前景。
表1 声波的分类与特点
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声波的分类 |
频率/ Hz |
特点 |
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次声波 |
〈20 |
人耳听不到，传播衰减很少，传播距离很远。 |
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可听声 |
20-2×104Hz |
人耳可听到。 |
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超声波 |
2×104Hz-2×109Hz |
传播频率较高，传播方向性较强，介质振动强度大， 在流体中传播可产生空化现象。 |
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特超声 |
2×109Hz-2×1012Hz |
传播衰减很大，波长短，频段大致与微波相对应。 |
超声波区别于普通声波的特点是：频率高、波长短、能量大，传播过程中反射、折射、 共振、损耗能现象显著。
超声波塑料焊接原理及过程
超声波塑料焊接（ ultrasonic welding ）是一种非接触性焊接方式，超声波焊接的原理是是通过超声波发生器将 50/60 赫兹电流转换成 15、20、30 或 40 KHz高频电能，转化之后的电能在经由换能设备转化为同频率的纵向机械振动 ，之后将这一变化通过振幅调整装置传递至焊接头，焊接头再将收到的振动能量传递给焊接原件的结合处，在两个焊接的交界面处声阻较大的区域应用摩擦将振动能量转化成热能产生局部高温，热量聚集在焊接材料的中间，由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，使得塑料接触面迅速融化，在应力作用下，使粘接面融合在一起。 超声波焊接可以应用于大多数工程塑料的粘接工艺中，成为粘接工艺的重要技术资源之一，具有广泛的应用前景。这种焊接强度能接近于原材料强度，材料特性不发生直接影响和变化的焊接方式，具有保持材料相关塑性特质，对粘接件的弹性和机械强度影响很小，符合工程粘接的工艺技术要求。
超声波焊接过程：
电源启动一触发控制信号气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊件触发超声波发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间，去除超声发射，继续保持一定压力时间，退压，焊头回升，焊接结束。
塑料的超声波焊接具体包括以下4个阶段，如图2所示，分别是融化阶段、耦合阶段、稳定融化阶段和保压冷却阶段。最终发生分子间扩散，并实现塑料之间的焊接。
图 2 超声波焊接过程的 4 个阶段
第一阶段焊头与零件接触，施压并开始振动 。摩擦发热量熔化导能筋，熔液流入结合面 。 随着两零件之间距离的减少，焊接位移量( 两零件之间由于熔体流动产生的距离减小值) 开始增加 。 起初焊接位移量快速增加，然后在熔化的导能筋铺展并接触下零件表面时放慢增速 。在固态摩擦阶段，发热是由于两表面之间的摩擦能和零件中的内摩擦产生的 。 摩擦发热使聚合物材料升温至其熔点 。发热量取决于作用频率 、振幅和压力；
第二阶段熔化速度增加导致焊接位移量增大及两零件表面相接触 。此阶段形成薄的熔化层，由于持续发热，熔化层厚度增加 。此阶段的热量是由粘性耗散( viscous dissipation ) 产生；
第三阶段焊缝中溶液层厚度保持不变且伴随 着恒温分布，出现稳态熔化；
第四阶段在经过设定的时间或达到特定的能量 、功率级或距离之后，电源切断，超声振动停止，开始进入第4阶段 。压力得以保持,使部分额外熔液挤出结合面。在焊缝冷却和凝固时达到最大位移量，并发生分子间扩散 。
超声波焊接技术被广泛应用与各个领域，技术也在不断的实践中逐渐成熟，在超声波塑料焊接过程中，针对设备型号选用，焊料选用及焊接导熔线的设计都将影响焊接品质。因此在购买超声波塑料焊接设备前要对相关进行把控，提升塑料焊接质量。
