超聲波塑料焊接以其焊接速度快、焊接質量高的特點，廣泛應用于塑料焊接領域，特別是復雜表面的塑料模具焊接。超聲波焊接一般由超聲波發生器、傳感器（換能器）、變幅桿（增幅器）、焊頭和配套夾具組成，其中變幅桿主要在超聲波焊接加工中發揮能量傳遞和放大的作用。

超聲波的原始振幅一般很小，通常只有幾微米，實際加工應用所需的振幅約為幾十到幾百微米，因此通常需要通過變幅桿放大振幅，變幅桿也可以發揮機械阻抗作用，在傳感器和負載之間阻抗匹配，使超聲波能量更有效地從傳感器傳輸到待焊接表面。

在焊接加工過程中，變幅桿在傳感器的高頻振動下每秒伸縮率可達2萬次。因此，變幅桿在加工過程中承受著高頻循環負載。此外，由于材料的內阻尼因素，其負載節點容易產生損壞和熱損傷。變幅桿材質的要求主要是在循環負載下具有良好的聲學性能和抗疲勞損傷性能。常用的變幅桿材料包括鋁合金、低碳鋼、不銹鋼和鈦合金。

上述材料有其優缺點。例如，雖然鈦合金強度高，聲學性能好，但價格昂貴；鋁合金密度低，聲學性能好，但易磨損斷裂；合金鋼強度高，耐磨，但聲學性能相對較差。為了探索不同材料變幅桿對超聲焊接焊縫強度的影響，在相同的設計尺寸下，采用上述四種材料制作變幅桿進行實驗分析。實驗結論將有助于進一步指導實際加工，在不同的加工要求下選擇合適的變幅桿材料，提高材料的利用率。

如下圖所示，低碳鋼變幅桿的焊接強度僅次于鈦合金，但其變幅桿的質量遠遠大于鈦合金。與鋁合金和鈦合金相比，合金鋼變幅桿的質量分別是其的3倍和2倍，變幅桿的質量也是焊接加工中必須考慮的因素。在超聲焊接加工中，由于傳感器的承載能力和焊機的整體重量，變幅桿的重量相對較小。此外，在相同重量的限制下，如鋁合金和鈦合金，可以制造更大尺寸的變幅桿，因此鋁合金和鈦合金通常用于大零件的焊接加工。

不同材質變幅桿的重量和焊接強度

通過對不同材料變幅桿的超聲焊接實驗得出以下結論：

（1）在四種材料變幅桿中，鋁合金變幅桿節點溫升最高，節點溫度過高會降低變幅桿的諧振頻率，進而影響焊接質量。這種變幅桿不適用于大規模、長期的加工。

（2）鈦合金變幅桿的節點溫升最小，因為阻尼較小，在諧振頻率下比其他材料更穩定。

（3）在合金鋼變幅桿中，低碳鋼比不銹鋼具有更高的工作溫度和更高的焊接強度。ABS在塑料樣品超聲波焊接獲得的焊接強度中，鈦合金變幅桿焊接獲得的焊接強度最高，因為鈦合金阻尼小，能量損失小。低碳鋼次之，接著是鋁合金和不銹鋼材質。

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審核編輯：符乾江