超声波换能器试用时效果不好怎么办

使用超声波换能器主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。换能器的频率相对而言还比较直观些。该频率是指用频率（函数）发生器，毫伏表，示波器等通过传输线路法测得的频率，或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率，一般通称小信号频率。与它相对应的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到机箱上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。

一、 试用时效果不好怎么办？

试用常见的问题是晶片开裂、无力、易过载、电极片打火、电极片开裂、发热严重、怪声、漏波、晶片错位等；原因可归为三类：

Ø 客户的驱动电源或模具及装配有问题。

这种情况我们建议客户积极查找原因，或与技术人员沟通，尽快改进。就算您不采用的产品，但改进自身存在的问题是有利而无害的。

Ø 换能器及变幅杆有问题。

这种情况也是必定会发生的，只不过发现的可能性很小。

Ø 双方的产品都没有问题，但不匹配。这是常见的情况，就是客户的驱动电源是好的，换能器也是好的，组装也是正常的，但是各部分不匹配。引起不匹配的主要参数是换能器的频率和电容量。

二、 匹配概念及操作？

让换能器和驱动电源、焊接模具良好配合，以形成一台完整的超声波设备，简称为匹配。由于匹配对整机性能的影响是决定性的，无论怎样强调匹配的重要性都不为过。匹配主要考虑的因素是换能器的电容量，其次是换能器的频率。

需要强调的是，超声波换能器本身不是一个能量发生器，它只是一个能量转换器。是将电能转换为声能 （机械能），在输入（驱动电源），输出（增幅器，模具）良好匹配的前提下，它可以转换（输出）很大的能量。

输入匹配是指换能器与驱动电源的匹配，若输出匹配好而输入匹配不好，则表现为换能器无力，焊不牢。若输出匹配不好而输入匹配好，则换能器会过载，造成晶片错位开裂，破碎，螺杆断，铝裂或烧电箱功率管。举个例子，就像汽车在空挡状态下猛踩油门，发动机肯定容易损坏的。

换能器与驱动电源的匹配主要有4个方面，即阻抗匹配、频率匹配、功率匹配、容抗匹配。其中主要的是容抗和频率。如前所述因为陶瓷片是绝缘体，你几乎可以理解为换能器是不通电的，它只是相当于一个电容器。要使换能器工作，实际上是通过驱动电路对它施加交流高电压，让换能器的电容充放电。压电陶瓷片在交变电场的作用下做同步伸缩变形，形成了整个换能器的纵向振动，从而带动变幅杆和模具振动。所以，若电容匹配不好，轻者是换能器无力，焊不牢；重者换能器发热严重，烧电极片、烧电源的大功率管。我们的换能器产品附有产品性能参数表，给出了每个换能器的电容和频率。驱动电源应该根据换能器的电容量，调整高压变压器，匹配电容板，蜂窝线圈，调频线圈等的参数。由于电感和电容量的敏感性，功放板，扼流线圈及其他外围电路对匹配也有影响。而且随着工作进行，换能器的温度会升高，导致电容也会升高且变化量可能会超过50%，若不能将电容有效地匹配掉，就会造成回路中电流电压相位差很大，功率因素很低，虚功高。

看看电流很大，但换能器没力，易发热，且电源的功率器件也容易发热损坏。一般换能器电极片（耳朵）振裂或烧掉很可能就是由此引起的。　

频率匹配同样也非常重要。这首先是因为超声换能器只能工作在他的谐振频率点，所以驱动电源、增幅器、焊接模具（工具头）都应该在这个频率下工作。一般而言，我们希望这个差别大不超过±0.1kHz，能小一点就更好。我们强烈建议您配套焊接模具（焊头）的频率低于振动子频率0.1kHz左右（小信号频率）。也就是说，若原振动子小信号测量的频率是14.85kHz，则连上模具后再测频率为14.75kHz为理想。同时就应考虑到，超声波换能器接上增幅器和模具头后，系统的谐振频率峰会变得很尖锐，也即带宽很窄，机械品质因数很大，频率偏移一点都会造成阻抗很大的增加。表现在驱动电源上就是电源（振幅表电功率）很大或过载保护。若刚好这时是空载调机，则很可能会造成晶片错位，晶片裂或中心螺杆断。

功率匹配和阻抗匹配主要是考虑到超声波焊接系统是间隙式工作，负载变化较大，焊接时要有足够的功率输出，空载时要控制在小振幅。否则，就像前面提到的，空载时输入很大，则损坏换能器。满载时功率上不去，焊不牢还是没用的。

三、 各部件装配注意事项

超声波振动系统的各个部件，如换能器、增幅器、工具头等主要部分是通过中心螺栓连接的。1、检查接触面应平整光滑无伤痕，若有伤痕，用零号以上的金相砂纸轻轻打磨。要求既能将缺陷磨平，又不破坏接触面的平面度。2、用易挥发无腐蚀性的清洁剂清洁螺丝、螺孔和接触面。3、彻底清洁螺丝、螺孔和接触面。4、所有连接螺孔应垂直于接触面。5、拧紧前在接触面上涂薄薄一层硅脂（或黄油和凡士林），注意不要将硅脂涂到连接螺丝及螺孔上。6、小心地将二个部件拧紧。根据连接螺丝规格的不同，控制合适的拧紧力矩。在可能的情况下，应拧的适当紧一点。7、若重新松开结合面后应该看不到有任何伤痕。8、用手摸振动系统振幅均匀，无怪声，无局部严重发热。9、工作一段时间后重新送开结合面应没有氧化或烧蚀痕迹，否则就说明此处接触不好，超声波能量在这里损失严重。

四、 换能器的使用温度

换能器使用时会发热，这主要是由三个原因引起的。其一是被焊工件会发热或被超声波处理 的物质会发热，或模具（工具头）、变幅杆长时间工作会发热，这些热量都会传递到换能器上。

其二是换能器本身的功率损耗。既然做不到能量转换效率 100%，损耗的那部分能量必然转换成热量。温升会导致换能器参数变化，逐渐偏移佳匹配状态，更严重的是温升会导致压电陶瓷晶片性能的劣化。这反过来又促使换能器工作状态更坏，更快地升温，这是一个恶性循环。所以我们必须给以换能器良好的冷却条件，一般是常温风冷；如有必要，也可采用冷风风冷。在正常情况下，这两点引起的温升也是正常的，在正常的冷却条件下，不会有大的问题。而且根据国内外经验，换能器的温度在任何时候都不能超过摄氏 85 ℃ 。