在超聲波焊接機的轟鳴聲中，一塊產(chǎn)品的接合面在數(shù)秒內(nèi)完成分子級融合 ——這一看似神奇的過程，實則是波形與聲速精準(zhǔn)調(diào)控的結(jié)果。

超聲波的本質(zhì)是機械振動能量的傳遞，其波形（如縱波、橫波、表面波）決定了能量傳遞方向與作用形式，而聲速（由介質(zhì)密度與彈性模量共同決定）則直接關(guān)聯(lián)加工效率與質(zhì)量。

理解波形與聲速的物理規(guī)律，不僅是掌握超聲技術(shù)的基礎(chǔ)，更是解鎖高效、穩(wěn)定、低能耗加工的關(guān)鍵鑰匙。本文將為您解析這兩大核心參數(shù)的底層邏輯，揭示它們?nèi)绾螐膶嶒炇夜睫D(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)力。

超聲波的波形和聲速

超聲波是機械波，可以在氣體、液體和固體中傳播，換句話說，超聲波可以在具有彈性特性的任何介質(zhì)中傳播。隨著聲源、介質(zhì)和邊界條件等情況的不同，所傳播的超聲波的波型 也不同，例如有縱波、橫波、表面波、板波等，從波前的形狀來區(qū)分，又有平面波、球面波、柱面波等。這里僅介紹幾種最常遇到的波型和聲速。

①縱波。超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動方向與波傳播方向相平行的波稱為縱波。在縱波通過的區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)質(zhì)點發(fā)生周期性的稀疏和稠密，如圖2-3所示?？v波可以在氣體、液體和固體介質(zhì)中傳播。

圖2-3   縱波

縱波在不同介質(zhì)中傳播的速度不同，在氣體中速度為

在無限介質(zhì)中橫波傳播的速度為

③表面波。當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時，能量集中在介質(zhì)自由表面層或兩種界質(zhì)分界面附近的聲波稱為表面波。這種波的類型較多，例如在固體表面的瑞利波，在兩種固體分界面附近的斯頓萊波等。表面波傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的軌跡為橢圓形，橢圓的長軸垂直于聲波的傳播方向，短軸平行于聲波的傳播方向，如圖2-5 所示。

當(dāng)聲波沿固體的自由表面?zhèn)鞑r，質(zhì)點位移的振幅隨離開表面的深度按指數(shù)衰減，大部分能量集中在大約一個波長的深度內(nèi)。表面波的聲速為

值得注意的是，在固體中聲速并非永遠(yuǎn)都是一個常數(shù)值，而是隨所施的振動強度而變 的。變化的原因是由于在高應(yīng)力情況下，材料的彈性特性的數(shù)值發(fā)生了改變。

在結(jié)晶材料中，彈性特性是沿著不同的軸線而變化的，因此聲速在不同的傳播方向上具 有不同的數(shù)值。在石英和其他壓電材料中，這種聲速的變化更為重要，因為它們的壓電特性 被用作高頻振動源。

④板波。當(dāng)聲波在板狀介質(zhì)中傳播時，其波型稱為板波。板波的類型有多種，其中主 要的一種是蘭姆（Lamb）波。通常所說的板波即是指蘭姆波而言，它是在板的厚度可與其 中聲波波長相比擬的板中傳播的一種彈性波，其聲場遍及整個板的厚度。在板波傳播的過程 中，質(zhì)點振動情況是：在固體的兩個表面上，質(zhì)點沿橢圓軌跡振動，與瑞利波相同；在板的 內(nèi)部，質(zhì)點振動因波型的不同而異，當(dāng)波型為對稱型時，質(zhì)點振動的軌跡與縱波相同；當(dāng)波 型為反對稱型時，與橫波相似，如圖 2-6所示。

板波傳播的相速度0可由下列超越方程確定。

對稱型

反對稱型

（2）超聲加度

當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的質(zhì)點卻是在它的平衡位置做振動，任一瞬時振動的速度就稱為該時刻的質(zhì)點速度。假定有一列平面聲波在均勻介質(zhì)中沿x方向傳播，其波動方程為

從消費電子微型焊點到新能源汽車電池封裝，靈科超聲波已為全球超過 100,000家客戶提供波形與聲速的 “ 黃金組合”方案。我們的工程師團隊提供從材料測試、工藝開發(fā)到設(shè)備運維的全鏈路支持，讓您無需深究復(fù)雜公式，即可坐享超聲科技紅利。

以波為媒，以速為尺——靈科超聲波，讓每一道聲紋皆成品質(zhì)宣言！