最近一位客户咨询我，生产线上超声波焊接工序出现了不良率升高的问题。经过远程的一系列排查，最终查明原因是“三联组”松动。那么问题来了——“什么时候松动？”“那这几天的产品，是做报废处理还是全部进行检查？”。这些造成了时间和金钱的浪费。其实，对于现场的工程师，如果能够认识“三联组”的基本知识，就能够及时发现问题，避免发生更多的损失。

超声波”三联组“由换能器、调幅器和焊头组成。这三个单元之间接合面的质量，对超声波焊接效率产生重大影响。如果接合面平面度不良，或被氧化、腐蚀或接触不良，就会成为超声波振动传递的薄弱环节。这将导致功率输出损耗，改变固有频率，增加噪音，产生过多热量导致换能器损坏。

一、超声波换能器故障原因

• 焊头产生裂纹原因

• 金属焊头与金属零件/治具接触；

• 疲劳破坏；

• 结构设计不良——输出振幅不均，有尖角，横截面剧烈变化，调整到不正确的频率；

• 选择不正确的材料（D-2钢应仅用于低振幅应用，Ti适用于大振幅应用以及大批量生产，AL因许用应力较低仅适用于小批量生产）；

• 输出振幅过大，导致更快的疲劳；

• 焊头拧紧力矩过大；

• 连接螺丝拧紧力矩过大；

• 材料缺陷；

• 焊头表面承受不均匀焊接压力。

• 调幅器产生裂纹原因，与上述焊头产生裂纹原因一致，还包括；

• 连接的焊头不合理设计，或者焊头固有频率不正确；

• 换能器失效原因

• 跌落导致内部陶瓷片损伤；

• 焊头设计不合理，焊头频率不正确；

• 连接的调幅器，拧紧力矩过大；

• 环境潮湿，水汽进入换能器内部；

• 来自焊头的冲击（例如螺母镶嵌）；

• 热量传导；

• 拧紧调幅器时，没有使用月牙扳手固定换能器。

• 

二、调整修复超声波换能器（超声波振动单元）

定期检查”超声波振动系统“以确保组件处于良好的工作状态非常重要。此外，您可以采取以下几个步骤来重新调整”超声波振动单元“。

1. 将超声波换能器、超声波调幅器和超声波焊头分别拆下，并用干净的布或纸巾擦拭配合表面，去除污渍；

2. 检查表面。如果看起来状况良好，请跳至步骤9。如果表面被腐蚀，则应对其进行修复（步骤3-8）。如果表面发生凸起，凹陷或者其他不平整问题，请联系超声波行业专业人士寻求建议。表面上存在非常小的点蚀，一般不是严重问题；

3. 请拆下连接螺丝，检查螺丝螺牙、孔螺牙是否损坏；

4. 将干净的＃400目（或更细 # 800目）砂纸粘贴在干净、光滑、平整的表面上，一般为大理石台面或者玻璃台面；

5. 将组件竖直放置在砂纸上，并在砂纸上沿着一个方向进行平推。不要施加压力，仅靠组件单元本身的重量打磨就足够了。这里尤其注意：保持小心，防止因组件倾斜，导致表面平面度变差，影响焊接；

6. 执行第二次，然后将组件单元旋转三分之一圈并重复打磨；

7. 再将组件单元转动三分之一圈，并执行相同的打磨动作。确保在每个角度，执行相同数量的打磨次数；

8. 重新检查配合表面，并重复步骤5到7，直到大部分污染物被清除；

9. 使用干净的布或毛巾清洁螺丝螺牙，以及螺纹孔中的所有异物、油脂和油；

10. 用制造商指定的螺丝更换磨损或损坏的连接螺丝。普通钢制螺丝未经过适合的热处理，不能使用；

11. 用耐高压硅油脂轻轻涂抹配合表面，或使用耐高温塑料薄膜垫圈（二选一），以促进超声波振动的良好传输，并防各组件单元“粘接”在一起。（平面度良好的情况下，可以不使用硅油脂以及塑料垫圈）

12. 使用正确扭矩拧紧三联组，如下方附表中所示。三联组松动会导致过载，而拧紧过度会导致材料变形，从而缩短部件的使用寿命；

13. 将”三联组“安装在焊机上，并进行测试。

三、关于平面度说明

换能器与调幅器之间，调幅器和换能器之间的配合面必须平坦且平行。如果存在气隙，则会导致功率输出和效率的损失，以及超声波发生过载报错，无法启动。

中间隆起或接触表面不均匀的情况，通常可以通过观察接触表面的磨损情况来判断。磨损严重，表明该局部区域发生接触。

通常接合面平面度有如下技术要求：

• 换能器：20 kHz时为0.0127mm，40 kHz时为0.0127mm；

• 调幅器：20 kHz时为0.0254mm，40 kHz时为0.0127mm；

• 焊头：20 kHz为0.0254mm，40 kHz为0.0254mm。

四、超声波换能器单元装配

• 螺丝拧入力矩，1.4-2Nm；

• 换能器与调幅器，调幅器与焊头之间拧紧力矩：15Khz应用，61Nm；20Khz应用，47.5Nm；30Khz应用，24.4Nm；40Khz应用，24.4Nm。