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超声波焊接机的工作原理是，当超声波作用于塑料工件时，会产生每秒上万次的高频振动。这种高频振动通过上部焊件将超声波能量传递到焊接区域。由于焊接区域(即两个焊缝之间的界面)的声阻较大，将会出现局部高温。
由于塑料导热性差，不能及时释放，聚集在焊接区域，导致两种塑料的接触面迅速熔化，固体材料间热塑性结合的形成和破坏。它的作用机理可以用一个如下的简化模型来解释:想象一个弹簧；一端固定在横截面积为a、厚度为h的圆柱体上(为方便起见，假设圆柱体的底面积等于横截面周长的4倍)。另一端被打入另一侧的直径为d1的凹槽中。当圆柱体振动时，圆柱体上的应力分布是不均匀的，拉应力σb=fy-dyz=fx-xz=ft2t2-t1开始于压缩面积较大的一端。如果这样的力保持不变，那么经过一定距离后(由压实度决定)，整个断面就会变成球面。这时我们会发现球面上有一个很大的集中力f=mgh，也就是说有一个面积为S的力作用在物体上。根据压强公式p=fs，可以知道压强越大，单位面积压强越大，反之亦然；根据牛顿第二定律，有f=ma，即有ρ水GH2 = ρ VG V2 = ρ GSS2 = MRSS = 2 π RMS2。根据阿基米德原理，有pondsp=nts，所以我们有w=fs，其中w代表施加在工件上的垂直压力或推力等值线图；
当施加的压力超过材料的屈服时，材料就会变形，产生塑性流动。这时，如果将两块塑料分开，可以发现上下两块塑料的连接处发生了微小的变化，进而导致外层向内层移动，达到粘合的目的。因此，利用超声波技术可以实现不同材料的分层焊接，如金属与塑料的焊接。
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