在進(jìn)行超聲波焊接的時(shí)候考慮到實(shí)用，在功率超聲中其振動(dòng)頻率往往處在低頻的超聲范圍。為了降低超聲波換能器的工作頻率，又能獲得較高的縱向振動(dòng)電聲效率，在工程技術(shù)中常釆用一種復(fù)合式夾心壓電換能器結(jié)構(gòu)。即采用片狀壓電體堆與前后端金屬塊組合而成。所謂改進(jìn)就是考慮到壓電陶瓷體抗拉強(qiáng)度較差，通過(guò)金屬塊給壓電體施加足夠的預(yù)應(yīng)力，使壓電換能器作大功率振動(dòng)時(shí)，壓電效應(yīng)始終處于受壓縮的周期變化之中，這種力學(xué)狀態(tài)確保壓電體不破裂，而最大限度地發(fā)揮換能的功能。這是壓電換能器能廣泛應(yīng)用于功率超聲技術(shù)中關(guān)鍵之一。
其次，夾心式壓電換能器可以通過(guò)改變金屬塊的厚度來(lái)獲得不同的工作頻率(5kHz—100kHz),制作方便，它的典型結(jié)構(gòu)如圖L18所示。圖中結(jié)構(gòu)由PZT壓電陶瓷、電極片、預(yù)應(yīng)力螺桿及前后金屬蓋板等組成。壓電陶瓷晶片以偶數(shù)疊臺(tái)，相鄰兩片的極化方向相反，電極片間采用并聯(lián)的方法連接。
前蓋板通常是鈦、鋁合金，后蓋板通常是鋼。所有這些材料的疲勞強(qiáng)度要高，材料的機(jī)械損耗要低。組合前的加工另件的光潔度和平行度均要足夠好，才能保證超聲波換能器有良好的機(jī)電耦合特性。
預(yù)應(yīng)力螺桿要采用高強(qiáng)度的螺栓鋼制造,抗張強(qiáng)度要在80kg/mm2以上。對(duì)不同使用對(duì)象，前后蓋板可做成不同形狀。例如，在超聲清洗應(yīng)用中，為增大輻射阻，前蓋板做成啦叭形，使輻射面適當(dāng)增大。在超聲波塑料焊接等應(yīng)用中，為了要把超聲能量高度聚焦到一定的加工面積上，前蓋板可制作成各種λ/4聚能器形式。
夾心式換能器的壓電晶片數(shù)量、形狀、直徑及厚度。是根據(jù)工作頻率及需要給岀的聲功率等條件設(shè)計(jì)計(jì)算岀來(lái)的。除了這些之外，還要根據(jù)振子諧振條件，計(jì)算出前后蓋板厚度及振子節(jié)點(diǎn) (即振幅為零的部位，用作固定點(diǎn))。一般振子的長(zhǎng)度為 λ/4、λ/2或3λ/2等。這個(gè)λ(波長(zhǎng))是等效波長(zhǎng)，因?yàn)檎褡邮遣痪鶆虻膹?fù)合結(jié)構(gòu)。
