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在超聲波焊接機的轟鳴聲中，一塊産品的接合面在數秒內完成分子級融合
——這一看似神奇的過程，實則是波形與聲速精准調控的結果。
超聲波的本質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（由介質密度與彈性模量共同決定）則直接關聯加工效率與質量。
理解波形與聲速的物理规律，不仅是掌握超声技术的基础，更是解锁高效、稳定、低能耗加工的关键钥匙。本文将为您解析这两大核心参数的底层逻辑，揭示它们如何从实验室公式转化为工业生产力。
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中傳播。隨著聲源、介質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，從波前的形狀來區分，又有平面波、球面波、柱面波等。這裏僅介紹幾種最常遇到的波型和聲速。
①縱波。超聲波在介質中傳播時，介質質點振動方向與波傳播方向相平行的波稱爲縱波。在縱波通過的區域內，介質質點發生周期性的稀疏和稠密，如圖2-3所示。縱波可以在氣體、液體和固體介質中傳播。
圖2-3 縱波
縱波在不同介质中传播的速度不同，在气体中速度为
在無限介質中橫波傳播的速度爲
③表面波。当声波在介质中传播时，能量集中在介质自由表面层或两种界质分界面附近的声波称为表面波。这种波的类型较多，例如在固体表面的瑞利波，在两种固体分界面附近的斯顿莱波等。表面波传播时，介质质点振动的轨迹为椭圆形，椭圆的长轴垂直于声波的传播方向，短轴平行于声波的传播方向，如圖2-5 所示。
當聲波沿固體的自由表面傳播時，質點位移的振幅隨離開表面的深度按指數衰減，大部分能量集中在大約一個波長的深度內。表面波的聲速爲
值得注意的是，在固體中聲速並非永遠都是一個常數值，而是隨所施的振動強度而變 的。變化的原因是由于在高應力情況下，材料的彈性特性的數值發生了改變。
在結晶材料中，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 有不同的數值。在石英和其他壓電材料中，這種聲速的變化更爲重要，因爲它們的壓電特性 被用作高頻振動源。
④板波。当声波在板状介质中传播时，其波型称为板波。板波的类型有多种，其中主 要的一种是兰姆（Lamb）波。通常所说的板波即是指兰姆波而言，它是在板的厚度可与其 中声波波长相比拟的板中传播的一种弹性波，其声场遍及整个板的厚度。在板波传播的过程 中，质点振动情况是：在固体的两个表面上，质点沿椭圆轨迹振动，与瑞利波相同；在板的 内部，质点振动因波型的不同而异，当波型为對稱型时，质点振动的轨迹与縱波相同；当波 型为反對稱型时，与横波相似，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
當超聲波在介質中傳播時，介質的質點卻是在它的平衡位置做振動，任一瞬時振動的速度就稱爲該時刻的質點速度。假定有一列平面聲波在均勻介質中沿x方向傳播，其波動方程爲
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