在進(jìn)行超聲波焊接的時候考慮到實用，在功率超聲中其振動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時，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改變金屬塊的厚度來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，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。對不同使用對象，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)計計算岀來的。除了這些之外，還要根據(jù)振子諧振條件，計算出前后蓋板厚度及振子節(jié)點 (即振幅為零的部位，用作固定點)。一般振子的長度為 λ/4、λ/2或3λ/2等。這個λ(波長)是等效波長，因為振子是不均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
