焊(han)接工(gong)(gong)序作(zuo)為鋰電(dian)池制(zhi)造工(gong)(gong)藝中的(de)關(guan)鍵(jian)一環，被應用于鋰電(dian)池鋁/銅正負集流體(ti)(ti)、極片(pian)以及電(dian)池封裝(zhuang)等多個位置的(de)連接，任何焊(han)接接頭缺陷(xian)都(dou)將顯著影響鋰電(dian)池性能(neng)的(de)一致性。因(yin)此，理解超(chao)聲(sheng)焊(han)接過程(cheng)十分(fen)必(bi)要。
1、超聲焊接原理
在(zai)(zai)超(chao)聲(sheng)(sheng)焊接(jie)(jie)過(guo)程中，換能(neng)器把高頻電信號轉化(hua)(hua)為超(chao)聲(sheng)(sheng)振動(dong)信號，高頻振動(dong)通(tong)過(guo)焊接(jie)(jie)工(gong)具頭傳遞到待(dai)焊金屬(shu)表面(mian)(mian)，界面(mian)(mian)金屬(shu)氧化(hua)(hua)膜在(zai)(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)壓力(li)和(he)超(chao)聲(sheng)(sheng)振動(dong)的(de)(de)劇(ju)烈摩(mo)擦(ca)作用(yong)下(xia)破碎，界面(mian)(mian)潔凈金屬(shu)接(jie)(jie)觸并在(zai)(zai)摩(mo)擦(ca)和(he)超(chao)聲(sheng)(sheng)軟(ruan)化(hua)(hua)的(de)(de)共同(tong)作用(yong)下(xia)，進一(yi)步產生(sheng)塑(su)性流動(dong)和(he)擴散使連接(jie)(jie)面(mian)(mian)積逐漸增大(da)最終形成(cheng)可靠的(de)(de)連接(jie)(jie)。
焊接(jie)接(jie)頭的形成需經過(guo)兩個階段：過(guo)渡階段和穩定階段。
過渡階(jie)段為清除焊(han)件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)膜(mo)和(he)氧化物的短暫過程(cheng)，穩定階段為界面(mian)產生相互(hu)擴散并(bing)使(shi)相互(hu)擴散穩定的過程(cheng)。在過渡階段，焊(han)件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)氧化物膜(mo)由于(yu)強烈磨擦作用(yong)破碎，此時磨擦為主要熱源，工件(jian)溫度(du)升高使(shi)工件(jian)材料屈服強度(du)降低(di)，有利(li)于(yu)工件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)氧化膜(mo)破碎及發生塑性變形，對(dui)接頭形成有重要作用(yong)。
穩定階(jie)段(duan)，金(jin)屬接(jie)觸(chu)表面變(bian)得(de)平滑(hua)后摩(mo)擦(ca)作(zuo)用減弱，熱(re)量由于產(chan)(chan)生塑性變(bian)形(xing)而(er)在焊接(jie)界面聚集，在此過(guo)(guo)(guo)程中的熱(re)量是由工件的塑性變(bian)形(xing)過(guo)(guo)(guo)程產(chan)(chan)生，工具頭施加的壓力致使(shi)界面原子之(zhi)間產(chan)(chan)生作(zuo)用力而(er)形(xing)成的金(jin)屬連接(jie)過(guo)(guo)(guo)程。
工件(jian)與工件(jian)連(lian)接(jie)界面(mian)僅(jin)在壓痕槽(cao)下方(fang)存在連(lian)接(jie)，接(jie)頭連(lian)接(jie)界面(mian)的(de)(de)所有槽(cao)下方(fang)的(de)(de)連(lian)接(jie)長(chang)度求和得到(dao)接(jie)頭連(lian)接(jie)長(chang)度的(de)(de)總和，稱之為有效(xiao)連(lian)接(jie)長(chang)度，也是塑性(xing)變形(xing)量的(de)(de)一個衡(heng)量指(zhi)標。
焊接區域微觀形貌
超聲金屬焊(han)接過程的主(zhu)要工(gong)藝(yi)參數有焊(han)接壓力、焊(han)接能(neng)量(liang)/時間、工(gong)具頭振幅和工(gong)具、頭齒紋與尺寸等。
（1）壓力的影響(xiang)
焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭質量的(de)(de)(de)影響顯(xian)著，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭強度隨壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)先增(zeng)加(jia)后減小。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)會改(gai)變焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)滑動阻(zu)力(li)(li)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)較(jiao)小會導(dao)致界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)滑動阻(zu)力(li)(li)較(jiao)小，使摩(mo)擦產生(sheng)的(de)(de)(de)能(neng)量不足以讓界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)形成(cheng)有效(xiao)連接(jie)(jie)(jie)(jie)；焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)過大(da)導(dao)致工(gong)具頭下(xia)壓(ya)過深，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)金屬產生(sheng)相互咬合(he)而影響了界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)相對(dui)(dui)運動，阻(zu)礙界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)金屬進一步連接(jie)(jie)(jie)(jie)，導(dao)致焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)變差。因此，合(he)適的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)參數對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)質量有決定性(xing)(xing)。
（2）時間的影(ying)響
焊(han)接(jie)時間(jian)(jian)(jian)直接(jie)影響了焊(han)接(jie)過程中能量(liang)的(de)(de)(de)輸(shu)入，對焊(han)接(jie)效(xiao)果(guo)有著直接(jie)的(de)(de)(de)影響。焊(han)接(jie)時間(jian)(jian)(jian)過短，輸(shu)入能量(liang)不(bu)足，由于沒有充分(fen)的(de)(de)(de)摩擦(ca)，難以形(xing)成(cheng)有效(xiao)的(de)(de)(de)焊(han)點；隨著焊(han)接(jie)時間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)增加，相(xiang)互摩擦(ca)引起溫度升高，工(gong)件(jian)(jian)材(cai)料開始軟化，焊(han)接(jie)區域(yu)界面(mian)氧(yang)化膜破損及(ji)塑(su)性變形(xing)，能形(xing)成(cheng)較(jiao)好的(de)(de)(de)連接(jie)；當焊(han)接(jie)時間(jian)(jian)(jian)進一步延長，焊(han)頭容易(yi)在工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)形(xing)成(cheng)較(jiao)深的(de)(de)(de)痕跡，對焊(han)接(jie)效(xiao)果(guo)產生不(bu)利的(de)(de)(de)影響，此外，過長的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)誒時間(jian)(jian)(jian)易(yi)導致(zhi)焊(han)頭與被焊(han)工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)粘結；
（3）振幅的影響
超聲波焊接過程中工(gong)件(jian)與工(gong)件(jian)形成(cheng)的振(zhen)動(dong)系(xi)統，振(zhen)幅直(zhi)接影響(xiang)工(gong)件(jian)界面振(zhen)動(dong)的瞬時速度，最終影響摩擦生熱及塑性變形，對焊接質量造成影響。
（4）焊頭的影響
焊頭是超聲波金屬焊接的關鍵組成部分，焊接過程中，焊頭在壓力作用下要抓緊被焊工件，這樣，超聲波焊機產生的機械振動才能傳遞給被焊工件界面以形成固相連接。焊頭面積不同，會導致焊接過程中焊接壓力的分布不同，即連接界面的具有不同的應力，使焊接過程中摩擦力不同，從而使焊接過程中摩擦產熱量不同，導致焊接過程中工件溫度不同，最終影響接頭質量。而焊頭花紋齒深則決定焊頭花紋嵌入工件表面的難易程度，也直接影響工件表面壓痕深度，間接影響焊接過程中工件溫度，對接頭質量造成影響。因此，焊頭形貌及尺寸對接頭質量有非常關鍵的作用。
焊頭面積相同時，矩形焊頭比圓形焊頭產生的塑性變形程度強烈；焊頭形狀相同時，面積大的焊頭能使焊接區塑性變形程度更強烈。
焊頭面積相同時，圓形焊頭更容易將焊頭下方的工件材料擠出，形成更深的壓痕；焊頭形狀相同時， 面積小的焊頭使工件表面接觸區域壓強較大，從而形成更深的壓痕。
3、焊接質量監視
（1）破壞(huai)性(xing)測試
超聲焊(han)(han)接(jie)的好壞，可直(zhi)接(jie)通過檢(jian)測焊(han)(han)接(jie)區域(yu)的抗拉(la)情況(kuang)進行判定，當虛焊(han)(han)與過焊(han)(han)時(shi)，拉(la)力值均(jun)會(hui)很低。
（2）紅外(wai)測(ce)試
焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝參數不(bu)同(tong)，導致焊(han)(han)機(ji)供給被焊(han)(han)工(gong)件(jian)(jian)的焊(han)(han)接(jie)總能(neng)量(liang)變(bian)化，必然引(yin)起焊(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的摩擦作用不(bu)同(tong)，致使焊(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)產生的熱(re)量(liang)變(bian)化，那(nei)么焊(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)工(gong)件(jian)(jian)的溫(wen)度也(ye)將隨之變(bian)化，焊(han)(han)頭-工(gong)件(jian)(jian)接(jie)觸區溫(wen)度可(ke)(ke)以(yi)有效(xiao)反映接(jie)頭強(qiang)度，可(ke)(ke)以(yi)通過(guo)測量(liang)焊(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)工(gong)件(jian)(jian)的溫(wen)度預測接(jie)頭質(zhi)量(liang)。但(dan)接(jie)觸區溫(wen)度并不(bu)是越(yue)高(gao)越(yue)好，對于每種被焊(han)(han)材料匹配，都有一(yi)個臨界(jie)溫(wen)度值，工(gong)件(jian)(jian)溫(wen)度小于臨界(jie)溫(wen)度時，溫(wen)度越(yue)高(gao)則接(jie)頭強(qiang)度越(yue)高(gao)；工(gong)件(jian)(jian)溫(wen)度大于臨界(jie)溫(wen)度時，接(jie)頭強(qiang)度則會減弱。
（3）能量反饋
不同(tong)的(de)焊(han)接參數，不同(tong)的(de)焊(han)接效果所需(xu)的(de)能量是不一樣(yang)的(de)，可以通過檢測焊(han)接過程的(de)焊(han)接能量進行(xing)判(pan)斷。
