焊接(jie)工序作為(wei)鋰(li)電池制(zhi)造工藝中的關(guan)鍵一環，被應用(yong)于鋰(li)電池鋁/銅正負集流體、極片以及電池封裝等多個位置的連接(jie)，任何焊接(jie)接(jie)頭(tou)缺陷都將(jiang)顯著影響(xiang)鋰(li)電池性(xing)能的一致性(xing)。因(yin)此(ci)，理(li)解超(chao)聲焊接(jie)過程十分必要。
1、超聲焊接原理
在(zai)超(chao)(chao)聲焊(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中，換能器把高頻電信(xin)號(hao)轉化為超(chao)(chao)聲振(zhen)動(dong)信(xin)號(hao)，高頻振(zhen)動(dong)通過(guo)焊(han)接(jie)工(gong)具頭傳遞到待(dai)焊(han)金屬(shu)表面(mian)，界(jie)面(mian)金屬(shu)氧化膜在(zai)一(yi)(yi)定的壓(ya)力和(he)(he)超(chao)(chao)聲振(zhen)動(dong)的劇烈(lie)摩擦作用(yong)下破碎，界(jie)面(mian)潔(jie)凈金屬(shu)接(jie)觸并在(zai)摩擦和(he)(he)超(chao)(chao)聲軟化的共同作用(yong)下，進一(yi)(yi)步(bu)產生(sheng)塑性流動(dong)和(he)(he)擴散使連(lian)接(jie)面(mian)積逐漸增大最終(zhong)形成可(ke)靠的連(lian)接(jie)。
焊接(jie)接(jie)頭的形(xing)成需經過兩個階段(duan)：過渡階段(duan)和穩定階段(duan)。
過渡階段為清除(chu)焊(han)件(jian)(jian)表面(mian)膜和(he)氧化(hua)(hua)物(wu)的短暫過(guo)程，穩定階段(duan)(duan)為界面(mian)產生相互(hu)擴(kuo)散(san)并使相互(hu)擴(kuo)散(san)穩定的過(guo)程。在過(guo)渡(du)階段(duan)(duan)，焊(han)件(jian)(jian)表面(mian)氧化(hua)(hua)物(wu)膜由于(yu)強烈磨擦作用破(po)碎，此時(shi)磨擦為主(zhu)要熱源，工件(jian)(jian)溫度(du)升高使工件(jian)(jian)材(cai)料屈(qu)服強度(du)降低(di)，有利于(yu)工件(jian)(jian)表面(mian)氧化(hua)(hua)膜破(po)碎及(ji)發生塑性變形，對接頭形成有重要作用。
穩(wen)定階段，金(jin)屬接觸表面(mian)變得平滑(hua)后摩擦作用減(jian)弱(ruo)，熱(re)量由(you)于產生(sheng)塑性變形(xing)(xing)而在(zai)(zai)焊(han)接界面(mian)聚集，在(zai)(zai)此過(guo)程中的(de)熱(re)量是由(you)工(gong)件的(de)塑性變形(xing)(xing)過(guo)程產生(sheng)，工(gong)具頭施加的(de)壓力致使界面(mian)原子之間產生(sheng)作用力而形(xing)(xing)成的(de)金(jin)屬連(lian)接過(guo)程。
工件與(yu)工件連(lian)(lian)接(jie)(jie)界(jie)面(mian)僅(jin)在(zai)壓痕槽下方(fang)存在(zai)連(lian)(lian)接(jie)(jie)，接(jie)(jie)頭(tou)(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)界(jie)面(mian)的所(suo)有槽下方(fang)的連(lian)(lian)接(jie)(jie)長(chang)度求(qiu)和得(de)到接(jie)(jie)頭(tou)(tou)連(lian)(lian)接(jie)(jie)長(chang)度的總和，稱之為(wei)有效連(lian)(lian)接(jie)(jie)長(chang)度，也是塑(su)性變形量(liang)的一個衡量(liang)指標。
焊接區域微觀形(xing)貌
超聲(sheng)金屬(shu)焊(han)(han)接過程的主要工藝參數有焊(han)(han)接壓力(li)、焊(han)(han)接能量/時(shi)間、工具頭振幅和工具、頭齒紋與尺寸(cun)等。
（1）壓力的影響
焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)對焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)質量(liang)的(de)影響顯(xian)著(zhu)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強度隨壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)增大先增加后(hou)減小(xiao)(xiao)。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)會(hui)改變焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)的(de)滑(hua)動阻(zu)力(li)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)較小(xiao)(xiao)會(hui)導(dao)致(zhi)界(jie)面(mian)(mian)的(de)滑(hua)動阻(zu)力(li)較小(xiao)(xiao)，使摩擦產生的(de)能量(liang)不(bu)足以讓界(jie)面(mian)(mian)形成有效(xiao)連(lian)接(jie)(jie)(jie)；焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)過(guo)大導(dao)致(zhi)工具頭(tou)(tou)下壓(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)深，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)金(jin)屬產生相(xiang)互咬合而影響了界(jie)面(mian)(mian)的(de)相(xiang)對運動，阻(zu)礙界(jie)面(mian)(mian)金(jin)屬進一步連(lian)接(jie)(jie)(jie)，導(dao)致(zhi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)力(li)學性(xing)能變差。因(yin)此，合適的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)參數對焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)質量(liang)有決定性(xing)。
（2）時間(jian)的影響
焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)(shi)間直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)影響(xiang)了焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)程中能量的(de)(de)(de)輸入，對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)效果(guo)有(you)著(zhu)直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)影響(xiang)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)(shi)間過(guo)短，輸入能量不(bu)足，由于沒有(you)充分的(de)(de)(de)摩擦(ca)，難以形(xing)成(cheng)有(you)效的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)點；隨(sui)著(zhu)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)增加，相(xiang)互摩擦(ca)引起溫度升高，工(gong)件(jian)(jian)材料(liao)開始軟化，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)區域界(jie)面氧化膜破(po)損(sun)及塑性變(bian)形(xing)，能形(xing)成(cheng)較好的(de)(de)(de)連接(jie)(jie)；當(dang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)(shi)間進一步延長，焊(han)(han)(han)(han)頭容(rong)易(yi)在工(gong)件(jian)(jian)表面形(xing)成(cheng)較深的(de)(de)(de)痕(hen)跡，對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)效果(guo)產生不(bu)利的(de)(de)(de)影響(xiang)，此外，過(guo)長的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)誒時(shi)(shi)間易(yi)導致(zhi)焊(han)(han)(han)(han)頭與被焊(han)(han)(han)(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)(gong)件與工(gong)(gong)件形成的振動系統，振幅直接影響工(gong)(gong)件界面振動的瞬時速度，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(xiang)
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(po)壞性測(ce)試
超(chao)聲(sheng)焊(han)接的(de)好壞，可直(zhi)接通(tong)過檢測焊(han)接區域的(de)抗拉情況進行判定，當虛焊(han)與(yu)過焊(han)時，拉力值均會很低。
（2）紅(hong)外測試
焊接(jie)(jie)(jie)工(gong)(gong)(gong)藝參數不同(tong)，導致(zhi)(zhi)焊機供(gong)給被焊工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)焊接(jie)(jie)(jie)總(zong)能(neng)量(liang)(liang)變(bian)化(hua)，必然引起焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)(de)摩擦作用不同(tong)，致(zhi)(zhi)使焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)產生的(de)(de)熱量(liang)(liang)變(bian)化(hua)，那么焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)也將隨之變(bian)化(hua)，焊頭-工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)觸區溫(wen)(wen)度(du)(du)可以有效反映接(jie)(jie)(jie)頭強(qiang)(qiang)度(du)(du)，可以通過(guo)(guo)測量(liang)(liang)焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)預測接(jie)(jie)(jie)頭質量(liang)(liang)。但(dan)接(jie)(jie)(jie)觸區溫(wen)(wen)度(du)(du)并(bing)不是越高(gao)(gao)越好(hao)，對于每種被焊材料匹配，都有一(yi)個臨界(jie)(jie)溫(wen)(wen)度(du)(du)值，工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)小于臨界(jie)(jie)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，溫(wen)(wen)度(du)(du)越高(gao)(gao)則接(jie)(jie)(jie)頭強(qiang)(qiang)度(du)(du)越高(gao)(gao)；工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)大于臨界(jie)(jie)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，接(jie)(jie)(jie)頭強(qiang)(qiang)度則會減弱。
（3）能(neng)量反饋(kui)
不同的(de)焊(han)接參數，不同的(de)焊(han)接效果所需的(de)能(neng)量是不一樣的(de)，可以(yi)通過(guo)檢測(ce)焊(han)接過(guo)程的(de)焊(han)接能(neng)量進(jin)行判斷(duan)。
