焊(han)(han)接(jie)工(gong)序作為鋰電(dian)池(chi)制造工(gong)藝中的(de)關鍵一環，被應用于鋰電(dian)池(chi)鋁/銅(tong)正負集流(liu)體(ti)、極(ji)片以(yi)及電(dian)池(chi)封(feng)裝等多個位置(zhi)的(de)連接(jie)，任何(he)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭缺陷(xian)都(dou)將(jiang)顯著(zhu)影響鋰電(dian)池(chi)性能的(de)一致(zhi)性。因此，理(li)解超(chao)聲焊(han)(han)接(jie)過(guo)程十分必要(yao)。
1、超聲焊接原理
在超(chao)聲(sheng)焊接(jie)(jie)過程中，換(huan)能(neng)器把高頻(pin)電信號轉化為超(chao)聲(sheng)振(zhen)(zhen)動(dong)信號，高頻(pin)振(zhen)(zhen)動(dong)通(tong)過焊接(jie)(jie)工(gong)具頭傳遞(di)到(dao)待焊金屬(shu)(shu)表面(mian)(mian)，界(jie)(jie)面(mian)(mian)金屬(shu)(shu)氧化膜在一定的壓力和(he)超(chao)聲(sheng)振(zhen)(zhen)動(dong)的劇烈摩擦(ca)作用下(xia)破碎，界(jie)(jie)面(mian)(mian)潔(jie)凈(jing)金屬(shu)(shu)接(jie)(jie)觸并在摩擦(ca)和(he)超(chao)聲(sheng)軟化的共同作用下(xia)，進一步產(chan)生塑(su)性(xing)流動(dong)和(he)擴散使連接(jie)(jie)面(mian)(mian)積逐(zhu)漸增大最終形成可靠的連接(jie)(jie)。
焊接接頭的(de)形成需經過(guo)兩個階(jie)段：過(guo)渡階(jie)段和穩定(ding)階(jie)段。
過渡階段為清(qing)除焊件(jian)(jian)(jian)表(biao)面膜(mo)和氧(yang)(yang)(yang)化物的(de)短暫過(guo)(guo)程(cheng)，穩定(ding)階段(duan)為界面產生相(xiang)互擴散(san)并使相(xiang)互擴散(san)穩定(ding)的(de)過(guo)(guo)程(cheng)。在過(guo)(guo)渡階段(duan)，焊件(jian)(jian)(jian)表(biao)面氧(yang)(yang)(yang)化物膜(mo)由于(yu)強(qiang)烈磨擦作(zuo)用破碎，此時磨擦為主(zhu)要熱源，工(gong)件(jian)(jian)(jian)溫度(du)升高(gao)使工(gong)件(jian)(jian)(jian)材料(liao)屈服(fu)強(qiang)度(du)降低(di)，有(you)利(li)于(yu)工(gong)件(jian)(jian)(jian)表(biao)面氧(yang)(yang)(yang)化膜(mo)破碎及發生塑性變形(xing)，對接頭形(xing)成有(you)重要作(zuo)用。
穩(wen)定階段(duan)，金(jin)屬接觸(chu)表(biao)面(mian)變(bian)得平滑后摩擦作(zuo)用減弱，熱量由(you)于產生(sheng)塑(su)性變(bian)形(xing)而在焊接界(jie)面(mian)聚集，在此(ci)過程中的(de)(de)熱量是(shi)由(you)工件(jian)的(de)(de)塑(su)性變(bian)形(xing)過程產生(sheng)，工具頭施加的(de)(de)壓力致(zhi)使界(jie)面(mian)原子(zi)之(zhi)間(jian)產生(sheng)作(zuo)用力而形(xing)成的(de)(de)金(jin)屬連接過程。
工件與工件連接(jie)界面(mian)僅在(zai)壓(ya)痕(hen)槽下方存在(zai)連接(jie)，接(jie)頭連接(jie)界面(mian)的(de)所有槽下方的(de)連接(jie)長度(du)求和得到接(jie)頭連接(jie)長度(du)的(de)總和，稱之為有效(xiao)連接(jie)長度(du)，也是塑性變形量(liang)的(de)一個(ge)衡量(liang)指標。
焊接區域微觀形(xing)貌
超聲金屬焊接過程的主要(yao)工藝參(can)數有焊接壓(ya)力(li)、焊接能量/時間、工具頭振幅和工具、頭齒紋與尺寸(cun)等(deng)。
（1）壓力的影(ying)響
焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)對(dui)(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)質(zhi)量(liang)的(de)影(ying)響顯著，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)強度隨壓(ya)力(li)(li)(li)的(de)增(zeng)大先增(zeng)加后減小。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)會(hui)改變(bian)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)的(de)滑(hua)動(dong)(dong)阻(zu)力(li)(li)(li)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)較(jiao)小會(hui)導(dao)致(zhi)界(jie)面(mian)的(de)滑(hua)動(dong)(dong)阻(zu)力(li)(li)(li)較(jiao)小，使摩擦(ca)產(chan)生(sheng)的(de)能(neng)量(liang)不(bu)足以讓界(jie)面(mian)形(xing)成(cheng)有效連接(jie)(jie)(jie)；焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)過大導(dao)致(zhi)工具頭(tou)下壓(ya)過深，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)金屬產(chan)生(sheng)相互咬合而(er)影(ying)響了界(jie)面(mian)的(de)相對(dui)(dui)運動(dong)(dong)，阻(zu)礙界(jie)面(mian)金屬進一步(bu)連接(jie)(jie)(jie)，導(dao)致(zhi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)力(li)(li)(li)學性(xing)能(neng)變(bian)差(cha)。因此(ci)，合適的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)參數對(dui)(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)質(zhi)量(liang)有決定性(xing)。
（2）時(shi)間的影(ying)響
焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)間(jian)(jian)直接(jie)(jie)影(ying)響了焊接(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)能量的(de)(de)輸入，對(dui)焊接(jie)(jie)效果有(you)著直接(jie)(jie)的(de)(de)影(ying)響。焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)間(jian)(jian)過短(duan)，輸入能量不足，由于沒有(you)充(chong)分的(de)(de)摩(mo)擦，難以形成(cheng)有(you)效的(de)(de)焊點；隨著焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)增(zeng)加(jia)，相互摩(mo)擦引起(qi)溫度升高，工件(jian)材料(liao)開始軟化，焊接(jie)(jie)區(qu)域界面氧化膜破(po)損及塑性變形，能形成(cheng)較好的(de)(de)連接(jie)(jie)；當焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)間(jian)(jian)進一步(bu)延長，焊頭(tou)容(rong)易在(zai)工件(jian)表面形成(cheng)較深的(de)(de)痕跡，對(dui)焊接(jie)(jie)效果產(chan)生不利的(de)(de)影(ying)響，此外(wai)，過長的(de)(de)焊接(jie)(jie)誒時(shi)(shi)間(jian)(jian)易導致焊頭(tou)與被焊工件(jian)的(de)(de)粘結；
（3）振幅的影響
超聲波焊接過程中(zhong)工(gong)件(jian)(jian)與工(gong)件(jian)(jian)形成的振(zhen)(zhen)動(dong)系統(tong)，振(zhen)(zhen)幅(fu)直接影響工(gong)件(jian)(jian)界面振(zhen)(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(tou)的(de)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）破壞性測試(shi)
超(chao)聲焊(han)(han)接(jie)的(de)好(hao)壞，可直(zhi)接(jie)通過檢測焊(han)(han)接(jie)區(qu)域的(de)抗拉情況進行(xing)判定(ding)，當虛焊(han)(han)與過焊(han)(han)時(shi)，拉力值均會(hui)很低。
（2）紅外測試
焊接(jie)(jie)(jie)工(gong)(gong)藝(yi)參數不同，導(dao)致(zhi)焊機供給(gei)被焊工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)焊接(jie)(jie)(jie)總能量變(bian)化，必(bi)然(ran)引起焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)摩擦作(zuo)用不同，致(zhi)使焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中產生的(de)熱量變(bian)化，那(nei)么焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)也將隨之(zhi)變(bian)化，焊頭(tou)(tou)-工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)觸區(qu)(qu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)以(yi)有效反映接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強度(du)(du)(du)(du)(du)，可(ke)以(yi)通過(guo)測量焊接(jie)(jie)(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)中工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)預測接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)質量。但接(jie)(jie)(jie)觸區(qu)(qu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)并不是越(yue)高(gao)越(yue)好，對(dui)于每種被焊材(cai)料匹配，都有一個臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)值，工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)小于臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)時，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)越(yue)高(gao)則接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強度(du)(du)(du)(du)(du)越(yue)高(gao)；工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)大于臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)時，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強度則會減弱。
（3）能量反饋
不(bu)同(tong)的焊接參數，不(bu)同(tong)的焊接效果所需的能量(liang)是不(bu)一樣的，可以通過檢(jian)測焊接過程的焊接能量(liang)進行判斷。
