焊(han)接工序作為鋰(li)電池(chi)制(zhi)造工藝(yi)中的(de)關鍵一環，被應用于鋰(li)電池(chi)鋁(lv)/銅正負集流體(ti)、極(ji)片(pian)以及電池(chi)封裝(zhuang)等多個(ge)位置的(de)連(lian)接，任何(he)焊(han)接接頭缺陷(xian)都將顯著影響(xiang)鋰(li)電池(chi)性能(neng)的(de)一致性。因此，理解超聲焊(han)接過程十(shi)分(fen)必要。
1、超聲焊接原理
在(zai)超(chao)聲焊(han)接(jie)(jie)(jie)過(guo)程中，換能(neng)器把高頻(pin)電信號(hao)轉化(hua)(hua)為超(chao)聲振(zhen)動信號(hao)，高頻(pin)振(zhen)動通過(guo)焊(han)接(jie)(jie)(jie)工具(ju)頭傳遞(di)到待焊(han)金屬(shu)表(biao)面(mian)，界(jie)面(mian)金屬(shu)氧化(hua)(hua)膜(mo)在(zai)一定(ding)的壓力和(he)超(chao)聲振(zhen)動的劇烈摩(mo)擦(ca)作(zuo)用(yong)下(xia)破(po)碎，界(jie)面(mian)潔凈金屬(shu)接(jie)(jie)(jie)觸并(bing)在(zai)摩(mo)擦(ca)和(he)超(chao)聲軟化(hua)(hua)的共同作(zuo)用(yong)下(xia)，進一步產生塑性流動和(he)擴(kuo)散使連接(jie)(jie)(jie)面(mian)積逐漸增大(da)最終形成可靠的連接(jie)(jie)(jie)。
焊接接頭的形成需經(jing)過兩個階(jie)段：過渡階(jie)段和穩定(ding)階(jie)段。
過渡階段(duan)為(wei)清除焊(han)件(jian)表(biao)面膜和氧(yang)化物的短暫過程(cheng)，穩(wen)定階段(duan)為(wei)界面產生(sheng)相互擴散并使相互擴散穩(wen)定的過程(cheng)。在過渡階段(duan)，焊(han)件(jian)表(biao)面氧(yang)化物膜由于強(qiang)烈(lie)磨擦作用破(po)碎，此時磨擦為(wei)主要(yao)(yao)熱源，工(gong)件(jian)溫度(du)升高(gao)使工(gong)件(jian)材料屈(qu)服強(qiang)度(du)降低(di)，有利于工(gong)件(jian)表(biao)面氧(yang)化膜破(po)碎及發生(sheng)塑性變形，對接頭形成有重要(yao)(yao)作用。
穩定階段，金(jin)屬(shu)接(jie)觸表面(mian)變(bian)得平(ping)滑后(hou)摩擦作用(yong)減弱(ruo)，熱量(liang)由于產(chan)(chan)生塑性變(bian)形而在焊接(jie)界(jie)(jie)面(mian)聚(ju)集，在此(ci)過程中的熱量(liang)是由工件的塑性變(bian)形過程產(chan)(chan)生，工具頭施加的壓力致使(shi)界(jie)(jie)面(mian)原(yuan)子(zi)之間(jian)產(chan)(chan)生作用(yong)力而形成的金(jin)屬(shu)連(lian)接(jie)過程。
工件與(yu)工件連接(jie)界面(mian)僅在壓痕槽下方存(cun)在連接(jie)，接(jie)頭連接(jie)界面(mian)的(de)所(suo)有(you)槽下方的(de)連接(jie)長(chang)度求和得到接(jie)頭連接(jie)長(chang)度的(de)總(zong)和，稱(cheng)之為有(you)效連接(jie)長(chang)度，也是塑性(xing)變形量的(de)一個衡量指標。
焊接區域微(wei)觀形貌
超聲金屬焊接(jie)(jie)(jie)過程的主要工(gong)藝參數有(you)焊接(jie)(jie)(jie)壓力、焊接(jie)(jie)(jie)能(neng)量/時間、工(gong)具頭振(zhen)幅和工(gong)具、頭齒紋與(yu)尺寸等。
（1）壓(ya)力的影響
焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)對(dui)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)顯著，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)強度隨壓(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)增大(da)先增加后減小。焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)會改變(bian)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)滑動阻力(li)(li)(li)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)較小會導(dao)致(zhi)界(jie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)滑動阻力(li)(li)(li)較小，使(shi)摩(mo)擦產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)(liang)不足以讓界(jie)面(mian)(mian)形成有(you)效(xiao)連接(jie)(jie)(jie)(jie)；焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)過大(da)導(dao)致(zhi)工具頭(tou)下(xia)壓(ya)過深，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)界(jie)面(mian)(mian)金屬(shu)產生(sheng)相互咬合(he)而(er)影響(xiang)了界(jie)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)相對(dui)運動，阻礙界(jie)面(mian)(mian)金屬(shu)進一步連接(jie)(jie)(jie)(jie)，導(dao)致(zhi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)性(xing)能變(bian)差。因此，合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)壓(ya)力(li)(li)(li)參數對(dui)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)質量(liang)(liang)有(you)決定性(xing)。
（2）時間(jian)的影(ying)響
焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)間(jian)直接(jie)(jie)(jie)影響(xiang)了焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過(guo)程(cheng)中能(neng)(neng)量(liang)的(de)輸入(ru)(ru)，對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)效(xiao)果有(you)著直接(jie)(jie)(jie)的(de)影響(xiang)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)間(jian)過(guo)短，輸入(ru)(ru)能(neng)(neng)量(liang)不(bu)足，由于沒(mei)有(you)充分的(de)摩擦，難以形(xing)成(cheng)(cheng)有(you)效(xiao)的(de)焊(han)(han)(han)(han)點；隨著焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)間(jian)的(de)增加，相互(hu)摩擦引起(qi)溫度升高，工件(jian)材料開(kai)始軟化，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)區(qu)域(yu)界面氧化膜破損及塑性變(bian)形(xing)，能(neng)(neng)形(xing)成(cheng)(cheng)較好的(de)連接(jie)(jie)(jie)；當焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)間(jian)進一步(bu)延長(chang)，焊(han)(han)(han)(han)頭容易(yi)在(zai)工件(jian)表面形(xing)成(cheng)(cheng)較深(shen)的(de)痕跡，對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)效(xiao)果產生不(bu)利的(de)影響(xiang)，此(ci)外，過(guo)長(chang)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)誒時(shi)間(jian)易(yi)導致焊(han)(han)(han)(han)頭與被焊(han)(han)(han)(han)工件(jian)的(de)粘結；
（3）振(zhen)幅的影(ying)響(xiang)
超聲波焊接過程中工件與工件形成的(de)振動系統，振幅直接影響(xiang)工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
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
超(chao)聲焊(han)接(jie)的好壞(huai)，可直接(jie)通過檢測(ce)焊(han)接(jie)區域的抗拉(la)情況進行判定，當(dang)虛(xu)焊(han)與過焊(han)時，拉(la)力值(zhi)均會很低。
（2）紅外測(ce)試
焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)(gong)(gong)藝參數不同(tong)，導致焊(han)(han)(han)機供給(gei)被(bei)(bei)焊(han)(han)(han)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)總能(neng)量變(bian)化，必然引起焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)摩擦作用(yong)不同(tong)，致使焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)(cheng)中產生的(de)(de)熱量變(bian)化，那么焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)(cheng)中工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)也將(jiang)隨(sui)之(zhi)變(bian)化，焊(han)(han)(han)頭(tou)(tou)-工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)區溫(wen)(wen)度(du)(du)可以(yi)有(you)效反映(ying)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強(qiang)度(du)(du)，可以(yi)通過測(ce)量焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程(cheng)(cheng)中工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)預(yu)測(ce)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)質量。但(dan)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)區溫(wen)(wen)度(du)(du)并不是(shi)越(yue)高(gao)(gao)越(yue)好，對于每種(zhong)被(bei)(bei)焊(han)(han)(han)材料匹(pi)配，都有(you)一個臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)值(zhi)，工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)小(xiao)于臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)時，溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)則接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強(qiang)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)；工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)溫(wen)(wen)度(du)(du)大于臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)時，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)強(qiang)度則會減弱。
（3）能量反(fan)饋(kui)
不同(tong)的(de)焊(han)接參(can)數，不同(tong)的(de)焊(han)接效(xiao)果所需(xu)的(de)能量是不一樣的(de)，可以通過檢測焊(han)接過程的(de)焊(han)接能量進行判斷(duan)。
