簡單介紹超聲波金屬焊接的基礎知識

摘要：

　　1、超聲波金屬焊接基礎知識
　　超聲波金屬焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優點在于快速、節能、熔合強度高、導電性好、無火花、接近冷態加工；缺點是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點位不能太大、需要加壓。

    2、焊接優點：
    1）、焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。
    2）、焊接后導電性好，電阻系數極低或近乎零。
    3）、對焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接。
    4）、焊接時間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。
    5）、焊接無火花，環保安全。

　　3、超聲波金屬焊接適用產品：
    1）、鎳氫電池鎳氫電池鎳網與鎳片互熔與鎳片互熔。.
    2）、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片互熔，鋁箔與鋁片互熔。.
    3）、電線互熔，偏結成一條與多條互熔。
    4）、電線與名種電子元件、接點、連接器互熔。
    5）、名種家電用品、汽車用品的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔。
    6）、電磁開關、無熔絲開關等大電流接點，異種金屬片的互熔。
    7）、金屬管的封尾、切斷可水、氣密。

　　4、 振幅參數
　　振幅對于需要焊接的材料來說是一個關鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因為每一間公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關，形狀來說如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。選用不同公司品牌的焊接機，簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定。

　　5、 頻率參數
　　任何公司的超聲波焊接機都有一個中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機械共振頻率所決定，發生器的頻率根據機械共振頻率調整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態，每一個部份都設計成一個半波長的諧振體。發生器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設定為±0.5 KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。

　　6、 節點
　　焊頭、變幅桿均被設計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節點振幅為零，應力最大。節點位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計振幅參數時予以考慮。

　　7、 網紋
　　超聲波金屬焊接通常會在焊接位表面，底座表面設計網紋，網紋設計的目地在于防止金屬件的滑動，盡可能將能量傳遞到熔接位。網紋設計一般有方形、菱形、條形網紋。黃金手飾等金屬包覆焊頭與底座根椐要求不能設計紋路，網紋的大小與深淺根據具體的焊接材料要求來確定。

　　8、 加工精度
　　超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡量保持一個對稱設計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統而言），不均衡振動能導致焊頭發熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設備均采用數控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要求。

　　9、 使用壽命
　　一只焊頭的使用壽命關鍵決定于兩個方面：一、材料，二、工藝
    材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過程中機械損耗小）好的特點，所以常用的材料為鋁合金及鈦合金，但超聲波金屬焊接要求焊頭耐磨損（要求較高的硬度），使材料的選擇變得比較困難，因為硬度和韌性似乎是天生對立的，這就要求我們選擇非常高要求的材料，我們選擇的優質鋼村料能夠比較好地解決這個矛盾，使焊頭的有效壽命盡量地提高。
　　工藝方面：包括有加工工藝及后續處理工藝，加工工藝在前面已詳細描述過，后續處理包括熱處理及參數的修整，基于我公司選擇的材料，我們有獨創的熱處理工藝去保證；在每一個焊頭制作完成后，單獨都要進行參數的測定及調整，以保證出品。

　　10、 金屬相熔性

（此處應有一副圖片）