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1、 原理 

 

超声波金属焊接是利【用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，在加压◆的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，其优点在于快速、节能、熔合强ζ　度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太︻厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大∑、需要加压。 

 

2、焊接优点： 

1）、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。 

2）、焊接后◇导电性好，电阻系数极低或近乎零。 

3）、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊√接。 

4）、焊接时『间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。 

5）、焊接无火花，环保。 

 

3、超声波︽金属焊接适用产品： 

 

1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片●互熔与镍片互熔。. 

2）、锂电池、聚合物◥电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。. 

3）、电线互熔，偏结成一条与●多条互熔。 

4）、电线与名种电子元件、接点、连接器互熔。 

5）、名种家电用品、汽车用品的大型散热⊙座、热交换鳍片、蜂巢心々的互熔。 

6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接∮点，异种金属片的互熔。 

7）、金属管的封尾、切断可水、气密。 

 

4、 振幅参数 

 

振幅对于需要焊接的材料来▅说是一个关键参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接ㄨ不上，温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。因为每一间公司选择的换能器不同，换能器输出的振幅都有所不同，经过适配不同变比的变幅杆及焊头，能够校正焊头的♀工作振幅以符合要求，通常换能器的输出振幅为10—20μm，而工作振幅一般◥为30μm左右，变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关，形状来说如指数型变幅、函数→型变幅、阶梯型变幅等，对变比影响↘很大，前后面积比与总变比成正比。贵公司选用的是不同公司品∏牌的焊接机，简单的方法是按已工作的焊头的比例尺寸制作，能解决振幅参数的稳定。 

 

5、 频率参数 

 

任〗何公司的超声波焊ζ　接机都有』一个中心频率，例如20KHz、40 KHz等，焊接机的工作频率主要由换能器（Transducer）、变幅杆（Booster）、和焊头（Horn）的机械共振频率所↙决定，发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工◢作在谐振状态，每一个部份都设计成一个半＠ 波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作★范围，如一般设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机基本都「能正常工作.我们制作每一个焊头时，都会对谐振频率■作调整，要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊头，我们ζ焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz，误差为5‰。 

 

6、 节点 

 

焊头、变幅杆均被设计为一个工作▽频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面◤的振幅大，应力小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位︻设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以ω　固定位并不是一定为零振幅，这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用隔声材料进行屏蔽，能量损失在♂设计振幅参数时予以考虑。 

 

7、 网纹 

 

超声波金属焊接通常会在焊接位表面，底座表面设计』网纹，网纹设计的目▲地在于防止金属件的滑动，尽可能将能量传递到熔接位。网纹设计一般有方形、菱形、条形网纹。黄金手饰等金属包覆焊头与底座根①椐要求不能设计纹路，网纹的大小与↙深浅根据具体的焊接材▂料要求来确定。 

 

8、 加工精度 

 

超声波焊头因为工作于高频振动情况下，应尽量保持一个对︾称设计，以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动（我们所用于焊接的焊头▲利用的是超声波振动的纵向传递◣，对于整个」谐振系统而言），不均衡振动能导致焊头发热及断裂々。超声波焊接应用于不同行业对加↑工精度要求是不同的，对于特别薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接㊣　、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高，我们所有的加工设备均采用数控设备（如加⌒工车间等），这样才能解决加工出来的精度符合要求。 

 

9、 使用寿命 

 

一只焊头的使用寿命关键决定于两个方面：一、材料，二、工艺 

 

材料方面：超声波焊接要求金属材料有柔顺性好（声波传递过程中机械损耗△小）好的特点，所以常用的材料为铝◥合金及钛合金，但超声波金属焊接要求焊头耐磨损（要求较高的硬度∑　），使材料的选择变得比较困难，因为硬度和韧性似乎是天生对立的，这就要求我们选择非〓常高要求的材料，我们选择︼的钢材能够比较好地解决这个矛盾，使焊头的有效寿命尽量地提高。 

 

工艺方面:包括有加工工艺及后№续处理工艺，加工工艺在前面已详细描☆述过，后续处理包括热处理及参数的修整，基于我公司选择的材料，我们有热处理工艺去解∮决；在每一个焊头制作完成后，单独都要进行参数◆的测定及调整，以解决出品√。 

 

10、 金属相〖熔性

上图互熔性谨供参考，具体应以实验为准 

 

二、故障分析

1、发热

焊头在工作时会有一定的发热现象，这是由∴于材料本身的机械损耗及焊件发热传导所◢致。焊头发热是否正常判断标准为不带负载（即不接触工件）时，连续发射超声♀波半小时以上，温度不能够超过50-70℃，如发热历害，证明焊头已损坏╳或材料不合格，需要更换。

2．啸叫

当焊头工作时出现啸叫时，应分析以下原卐因： 

① 安装螺丝是否已松动 

② 焊头是否产生裂纹 

③ 焊头是否和不应接触的物件相接触。

3．过载

当发生ぷ器发出过载警报时，应按如下步骤进行检查：

① 空载测试，如工作电流正※常，则可能是焊头接触到不应接触的物件或焊头与焊座之间的参数调【节出现故障。 

② 空载测试不正常时，应首【先观察焊头是否有裂纹，安装是否牢固，然后拆下焊头再进行空载测试，排除是否是换能器＋变幅杆出现问题，一步Ψ步进行排除。排除掉换能器＋变幅杆出现故障的可能性后，将新的焊头拆换以※判断。 

③ 有时会出现空载测试正常，而不能正常工作的情况，有可能是焊头等〖声能原件内部发生变化，导致声能传递不↘畅，这里有一个比较简单的判断方法：手触摸法。正常工作的焊头或变幅杆表面工作时振幅是非常均匀的，手摸上去是丝绒般的顺滑，当声能传递不畅时，用手摸上去会有气泡或毛∑刺的感觉，这时就要采用排除法去排除有问题的部件。发生】器不正常时，也能产生同样的「情况，因为正常来说检测换能器输入波形时应为顺滑的正弦波，当正弦波上有尖︻峰或不正常波形时也能产生这种现象，这时可以用另外一整枝声能元件替换以判别。