超声波金属焊接

“焊接”一词给人直接的联想是火焰、火花和炽热的熔融金属。金属零件被瞬间加热到液态并彼此结合，这是传统的熔焊。但对于小尺寸的电气产品，传统熔焊不是可行的粘合方法。超声波焊接由于无需金属离开固态，成为一种非常好的选择。


超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法。金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将线框振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接。因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。

简单来说，超声波金属焊接利用高频振动产生的摩擦力来形成粘结，而无需使金属熔化。在不熔化材料的情况下建立粘结的好处是不会产生金属间化合物或微粒。这也消除了腐蚀的风险。

超声波焊接可用于粘结各种软的导电非铁金属，包括铜，铝和镍，以及锂，黄铜，银和金。与超声波塑料焊接不同，此过程可粘合不同的金属材料。这种能力使超声波金属焊接成为涉及电力存储设备，线束和组件，断路器和开关，消费类电子产品和手机，甚至可植入医疗设备的理想结合工艺。


电动汽车电池现在是一个非常火爆的市场。超声波金属焊接在该市场中也得到广泛使用，因为超声波焊接能够粘结非常薄的材料（低至5微米的箔片），并能够将这些材料粘结多达100层，从而能够组装大功率锂电池和超级电容器。

塑料和金属的超声波焊接之间的另一个区别是振幅的应用。在超声波塑料焊接中，振幅在垂直方向上施加到上部零件，而振幅在金属材料的横向运动中施加到侧面零件。

另外，超声波金属焊接不需要添加材料或消耗品即可形成粘结。与其他接合技术相比，超声波焊接可重复性和可控性更高。由于超声波金属工艺涉及许多变量（振幅，频率，压力和工具），因此在开发周期上需要更多时间，来开发理想地适合特定应用特定条件的焊接参数和工具。

尽管该过程具有高度可重复性和可控性，但超声波金属焊接需要对工人进行熟练的培训，最终产品才能产生准确的结果。否则，产品可能会不尽如人意。超声波金属焊接还需要进行一定的测试，例如拉力测试，剥离和电阻破坏测试，以实现准确，可重复的焊接结果。

当然，没有什么技术是毫无缺点的。

首先，当焊接工件的厚度及硬度提高时，超声波焊接的功率会过大，声学系统的设计制造和工艺效果都会产生一系列较难解决的问题，因此，当前主要限于丝、箔、片等较细较薄的工件焊接。这也是为什么超声波焊接主要用于小尺寸的零件。另外，超声波焊接的质量检测较为困难，一般的检测方法，如前文提到的拉力测试，剥离和电阻破坏测试，都是有损检测，难以在生产过程中进行实时监控，无损检测的方法尚未达到普及状态。

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