1、超声波焊接原理

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个被焊物体的表面。在压力下，两个物体的表面相互摩擦，形成分子层之间的融合。

超声波焊接系统的主要组成部分包括超声波发生器/换能器/喇叭/焊接头三联件/模具和框架

声波焊接是通过超声波发生器将50/ 60hz的电流转换成15、20、30或40 KHz的电能。转换后的高频电能通过换能器再次转换为相同频率的机械运动，再通过一组能改变振幅的变幅装置将机械运动传递给焊接头。焊接头将接收到的振动能量传输到待焊接工件的接合处。在这一区域，振动能量通过摩擦转化为热能，熔化待焊接的零件。超声波不仅可以用于金属和硬质热塑性塑料的焊接，还可以用于织物和薄膜的加工。

1)超声波金属焊接原理

超声波金属焊接原理是利用超声波频率(16KHz以上)的机械振动能量，将同一金属或不同金属连接起来的一种特殊方法。在超声波焊接过程中，金属既不向工件传递电流，也不向工件施加高温热源，只是在静压变形能和有限温升的作用下，将机架振动能量转化为工件之间的摩擦功。接头之间的冶金结合是一种不熔化母材的固态焊接。因此，它有效地克服了电阻焊接过程中产生的飞溅和氧化现象。超声波金属焊机可对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄材料进行单点焊接、多点焊接和短条焊接。可广泛应用于可控硅引线、电气引线熔断器焊接、锂电池极片、极耳等。

在锂电池技术中，涉及到三种金属焊接方法:铜/铝箔到卡片，卡片到卡片，卡片到母线。其中，最难焊接的是铜/铝箔与极耳的焊接。由于金属焊接的两端由不同厚度和材质的金属制成，一端(tab)较厚(如0.2mm)，另一端由多层极薄金属片制成。

其中箔片对凸耳焊是将电池内部的所有正极和阴极箔片连接到相应的凸耳上，从而将电池内部的能量传递到外部。一个典型的锂电池组由数百个锂电池组组成。电池组以串联或并联的方式组合。如果一个连接失败，整个电池组的输出都会失败。因此，牢固的联系至关重要。

多层箔与极耳的连接采用超声波金属焊接(UMW)。该过程如下图所示。UMW非常适用于不同金属材料(如铜、铝、镍)之间的焊接。两个金属部件通过压力压缩，用超声波高频相对振动(通常为20Khz-40Khz)。摩擦产生的热量可以消除金属表面的氧化物和污染物，两部分形成“光滑”的金属表面。这时，在适当的压力和热量下，两者之间就形成了一个焊缝。

这个过程有几个优点。因为是固体工艺，所以可以适应不同材料的结合，避免金属化合物的产生。它非常适用于高导电材料之间的焊接，如镀铜材料。整个过程不需要高功率，焊接周期很短，只有几分之一秒。多层薄材料可以在一次操作中焊接。

与电阻点焊(RSW)和激光束焊接(LBW)相比，超声波金属焊接(UMW)是锂离子电池应用中更为理想的连接工艺。RSW依靠材料的电阻产生热量进行连接。但电池行业常用的铝箔、铜箔电阻极低，铝箔表面形成的坚韧氧化层减少了RSW的应用。LBW对焊接两端的材料层间隙非常敏感。根据一般经验，间隙应小于材料厚度的10%，即12 μ M的铝箔将需要1.2 μ M或更小的间隙，这些要求很难实现。对于超声波金属焊接工艺，不存在上述问题。