超声波焊接金属原理

1. 基本过程

高频振动：超声波发生器将电能转换为高频振动（通常15kHz~40kHz），通过换能器和变幅杆传递到焊头。

压力施加：焊头将振动能量垂直传递到金属工件接触面，同时施加静态压力。

界面摩擦：振动使金属接触面微观凸点摩擦生热，局部温度升高（通常低于熔点，属固态焊接）。

塑性流动：热量和剪切力使金属软化并发生塑性变形，氧化膜破碎，纯净金属原子间形成键合。

冷却成型：振动停止后，压力保持短暂时间，界面冷却形成致密焊点。

2. 关键要素

振动频率与振幅：

频率决定能量密度（常用20kHz或40kHz）。

振幅（通常5~50μm）影响摩擦强度，需根据材料调整。

压力：

压力过小会导致摩擦不足，过大可能抑制振动（典型范围0.1~1MPa）。

焊接时间：

通常0.1~1秒，过短则结合不充分，过长可能过热。

3. 适用材料

软金属更易焊接：如铜、铝、金、银（导热性好，塑性高）。

异种金属组合：如铜-铝、镍-钛（需匹配振动参数）。

局限性：高硬度金属（如钢、钛）需更高能量，可能需表面处理。

4. 技术特点

固态焊接：不熔化金属，避免气孔、裂纹等熔焊缺陷。

快速高效：单点焊接通常在1秒内完成。

无需耗材：不需焊料、保护气体。

精密控制：适合微电子封装（如电池极耳、导线键合）。

5. 典型应用

电子行业：锂电池极耳焊接、芯片引线键合。

汽车制造：线束端子、传感器封装。

珠宝加工：贵金属细件连接。

6. 注意事项

表面清洁：油污或氧化层会阻碍界面结合。

参数优化：需通过实验确定最佳压力、振幅和时间。

设备精度：焊头与工件需严格对位，避免能量偏移。

通过控制振动能量与机械压力的协同作用，超声波焊接实现了金属的高效、低温连接，特别适合对热敏感或微型部件的精密加工。