超聲波金屬焊接機是一種用于連接小零件的焊接設備，例如導線焊接、多層拉片焊接、線束焊接等。，并且還可以連接一些較厚的金屬板，這取決于焊接條件和參數的設置。本文采用不同參數進行了一系列實驗，并在特定焊接設備和焊頭條件下進行了撕裂張力試驗。通過控制振幅和減少外觀問題來提高焊接強度和質量。光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡用于研究焊縫質量。

熔焊: 加熱要連接的工件，使其局部熔化，形成熔池。熔池冷卻并凝固，然后加入。如有必要，可以添加它來輔助各種金屬和合金的焊接過程，不要加壓。焊縫接觸面為液體和液體。

壓力焊接: 在加熱或不加熱的情況下，對組合焊接件施加一定的壓力，導致塑性變形或熔化，并通過再結晶和擴散，一種焊接方法，使兩個獨立表面的原子達到金屬鍵的形成并結合。焊接焊接接觸面堅固耐用。

2.超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接是一種壓力焊接工藝。在焊接過程中，多層材料在縱向壓力下緊密配合，同時施加橫向高頻剪切振動。在振動過程中，材料被壓縮和變形，剪切運動去除表面突起，去除表面氧化物和污染物，并增加焊接部件之間的接觸面積。

超聲波金屬焊接早出現在20世紀50年代早期的19年代，當時它被用于晶粒細化和固化，但目前，該技術可以應用于各種軟硬金屬連接。與其他焊接設備相比，超聲波焊接設備體積小、重量輕、通用性強。此外，焊接工藝不需要任何輔助材料，生產效率高，環境友好。因此，超聲波焊接已成為許多工業領域和科研應用中公認并廣泛使用的連接技術。

超聲波焊接系統由電源、傳感器、振幅調制器、焊頭、底座和框架組成。

在焊接研究中，為了改進焊縫的焊接接縫和質量，進行了兩項研究:

(1) 焊頭設計分析和焊接噴嘴振幅測試;

(2) 焊接參數的實驗研究。通過對焊接部件進行撕裂試驗來評估焊接強度。通過對變形表面的微觀觀察來評估焊接質量。考慮到現場人員的實用性，這里省略了焊接頭設計分析和焊接噴嘴振幅測試部分 (該部分的分析和檢驗報告由設備/模具供應商提供)，突出了不同焊接參數下的實驗研究結果，為現場工程師的參數調整提供指導。

3.焊接實驗

3.1實驗設置

使用20.8 kW個超聲波電箱20個。8kHz，焊接頭和傳感器組件通過安裝支架連接到機器支架，如圖2所示。機架上方安裝了一個2kN壓力傳感器來測量焊接壓力。焊接噴嘴和焊頭底座上有滾花，見圖3。用鋁和銅焊接樣品，50 × 10mm，厚度0.1-0.5毫米mm。兩個金屬條的重疊面積為10 × 10mm，即超聲波焊接面積，焊點直徑為6毫米mm，如圖4所示。每組參數焊接5件進行撕裂試驗，記錄平均值和標準偏差。材料組合有: 鋁、銅、鋁、銅。

2實驗裝置

圖3焊頭上的鼻頭和底座滾花

圖4金屬棒尺寸和焊點外觀

3.2分段振幅

大多數生產現場使用恒定振幅，即在整個焊接過程中振幅保持不變。還有另一種選擇，分段振幅。兩級振幅切換可以由時間、位置、功率或能量觸發。有一種做法是在焊接開始時使用更高的振幅，促使焊接界面以更高的速度 “擦洗” 表面，并在緊密接觸的表面上建立固態焊接。然后減小振幅以減少摩擦熱產生和軟化程度，避免對金屬板的過度剪切損壞。在本實驗中，使用分段振幅進行了一系列實驗，并研究了振幅與焊接強度和質量之間的關系。

3.3實驗結果-相同材料的焊接強度

對于不同的振幅和焊接壓力，鋁和銅的焊接強度如圖5-6所示。鋁和銅材料厚度0.1毫米。在每組參數下測試5片撕裂張力，圖中每個誤差條代表5片撕裂張力的標準偏差。結果表明:

焊接壓力增加，焊接強度增加。在這里你需要解釋說，過度的壓力會導致過度摩擦，抑制接觸面的相對運動，并導致焊接強度降低。振幅越大，焊接強度越大。然而，40um振幅下焊接強度的波動性 (標準偏差) 也變得更大，產品外觀越差。使用分段振幅40-17um不僅可以減少焊接強度分布的標準偏差 (減少波動性)，還可以顯示出更好的焊接強度。在相同的焊接強度下，鋁焊接強度優于銅。

圖5鋁焊接壓力和焊接強度曲線

6銅銅焊接壓力和焊接強度曲線

3.4實驗結果-不同材料的焊接強度

當焊接不同的材料時，將哪種材料放在上面接觸焊頭是非常重要的。鋁板和銅板的結合比銅板上鋁板的結合具有明顯更好的焊接強度。當焊接壓力大于500-600N時，在恒定振幅或分段振幅下的焊接強度顯著降低，因為材料容易與焊頭結合，導致強度下降。在此過程中，可以觀察到材料硬度和表面粗糙度顯著影響焊接強度。