超声波金属焊接机是一种用于连接小零件的焊接设备，例如导线焊接、多层拉片焊接、线束焊接等。，并且还可以连接一些较厚的金属板，这取决于焊接条件和参数的设置。本文采用不同参数进行了一系列实验，并在特定焊接设备和焊头条件下进行了撕裂张力试验。通过控制振幅和减少外观问题来提高焊接强度和质量。光学显微镜和扫描电子显微镜用于研究焊缝质量。

熔焊: 加热要连接的工件，使其局部熔化，形成熔池。熔池冷却并凝固，然后加入。如有必要，可以添加它来辅助各种金属和合金的焊接过程，不要加压。焊缝接触面为液体和液体。

压力焊接: 在加热或不加热的情况下，对组合焊接件施加一定的压力，导致塑性变形或熔化，并通过再结晶和扩散，一种焊接方法，使两个独立表面的原子达到金属键的形成并结合。焊接焊接接触面坚固耐用。

2.超声波金属焊接

超声波金属焊接是一种压力焊接工艺。在焊接过程中，多层材料在纵向压力下紧密配合，同时施加横向高频剪切振动。在振动过程中，材料被压缩和变形，剪切运动去除表面突起，去除表面氧化物和污染物，并增加焊接部件之间的接触面积。

超声波金属焊接早出现在20世纪50年代早期的19年代，当时它被用于晶粒细化和固化，但目前，该技术可以应用于各种软硬金属连接。与其他焊接设备相比，超声波焊接设备体积小、重量轻、通用性强。此外，焊接工艺不需要任何辅助材料，生产效率高，环境友好。因此，超声波焊接已成为许多工业领域和科研应用中公认并广泛使用的连接技术。

超声波焊接系统由电源、传感器、振幅调制器、焊头、底座和框架组成。

在焊接研究中，为了改进焊缝的焊接接缝和质量，进行了两项研究:

(1) 焊头设计分析和焊接喷嘴振幅测试;

(2) 焊接参数的实验研究。通过对焊接部件进行撕裂试验来评估焊接强度。通过对变形表面的微观观察来评估焊接质量。考虑到现场人员的实用性，这里省略了焊接头设计分析和焊接喷嘴振幅测试部分 (该部分的分析和检验报告由设备/模具供应商提供)，突出了不同焊接参数下的实验研究结果，为现场工程师的参数调整提供指导。

3.焊接实验

3.1实验设置

使用20.8 kW个超声波电箱20个。8kHz，焊接头和传感器组件通过安装支架连接到机器支架，如图2所示。机架上方安装了一个2kN压力传感器来测量焊接压力。焊接喷嘴和焊头底座上有滚花，见图3。用铝和铜焊接样品，50 × 10mm，厚度0.1-0.5毫米mm。两个金属条的重叠面积为10 × 10mm，即超声波焊接面积，焊点直径为6毫米mm，如图4所示。每组参数焊接5件进行撕裂试验，记录平均值和标准偏差。材料组合有: 铝、铜、铝、铜。

2实验装置

图3焊头上的鼻头和底座滚花

图4金属棒尺寸和焊点外观

3.2分段振幅

大多数生产现场使用恒定振幅，即在整个焊接过程中振幅保持不变。还有另一种选择，分段振幅。两级振幅切换可以由时间、位置、功率或能量触发。有一种做法是在焊接开始时使用更高的振幅，促使焊接界面以更高的速度 “擦洗” 表面，并在紧密接触的表面上建立固态焊接。然后减小振幅以减少摩擦热产生和软化程度，避免对金属板的过度剪切损坏。在本实验中，使用分段振幅进行了一系列实验，并研究了振幅与焊接强度和质量之间的关系。

3.3实验结果-相同材料的焊接强度

对于不同的振幅和焊接压力，铝和铜的焊接强度如图5-6所示。铝和铜材料厚度0.1毫米。在每组参数下测试5片撕裂张力，图中每个误差条代表5片撕裂张力的标准偏差。结果表明:

焊接压力增加，焊接强度增加。在这里你需要解释说，过度的压力会导致过度摩擦，抑制接触面的相对运动，并导致焊接强度降低。振幅越大，焊接强度越大。然而，40um振幅下焊接强度的波动性 (标准偏差) 也变得更大，产品外观越差。使用分段振幅40-17um不仅可以减少焊接强度分布的标准偏差 (减少波动性)，还可以显示出更好的焊接强度。在相同的焊接强度下，铝焊接强度优于铜。

图5铝焊接压力和焊接强度曲线

6铜铜焊接压力和焊接强度曲线

3.4实验结果-不同材料的焊接强度

当焊接不同的材料时，将哪种材料放在上面接触焊头是非常重要的。铝板和铜板的结合比铜板上铝板的结合具有明显更好的焊接强度。当焊接压力大于500-600N时，在恒定振幅或分段振幅下的焊接强度显著降低，因为材料容易与焊头结合，导致强度下降。在此过程中，可以观察到材料硬度和表面粗糙度显著影响焊接强度。