1、 原理 
    超聲波金屬焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節能、熔合強度高、導電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工；缺點(diǎn)是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位不能太大、需要加壓。 
2、焊接優(yōu)點(diǎn)： 
1）、焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。 
2）、焊接后導電性好，電阻系數極低或近乎零。 
3）、對焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接。 
4）、焊接時(shí)間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。 
5）、焊接無(wú)火花，環(huán)保安全。 
3、超聲波金屬焊接適用產(chǎn)品： 
1）、鎳氫電池鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片互熔與鎳片互熔。. 
2）、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片互熔，鋁箔與鋁片互熔。. 
3）、電線(xiàn)互熔，偏結成一條與多條互熔。 
4）、電線(xiàn)與名種電子元件、接點(diǎn)、連接器互熔。 
5）、名種家電用品、汽車(chē)用品的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔。 
6）、電磁開(kāi)關(guān)、無(wú)熔絲開(kāi)關(guān)等大電流接點(diǎn)，異種金屬片的互熔。 
7）、金屬管的封尾、切斷可水、氣密。 
4、 振幅參數 
    振幅對于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會(huì )熔接不上，溫度過(guò)高就會(huì )使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因為每一間公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過(guò)適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，形狀來(lái)說(shuō)如指數型變幅、函數型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，zui簡(jiǎn)單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數的穩定。 
5、 頻率參數 
    任何公司的超聲波焊接機都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據機械共振頻率調整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設計成一個(gè)半波長(cháng)的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設定為±0.5 KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個(gè)焊頭時(shí)，都會(huì )對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，我們焊頭的頻率會(huì )控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。 
6、 節點(diǎn) 
    焊頭、變幅桿均被設計為一個(gè)工作頻率的半波長(cháng)諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅zui大，應力zui小，而相當于中間位置的節點(diǎn)振幅為零，應力zui大。節點(diǎn)位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時(shí)厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會(huì )引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進(jìn)行屏蔽，能量損失在設計振幅參數時(shí)予以考慮。 
7、 網(wǎng)紋 
    超聲波金屬焊接通常會(huì )在焊接位表面，底座表面設計網(wǎng)紋，網(wǎng)紋設計的目地在于防止金屬件的滑動(dòng)，盡可能將能量傳遞到熔接位。網(wǎng)紋設計一般有方形、菱形、條形網(wǎng)紋。黃金手飾等金屬包覆焊頭與底座根椐要求不能設計紋路，網(wǎng)紋的大小與深淺根據具體的焊接材料要求來(lái)確定。 
8、 加工精度 
    超聲波焊頭因為工作于高頻振動(dòng)情況下，應盡量保持一個(gè)對稱(chēng)設計，以避免聲波傳遞的不對稱(chēng)性導致的不均衡應力及橫向振動(dòng)（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞，對于整個(gè)諧振系統而言），不均衡振動(dòng)能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設備均采用數控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來(lái)的精度符合要求。 
9、 使用壽命 
    一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個(gè)方面：一、材料，二、工藝 
    材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過(guò)程中機械損耗?。┖玫奶攸c(diǎn)，所以zui常用的材料為鋁合金及鈦合金，但超聲波金屬焊接要求焊頭耐磨損（要求較高的硬度），使材料的選擇變得比較困難，因為硬度和韌性似乎是天生對立的，這就要求我們選擇非常高要求的材料，我們選擇的鋼村料能夠比較好地解決這個(gè)矛盾，使焊頭的有效壽命盡量地提高。 
    工藝方面:包括有加工工藝及后續處理工藝，加工工藝在前面已詳細描述過(guò)，后續處理包括熱處理及參數的修整，基于我公司選擇的材料，我們有的熱處理工藝去保證；在每一個(gè)焊頭制作完成后，單獨都要進(jìn)行參數的測定及調整，以保證出品。 
10、 金屬相熔性  
二、故障分析 
1、發(fā)熱 
    焊頭在工作時(shí)會(huì )有一定的發(fā)熱現象，這是由于材料本身的機械損耗及焊件發(fā)熱傳導所致。焊頭發(fā)熱是否正常判斷標準為不帶負載（即不接觸工件）時(shí)，連續發(fā)射超聲波半小時(shí)以上，溫度不能夠超過(guò)50-70℃，如發(fā)熱歷害，證明焊頭已損壞或材料不合格，需要更換。 
2．嘯叫 
當焊頭工作時(shí)出現嘯叫時(shí)，應分析以下原因： 
① 安裝螺絲是否已松動(dòng) 
② 焊頭是否產(chǎn)生裂紋 
③ 焊頭是否和不應接觸的物件相接觸。 
2、 過(guò)載 
當發(fā)生器發(fā)出過(guò)載警報時(shí)，應按如下步驟進(jìn)行檢查： 
① 空載測試，如工作電流正常，則可能是焊頭接觸到不應接觸的物件或焊頭與焊座之間的參數調節出現故障。 
② 空載測試不正常時(shí)，應首先觀(guān)察焊頭是否有裂紋，安裝是否牢固，然后拆下焊頭再進(jìn)行空載測試，排除是否是換能器＋變幅桿出現問(wèn)題，一步步進(jìn)行排除。排除掉換能器＋變幅桿出現故障的可能性后，將新的焊頭拆換以判斷。 
③ 有時(shí)會(huì )出現空載測試正常，而不能正常工作的情況，有可能是焊頭等聲能原件內部發(fā)生變化，導致聲能傳遞不暢，這里有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的判斷方法：手觸摸法。正常工作的焊頭或變幅桿表面工作時(shí)振幅是非常均勻的，手摸上去是絲絨般的順滑，當聲能傳遞不暢時(shí)，用手摸上去會(huì )有氣泡或毛刺的感覺(jué)，這時(shí)就要采用排除法去排除有問(wèn)題的部件。發(fā)生器不正常時(shí)，也能產(chǎn)生同樣的情況，因為正常來(lái)說(shuō)檢測換能器輸入波形時(shí)應為順滑的正弦波，當正弦波上有尖峰或不正常波形時(shí)也能產(chǎn)生這種現象，這時(shí)可以用另外一整枝聲能元件替換以判別。