銅-鋁異種金屬超聲波焊接

2022-01-17 16:11

隨著航空航天，汽車製造，電子產業的快速發展，銅與鋁異種金屬的複合構件得到了越來越廣泛的應用。銅-鋁異種金屬焊接的相關研究集中在釺焊、激光焊、攪拌摩擦焊、超聲波焊接等。

超聲波焊接(Ultrasonicwelding)是一種固態焊接技術，它是通過超聲波的高頻振動，在靜壓力的作用下，將超聲頻率的機械振動能轉化為待焊工件之間的變形功與摩擦熱，從而使工件進行可靠連接的一種焊接方法。與其他焊接工藝相比，其焊接時間短、能量輸入少、工件薄等優點使該焊接工藝更加高效，從而可以節約成本，提高生產效率。這些特點使得該技術適用於銅箔-鋁箔異種金屬的焊接。

金屬超聲波焊接原理圖

超聲波焊接可以分為如下幾個過程:初始接觸過程，摩擦產熱過程，焊接軟化過程，固相結合過程與過焊過程。

1)初始接觸過程:超聲波焊接過程的初始階段，在焊接壓力的作用下，兩個待焊工件形成緊密接觸，之後由於上聲極的超聲振動使得聲極與上焊件之間產生一定的摩擦熱而造成短暫的連接，從而將超聲振動傳遞到待焊工件的接觸麵。

2)摩擦產熱過程:超聲波焊接過程中，由超聲振動引起的待焊工件之間的相對摩擦是由初期個別凸點之間的摩擦逐漸擴大到麵摩擦，在此期間，金屬表麵氧化膜等雜質被破碎並分散到材料內部。

3)焊接軟化過程:銅-鋁超聲波焊接結合界麵在超聲振動的往複摩擦過程中，待焊工件接觸界麵溫度迅速升高，產生大量塑性變形，熱力作用不斷加劇，導致箔材產生一定程度的軟化。待焊工件之間的相對位移急劇增加，上焊件焊接外部區域向上翹起。由於摩擦產熱導致的材料軟化與大量塑性變形使得焊接界麵部分區域產生連接。

4)固相結合過程:隨著摩擦的不斷進行，待焊工件表麵的氧化膜去除後，焊接界麵微觀接觸麵積不斷增大。該過程焊接工件的相對位移較小，焊接界麵連接區域表現出強烈的波動。在焊接靜壓力與超聲振動的共同作用下，焊接界麵結合點與結合麵積逐漸增加。當銅-鋁之間的結合力超過振動切向力時，便能形成牢固的接頭。固相連接過程後期階段，焊接界麵連接區域的波動基本消失，結合區域比較平靜。

銅箔-鋁箔超聲波焊接中焊接壓力、焊接振幅、焊接時間對接頭性能影響很大，這三個參數過大或過小都會使焊接接頭強度降低，因此在焊接過程中要注意尋找合適的工藝參數。

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