焊接工序作為鋰電池制造工藝中的關(guān)鍵一環(huán)，被應(yīng)用于鋰電池鋁/銅正負(fù)集流體、極片以及電池封裝等多個(gè)位置的連接，任何焊接接頭缺陷都將顯著影響鋰電池性能的一致性。因此，理解超聲焊接過(guò)程十分必要。
1、超聲焊接原理
在超聲焊接過(guò)程中，換能器把高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)化為超聲振動(dòng)信號(hào)，高頻振動(dòng)通過(guò)焊接工具頭傳遞到待焊金屬表面，界面金屬氧化膜在一定的壓力和超聲振動(dòng)的劇烈摩擦作用下破碎，界面潔凈金屬接觸并在摩擦和超聲軟化的共同作用下，進(jìn)一步產(chǎn)生塑性流動(dòng)和擴(kuò)散使連接面積逐漸增大最終形成可靠的連接。
焊接接頭的形成需經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段：過(guò)渡階段和穩(wěn)定階段。
過(guò)渡階段為清除焊件表面膜和氧化物的短暫過(guò)程，穩(wěn)定階段為界面產(chǎn)生相互擴(kuò)散并使相互擴(kuò)散穩(wěn)定的過(guò)程。在過(guò)渡階段，焊件表面氧化物膜由于強(qiáng)烈磨擦作用破碎，此時(shí)磨擦為主要熱源，工件溫度升高使工件材料屈服強(qiáng)度降低，有利于工件表面氧化膜破碎及發(fā)生塑性變形，對(duì)接頭形成有重要作用。
穩(wěn)定階段，金屬接觸表面變得平滑后摩擦作用減弱，熱量由于產(chǎn)生塑性變形而在焊接界面聚集，在此過(guò)程中的熱量是由工件的塑性變形過(guò)程產(chǎn)生，工具頭施加的壓力致使界面原子之間產(chǎn)生作用力而形成的金屬連接過(guò)程。
工件與工件連接界面僅在壓痕槽下方存在連接，接頭連接界面的所有槽下方的連接長(zhǎng)度求和得到接頭連接長(zhǎng)度的總和，稱之為有效連接長(zhǎng)度，也是塑性變形量的一個(gè)衡量指標(biāo)。
焊接區(qū)域微觀形貌
超聲金屬焊接過(guò)程的主要工藝參數(shù)有焊接壓力、焊接能量/時(shí)間、工具頭振幅和工具、頭齒紋與尺寸等。
（1）壓力的影響
焊接壓力對(duì)焊接接頭質(zhì)量的影響顯著，焊接接頭強(qiáng)度隨壓力的增大先增加后減小。焊接壓力會(huì)改變焊接界面的滑動(dòng)阻力，焊接壓力較小會(huì)導(dǎo)致界面的滑動(dòng)阻力較小，使摩擦產(chǎn)生的能量不足以讓界面形成有效連接；焊接壓力過(guò)大導(dǎo)致工具頭下壓過(guò)深，焊接界面金屬產(chǎn)生相互咬合而影響了界面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，阻礙界面金屬進(jìn)一步連接，導(dǎo)致焊接接頭的力學(xué)性能變差。因此，合適的焊接壓力參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量有決定性。
（2）時(shí)間的影響
焊接時(shí)間直接影響了焊接過(guò)程中能量的輸入，對(duì)焊接效果有著直接的影響。焊接時(shí)間過(guò)短，輸入能量不足，由于沒(méi)有充分的摩擦，難以形成有效的焊點(diǎn)；隨著焊接時(shí)間的增加，相互摩擦引起溫度升高，工件材料開(kāi)始軟化，焊接區(qū)域界面氧化膜破損及塑性變形，能形成較好的連接；當(dāng)焊接時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，焊頭容易在工件表面形成較深的痕跡，對(duì)焊接效果產(chǎn)生不利的影響，此外，過(guò)長(zhǎng)的焊接誒時(shí)間易導(dǎo)致焊頭與被焊工件的粘結(jié)；
（3）振幅的影響
超聲波焊接過(guò)程中工件與工件形成的振動(dòng)系統(tǒng)，振幅直接影響工件界面振動(dòng)的瞬時(shí)速度，最終影響摩擦生熱及塑性變形，對(duì)焊接質(zhì)量造成影響。
（4）焊頭的影響
焊頭是超聲波金屬焊接的關(guān)鍵組成部分，焊接過(guò)程中，焊頭在壓力作用下要抓緊被焊工件，這樣，超聲波焊機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)才能傳遞給被焊工件界面以形成固相連接。焊頭面積不同，會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程中焊接壓力的分布不同，即連接界面的具有不同的應(yīng)力，使焊接過(guò)程中摩擦力不同，從而使焊接過(guò)程中摩擦產(chǎn)熱量不同，導(dǎo)致焊接過(guò)程中工件溫度不同，最終影響接頭質(zhì)量。而焊頭花紋齒深則決定焊頭花紋嵌入工件表面的難易程度，也直接影響工件表面壓痕深度，間接影響焊接過(guò)程中工件溫度，對(duì)接頭質(zhì)量造成影響。因此，焊頭形貌及尺寸對(duì)接頭質(zhì)量有非常關(guān)鍵的作用。
焊頭面積相同時(shí)，矩形焊頭比圓形焊頭產(chǎn)生的塑性變形程度強(qiáng)烈；焊頭形狀相同時(shí)，面積大的焊頭能使焊接區(qū)塑性變形程度更強(qiáng)烈。
焊頭面積相同時(shí)，圓形焊頭更容易將焊頭下方的工件材料擠出，形成更深的壓痕；焊頭形狀相同時(shí)， 面積小的焊頭使工件表面接觸區(qū)域壓強(qiáng)較大，從而形成更深的壓痕。
3、焊接質(zhì)量監(jiān)視
（1）破壞性測(cè)試
超聲焊接的好壞，可直接通過(guò)檢測(cè)焊接區(qū)域的抗拉情況進(jìn)行判定，當(dāng)虛焊與過(guò)焊時(shí)，拉力值均會(huì)很低。
（2）紅外測(cè)試
焊接工藝參數(shù)不同，導(dǎo)致焊機(jī)供給被焊工件的焊接總能量變化，必然引起焊接過(guò)程中的摩擦作用不同，致使焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量變化，那么焊接過(guò)程中工件的溫度也將隨之變化，焊頭-工件接觸區(qū)溫度可以有效反映接頭強(qiáng)度，可以通過(guò)測(cè)量焊接過(guò)程中工件的溫度預(yù)測(cè)接頭質(zhì)量。但接觸區(qū)溫度并不是越高越好，對(duì)于每種被焊材料匹配，都有一個(gè)臨界溫度值，工件溫度小于臨界溫度時(shí)，溫度越高則接頭強(qiáng)度越高；工件溫度大于臨界溫度時(shí)，接頭強(qiáng)度則會(huì)減弱。
（3）能量反饋
不同的焊接參數(shù)，不同的焊接效果所需的能量是不一樣的，可以通過(guò)檢測(cè)焊接過(guò)程的焊接能量進(jìn)行判斷。
