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，理解超聲焊接過程十分必要。
1、超聲焊接原理
在超聲焊接過程中，換能器把高頻電信號轉(zhuǎn)化為超聲振動信號，高頻振動通過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)生塑性流動和擴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)過兩個階段：過渡階段和穩(wěn)定階段。
過渡階段為清除焊件表面膜和氧化物的短暫過程，穩(wěn)定階段為界面產(chǎn)生相互擴散并使相互擴散穩(wěn)定的過程。在過渡階段，焊件表面氧化物膜由于強烈磨擦作用破碎，此時磨擦為主要熱源，工件溫度升高使工件材料屈服強度降低，有利于工件表面氧化膜破碎及發(fā)生塑性變形，對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，在此過程中的熱量是由工件的塑性變形過程產(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度求和得到接頭連接長度的總和，稱之為有效連接長度，也是塑性變形量的一個衡量指標(biāo)。
焊接區(qū)域微觀形貌
超聲金屬焊接過程的主要工藝參數(shù)有焊接壓力、焊接能量/時間、工具頭振幅和工具、頭齒紋與尺寸等。
（1）壓力的影響
焊接壓力對焊接接頭質(zhì)量的影響顯著，焊接接頭強度隨壓力的增大先增加后減小。焊接壓力會改變焊接界面的滑動阻力，焊接壓力較小會導(dǎo)致界面的滑動阻力較小，使摩擦產(chǎn)生的能量不足以讓界面形成有效連接；焊接壓力過大導(dǎo)致工具頭下壓過深，焊接界面金屬產(chǎn)生相互咬合而影響了界面的相對運動，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)對焊接質(zhì)量有決定性。
（2）時間的影響
焊接時間直接影響了焊接過程中能量的輸入，對焊接效果有著直接的影響。焊接時間過短，輸入能量不足，由于沒有充分的摩擦，難以形成有效的焊點；隨著焊接時間的增加，相互摩擦引起溫度升高，工件材料開始軟化，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)焊接時間進(jìn)一步延長，焊頭容易在工件表面形成較深的痕跡，對焊接效果產(chǎn)生不利的影響，此外，過長的焊接誒時間易導(dǎo)致焊頭與被焊工件的粘結(jié)；
（3）振幅的影響
超聲波焊接過程中工件與工件形成的振動系統(tǒng)，振幅直接影響工件界面振動的瞬時速度，最終影響摩擦生熱及塑性變形，對焊接質(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，焊接過程中，焊頭在壓力作用下要抓緊被焊工件，這樣，超聲波焊機產(chǎn)生的機械振動才能傳遞給被焊工件界面以形成固相連接。焊頭面積不同，會導(dǎo)致焊接過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，使焊接過程中摩擦力不同，從而使焊接過程中摩擦產(chǎn)熱量不同，導(dǎo)致焊接過程中工件溫度不同，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，間接影響焊接過程中工件溫度，對接頭質(zhì)量造成影響。因此，焊頭形貌及尺寸對接頭質(zhì)量有非常關(guān)鍵的作用。
焊頭面積相同時，矩形焊頭比圓形焊頭產(chǎn)生的塑性變形程度強烈；焊頭形狀相同時，面積大的焊頭能使焊接區(qū)塑性變形程度更強烈。
焊頭面積相同時，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， 面積小的焊頭使工件表面接觸區(qū)域壓強較大，從而形成更深的壓痕。
3、焊接質(zhì)量監(jiān)視
（1）破壞性測試
超聲焊接的好壞，可直接通過檢測焊接區(qū)域的抗拉情況進(jìn)行判定，當(dāng)虛焊與過焊時，拉力值均會很低。
（2）紅外測試
焊接工藝參數(shù)不同，導(dǎo)致焊機供給被焊工件的焊接總能量變化，必然引起焊接過程中的摩擦作用不同，致使焊接過程中產(chǎn)生的熱量變化，那么焊接過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度，可以通過測量焊接過程中工件的溫度預(yù)測接頭質(zhì)量。但接觸區(qū)溫度并不是越高越好，對于每種被焊材料匹配，都有一個臨界溫度值，工件溫度小于臨界溫度時，溫度越高則接頭強度越高；工件溫度大于臨界溫度時，接頭強度則會減弱。
（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，可以通過檢測焊接過程的焊接能量進(jìn)行判斷。
