锂电池极耳焊接：超声波工艺原理详解
大家好！我是不言，这是我的第194篇原创文章。
今天来聊一聊锂离子电池制造中的超声波焊接。
它是一种在压力和超声波高频机械振动的共同作用下，通过摩擦生热和塑性变形来实现金属间固态连接（固相焊接） 的方法。核心特征是焊接过程中被焊金属未达到熔点，不形成液态熔池。
1. 基本原理详解
1.1 核心定义与特征
固态连接：焊接过程中，被焊工件界面的温度通常仅达到材料熔点的 1/3至1/2（约200-300℃），远低于熔点。金属不发生熔化，而是通过原子间的相互扩散和键合形成连接。
能量形式：利用的是高频机械振动能（非热能或电能直接作用于工件），通过摩擦转换为界面所需的热能和形变能。
1.2 能量转换与传递链条
整个过程的能量传递遵循一个固定链条：低频电能 (50/60 Hz) → 超声波发生器/控制箱 → 高频电能 (20, 35或40 kHz) → 换能器（压电陶瓷晶体） → 同频率机械振动 → 变幅器（放大振幅） → 焊头 → 传递至被焊工件界面。
超声波焊接基本原理图
1.3 焊接界面的关键作用机理
当振动能量传递到叠放在一起的两工件界面时，在静压力 的配合下，发生以下关键过程：
高频摩擦：焊头带动上工件相对于静止的下工件（或焊座）做高速水平振动，使接触面产生剧烈摩擦。
清理与活化：摩擦功瞬间清除工件接触面的氧化物、油污等杂质，暴露出纯净的金属原子。
塑性变形与扩散：摩擦产生的热量（结合塑性变形产热）使界面金属软化，屈服强度降低，在压力和剪切力的共同作用下发生显著的塑性流动和变形。这促进了纯净金属表面的紧密贴合与原子间的相互扩散。
形成连接：最终在界面形成以金属键合为主，兼具机械咬合特征的牢固固态接头。这个过程也被描述为一种低温下的“金属再结晶”过程。
1.4 超声波焊接理论公式
超声波焊接原理对应的理论公式如下：
μ为摩擦系数；
S为焊点面积；
F为静压力；
A为振幅；
f为振动频率
实际的焊接过程中，以上的这些参数，再加上焊接时间都对最终的焊接质量起到非常重要的作用。
超声波焊接能量传递流程图
2. 总结
超声波焊接的本质是一个 “机械能 → 摩擦热/形变能 → 固态冶金结合” 的过程。它特别适合用于锂电池极耳等薄、软、高导电性的异种或同种金属连接，具有热影响小、无熔焊飞溅、无需焊料、效率高等优点。
以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！
参考资料：
锂电池极耳超声波焊接稳定性影响因素分析，郭扭
原文标题 : 锂电池极耳焊接：超声波工艺原理详解
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