2015机械工程材料
MATERIALS FOR MECHANICAL ENGIMEERING
2015年2月第39卷第2期Vol39No.2Feb,2015
分阶振幅对薄金属超声焊接接头强度的影响
林坤艺，皮钧，吴聪苗
（集美大学机械与能源工程学院，厦门361021）
摘要：采用分阶振幅和恒定振幅对不同薄金属材料(0.1mm厚的铝片和镀镍钢片搭接成锂电池极耳)进行超声焊接，利用3D共聚焦显微镜分析了焊接接头表面形貌特征，并通过刹离试验测其接头强度。结果表明：与恒定振幅相比，采用分阶振幅超声焊接铝片和镀镍钢片可获得更高的接头强度，且标准差稳定，减少接头表面与工具头的粘附，剥离试验后接头表面相对平整，减少了烊接过程中较软金属中产生的裂纹。
关键调：超声波焊接；分阶振幅；恒定振幅；强度；表面形貌
中图分类号：TG456.9
文献标志码：A
文章编号：1000-3738(2015)02-0022-04
Effect ofSteppedAmplitudeonStrengthofThinMetalUltrasonicWeldedJoints
LIN Kun-yi, PI Jun, WU Cong-miao
(College of Mechanical and Energy Engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China)
Abstract: Stepped amplitude and constant amplitude were adopted in ultrasonic welding of dissimilar thin metals, aluminum plate and nickel plated steel of lithium battery electrode tab in 0. 1 mm thickness, The surface morphology of welded joint were observed by 3D confocal laser scanning microscope, and the strength of welded joint was measured by peeling test, and then its standard deviation was calculated. The results show that the welded joint using stepped amplitude had a higher strength and a stable standard deviation of strength, adhesion betweer tool head and joint surface reduced, the surface was smooth after peel test, and serious cracks of the relatively sof metal during the process of welding reduced when compared to using constant amplitude.
Key words: ultrasonic welding: stepped amplitude; constant amplitude; strength; surface morphology
0引言
超声波金属焊接技术是通过超声波发生器和换能器将高频振动波传递到两个待焊接的金属物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，实现金属在固态下连接的特殊焊接方法。目前，该技术已在工业生产中得到了广泛应用，例如铝制车身结构、锂电池极耳等金属的焊接[1-2]。超声波焊接具有焊接时间短、焊接影响区域小等优点，可对较薄金属材料等传统焊接技术无法实现焊接的材料进行焊接，极大地弥补了传统焊接技术的不足。目前，已有许多文献对超声焊接的工艺参数研究进行了报道(3-10)。焊接过程中，为
收稿日期：2014-01-05；修订日期：2014-12-05
基金项目：国家自热科学基金资助项目（51175225）
作者简介：林坤艺（1988一），男，福建厦门人，硕士研究生。导师：皮钩教授
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了产生更多的摩擦热，从而提高接头强度，需要增大焊接中高频振动的振幅，但这却经常导致焊件表面与工具头齿状结构发生强粘附现象，反而降低接头的强度(11]。目前大部分金属超声焊接都采用恒定振幅进行，在使用大振幅焊接时更容易出现上述情况。而采用分阶振幅焊接，在焊接过程中可设置两个不同的振幅，将有效降低焊件的变形程度并提高焊接接头强度，但有关此方面的研究报道并不多。
为此，作者分别采用分阶振幅和恒定振幅对不同薄金属进行超声焊接，研究了不同焊接振幅形式下的接头强度和焊件表面形貌，
试样制备与试验方法
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1.1试样制备
采用Branson-AmTech型超声金属点焊机进行焊接试验，超声金属焊接工作区是由上声极（焊接工具头）、下声极（铁砧)和节点支架组成，如图1所示，