一、什么是超声波？

超声波是一种利用高频振动产生的能量作用于工件表面，从而实现金属部件粘合的技术。

二、超声波的工作原理

1. 电能转化为高频机械振动，并通过声学调谐焊头传递至焊接喷嘴。上下工件在每秒2万或4万次的压力循环下相互摩擦。高频振动和压力的共同作用使工件表面的薄层材料和氧化物分散开来，形成清洁且可控的扩散焊缝。通过工件间原子的复合，最终形成可靠的冶金熔合层。
2. 低频电流经发生器转换为高频电流。高频电流再经换能器转换为机械振动。振幅调制器和焊接头负责调节振动幅度。在一定的静压下，金属表面的分子结构相互摩擦碰撞，实现分子间互穿，从而完成焊接​​。

超声基础知识和故障排除

三、超声波焊接中的常见故障

（a）焊接不完全

1. 焊接输出功率不足：压力不足、振幅不足，或者底座未牢固固定。
2. 焊接能量不足：输出能量的计算公式为 E=P×T=F×V×T=μN×A×f×T（其中 E 为能量，P 为功率，V 为速度，μ 为摩擦系数，N 为压力，A 为振幅，f 为频率，T 为时间）。能量不足会导致焊接质量差。
3. 材料表面的油层或氧化层会影响焊接结合效果。
4. 如果牙齿太锋利，焊接时很容易刺穿焊件。
5. 焊缝表面有一层不适合超声波焊接的材料涂层。
6. 被焊接的材料不适合超声波焊接。

（二）焊接头底座

原因 当焊接头或焊接底座与材料接触时，会产生过高的温度，导致材料与焊接头或底座之间发生分子渗透，从而形成粘合。

解决方案 ：

1. 检查焊头和底座的齿部。如果磨损严重，会导致温度升高，需要及时处理。
2. 在保证焊接效果的前提下，可以适当增加功率并缩短焊接时间，以减少焊头与材料之间过多的能量交换。

（三）焊缝裂纹

1. 焊缝周围开裂：焊接多层材料时，焊缝边缘会形成斜坡。焊头振动时，会对边缘施加拉力，容易导致开裂。
2. 解决方案 对焊接接头边缘进行特殊处理，以确保应力分布均匀，并减轻振动产生的拉力。
3. 焊点附近出现裂纹：焊头振动会导致材料来回移动。例如，当铝箔连接到电池时，拉扯很容易导致其断裂。
4. 解决方案 ① 改变齿形方向（例如，使用对角线图案）以调整材料上的力方向；② 适当加长焊片，在电池和焊点之间形成缓冲空间。

（四）输出功率大幅波动

原因 影响输出功率的因素有很多，需要逐一检查。

解决方案 ：

1. 检查三联机的安装情况，检查是否有损坏，如有必要，重新组装。
2. 检查底座螺丝是否已拧紧。
3. 检查底座夹具位置是否有缝隙。
4. 检查焊接夹具，确认每次焊接位置是否一致。
5. 检查材料表面是否有氧化或油渍。
6. 确认进料规格一致（当焊接头行程固定时，材料厚度和硬度的差异会导致输出功率波动）。
7. 检查工厂供气稳定性，观察进气压力表是否有波动。
8. 检查电源盒的超声波输出是否稳定。

（五）过载

原因 包括两种情况：功率过载和频率过载。

解决方案 ：

1. 适当降低焊接参数。
2. 限制焊头下降深度，以确保焊头与底座之间保持一定的间隙。