超声波金属焊接质量实验研究( 二 ) 1.引言熔焊焊接工艺例如电阻焊

振幅越大，焊接强度越大。但是， 40um振幅下焊接强度的波动性(标准偏差)也变大，产品外观也越差。
采用分段振幅40-17um ，既能够减小焊接强度分布的标准偏差（减小波动性），同时表现出较好的焊接强度。
在相同的焊接强度下， AL-AL焊接强度优于Cu-Cu 。

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图5Al-Al焊接压力和焊接强度曲线

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图6Cu-Cu焊接压力和焊接强度曲线
3.4实验结果--不同材料焊接强度
不同材料焊接时，哪一种材料放在上方与焊头接触非常重要。测试结果见图7-图8 。结果表明：
铝片上、铜片下的组合，焊接强度明显优于铜片上铝片下的组合。
当焊接压力大于500-600N时，不管是恒定振幅还是分段振幅下的焊接强度显著下降，原因材料容易粘接在焊头上导致强度下降。
过程中，可观察到材料硬度和表面粗糙度显著影响焊接强度。

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图7Al-Cu焊接压力和焊接强度曲线

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图8Cu-Al焊接压力和焊接强度曲线
3.5实验结果--光学显微观察
用光学显微镜观察了撕拉力试验后焊缝接头的断口。图9显示了AL-Cu焊接组合下，从撕开后的AL薄侧和Cu薄侧观察到的焊接区域。这些显微结果表明：
焊接压力500N和振幅17um的条件下，在焊缝区域观察到金属的塑性流动的微观特征。
焊缝断口表面证明， AL在Cu侧沉积，而AL侧几乎没有铜。
AL和Cu的硬度和表面粗糙度的差异，强烈影响着超声焊接过程中的金属变形。较硬的金属Cu变形较小，不会增加焊接面积提高焊缝质量。

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图9AL和Cu断口显微放大
3.6实验结果--扫描电子显微观察
图10是使用扫描电子显微镜放大的结果，显示了AL-Cu焊接组合下， AL和Cu侧的断面结果。焊接参数：焊接压力500N ，振幅17um ，焊接时间1s 。 X射线衍射揭示了Cu侧断面上Al的化学成份为79.48%(wt%) ，证实了AL在Cu侧的高沉积现象。在AL侧断面上Cu的化学成份只有11.29%(wt%) 。

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图10Cu和AL断口电子扫描(X-Ray)显微结果
这些结果表明，焊接质量与超声振动和焊接压力下的金属塑性变形，以及金属硬度和表面条件如粗糙度、氧化物和污染物有关。铝比铜更软，因此在超声波焊接中更容易发生塑性变形。较硬金属的较高表面粗糙度也显著降低焊接强度，导致焊缝质量下降。另外，金属表面氧化层必须去除，以创造高质量焊缝的清洁和亲密表面。
4结论
通过实验，我们发现振幅、焊接压力和材料排列顺序，对焊接强度有显著影响。 AL-AL焊接强度优于Cu-Cu组合。在AL-AL焊接和Cu-Cu焊接条件下，焊接强度都会随着焊接压力增加而增大到一个临界值。当焊接压力过大时，限制了焊接所必需的横向运动，从而减小了焊接强度。
当考虑不同金属焊接时， AL层放置在上方与焊头直接接触，会获得稍强的焊接结果。一般来说，当焊接压力大于500N时，焊接强度会下降。分段振幅能够改善焊接结果，并稍微增加焊接强度，并降低拉力标准偏差。然而，焊接压力加大也会导致粘接和外观问题。
微观研究表明，拉伸试验后Al和Cu的断口形貌说明了Al和Cu的不同。与硬金属Cu相比， AL焊缝断口表现出更明显的软金属变形特性。该变形与材料硬度、氧化层硬度和表面粗糙度有关。通过扫描电子显微镜(SEM)放大，确定了断口表面金属沉积的化学成分。 AL断口较低的Cu含量(11.29wt%)表明，材料硬度、表面粗糙度和氧化层显著影响了结合强度，降低了焊接质量。通过对特定金属组合的焊接工艺参数优化，可以获得更高的焊接质量。 (END)
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