Page 202 - 《应用声学》2024年第6期

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形成波浪状嵌合，这是因为在超声波焊接过程中，焊 触，使得铝向铜侧发生塑性流动形成波浪状嵌合。
头静压力和焊接振幅共同作用使工件发生相互摩 结合拉伸剪切试验结果波浪状嵌合接头拥有更高
擦，工件界面温度升高 (290 C∼340 C)，屈服强度 的剪切强度，说明此厚度镍夹层相比其他厚度夹层
◦
◦
降低，较薄镍夹层(0.05 mm、0.1 mm)在焊头焊齿区 能增加超声焊接可焊性，提高焊接接头强度。其他
域易发生破坏，结合焊接热循环曲线分析 0.05 mm 厚度镍夹层超声焊接后发生减薄，在界面处没有出
厚镍夹层软化程度更高，塑性流动能力的提高使其 现明显的机械嵌合，焊接界面呈一条直线。0.15 mm
相较于 0.1 mm 厚镍夹层更容易填补破坏区域缝隙； 厚镍夹层截面存在大量未焊合的缝隙，镍夹层与铝
相反，0.1 mm厚镍夹层在破坏区域由于其软化程度 侧仅有少量焊点连接，这是其剪切力学性能较差的
不够而不能及时填补空隙使得铝铜板材间直接接 主要原因。

100 µm

(a) 0.05 mm᪞݃ࡏ (e) 0.05 mm᪞݃ࡏஊܸ100φ

ஊܸ

ฉ๎࿄ፇՌӝ
100 µm
(b) 0.10 mm᪞݃ࡏ (f) 0.10 mm᪞݃ࡏஊܸ100φ

ళፇՌӝ
100 µm
(c) 0.15 mm᪞݃ࡏ (g) 0.15 mm᪞݃ࡏஊܸ100φ

100 µm

(d) 0.20 mm᪞݃ࡏ (h) 0.20 mm᪞݃ࡏஊܸ100φ
图 3 镍夹层铝铜焊接截面
Fig. 3 Nickel interlayer Al-Cu welding cross-section

2.3 接头剪切性能 以看出铝/铜与镍结合区域存在大量缝隙导致性能
不同厚度镍夹层铝/铜超声焊接接头的室温拉 降低。
伸曲线如图4所示，接头断裂发生在焊接结合界面。 不同厚度镍夹层的峰值载荷、失效位移和能量
0.1 mm 厚镍夹层峰值载荷最高为 3439.72 N， 吸收均值如图 5 所示。根据 2.1 节温度热循环曲线
结合 2.2 节接头截面成型质量，连接界面间形成的 分析可知，0.05 mm厚镍夹层所测温度最高，这可能
波浪状嵌合是提高接头剪切性能的主要因素；当 导致焊接部分的热应力增大，造成镍夹层的变形或
夹层厚度达到 0.2 mm 厚时，镍夹层未被破坏，板 开裂，结合图 6 (0.05 mm 镍夹层) 失效形式可知接
材间连接形式为铝 -镍、铜 -镍连接，无缝隙连接界 头在焊点区域镍夹层被破坏铝铜直接连接，镍夹层
面对接头剪切性能有一定的提高；其中夹层厚度 破坏区域为不规则形状在受到拉伸剪切力作用时
为 0.15 mm 时剪切性能最差，通过截面成型质量可 会产生应力集中，且由于 0.05 mm 镍夹层较薄其抗