超声波金属焊接

金属焊接大作业

题目名称：超声波焊接的发展及展望

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一、摘要2

二、超声波金属点焊接原理及特点2

1.超声波金属焊接的优点2

2.超声波金属焊接的不足3

3.影响超声波金属焊接质量的主要因素3

三、国内外研究现状4

1.研究现状国内4

2.国外研究现状5

四、制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素7

五、超声波金属焊接技术今后发展方向7

六、参考文献8

摘要:

介绍了超声波焊接技术的基本原理、目前的发展状况，对目前国内外金属超声波焊接设备进行了简要介绍，对国内相关领域的发展进行了总结，分析了目前制约金属超声波焊接技术的关键因素和解决的对策，并对超声波技术的发展趋势进行了展望。关键词:超声波焊接；发展状况；发展趋势

The basic principles of ultrasonic welding technique and the present research status were presented, the metalultrasonic welding apparatus at home and abroad were briefly introduced, and the domestic developments in the relevant metalultrasonic welding areas were summarized. Moreover, the key factors that currently affect metal ultrasonic welding and thesolutions to these issues were analyzed, the development tendency of ultrasonic metal welding techniques was pointed out atthe words:ultrasonic welding; development status; development tendency 超声波金属焊接还在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用，量比电流焊接少得多，超声波邦定作为超声波金属焊接的一种小功率应用，常用于晶体管或集成电路引线的焊接。当用于药物和

易爆材料的密封焊时，能避免一般的焊接方式因有溶解物等造成对药品的污染，不会因受热或产生火花而引发爆炸。对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接将发挥很大的促进作用。

1超声波金属焊接原理及特点

超声波金属焊接原理超声波金属焊接是在19世纪30年代偶然发现的。当时在做电流点焊电极加超声振动试验时，发现不通电流也能焊接上，因而发展了超声金属冷焊技术。超声波焊接虽然发现较早，但是到目前为止，其作用机理还不是很清楚。它类似于摩擦焊，但有区别，超声波焊接时间很短，局部焊接区温度低于金属的再结晶温度；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小得多。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段，切向振动除去金属表面的氧化物，并使粗糙表面的突出部分产生反复的微焊、变形和破坏而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件的界面处产生塑性变形。在接触压力的作用下，相互接近到原子引力能够发生作用的距离时，即形成焊点。目前较为公认的一种对超声波金属焊接原理的解释为:焊接金属材料时，由超声波发生器产生超生频率振动电流，再由换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械振动能，并通过声学系统向焊件输入。两被焊工件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下，通过摩擦、温升和变形，使氧化膜或其他表面附着物被破坏，并使纯净界面之间金属原子无限接近，产生结合与扩散，实现可靠连接。

1．1超声波金属焊接的优点

①超声波金属焊接压力小，能耗低，且能焊接异种金属材料。基于这些特点，可通过综合利用超声波金属焊接技术和数控铣削技术来使金属零件快速成形，并在成形过程中埋入功能器件来制作智能金属基复合材料等。

②金属超声波焊机可进行点焊、连续焊，其焊接速度快。在应用范围方面，即使材料间的物理性能相差悬殊，也能很好地焊接；还可进行其他方法无法奏效的金属箔片、细丝、微小的器件及厚薄悬殊、多层金属片的焊接。

③超声波金属焊接焊点强度高，且其稳定性好，具有高抗疲劳强度特征。

④焊接过程无需采用水冷和气体保护，被焊工件的变形很小，焊接完成后工件无需进行退火等热处理。超声波金属焊接过程本身包含着对焊接件表面氧化层的破碎清理作用，焊面清洁美观，无需像其他焊接方法那样进行焊后清理。

⑤金属的超声波焊接不用焊条，焊接区不通电，不直接对被焊金属加热。焊接同一工件金属，与焊条电弧焊、气焊相比，超声波焊能耗要小得多。

⑥由于不需要添加焊剂，不污染被加工物，不产生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染，因而是一种节能环保焊接方法。

⑦由于超声波发生器是功率电子线路，易于实现电气控制，能很好地与计算机配合进行焊接控制，从而达到高精度的焊接，并且易于实现焊接的信息化和自动化。

1．2超声波金属焊接的不足

①把超声波应用于金属材料焊接中，虽然可以得到很好的焊接效果，但是超声波发生器和声学系统与机械系统相结合的整个系统，其稳定性、可操作性、可靠性等方面还存在问题。所以声学系统（换能器、变幅杆、连接部分）的设计，以及声学系统与试件的连接方式等，都是十分关键的问题。

②对金属超声波焊接机理的认识不足。超声金属焊接是否无金属熔化，仅仅是一种固相焊接方法，或者说是金属间的“键和”过程，还有待进一步研究。

③超声波金属焊接影响工艺参数因素较多，不易进行总结。

④由于焊接所需的功率随工件厚度及硬度的提高而呈指数增加，而大功率超声波焊机的制造困难，且成本很高。随着焊接功率的进一步提高，不仅在声学系统的设计及制造方面将会面临一系列较难解决的问题，而且未必能取得预期的工艺效果。因此目前仅限于焊接丝、

箔、片等细薄件。

⑤超声波焊机的“开敞性”比较差，工件的伸入尺寸也不能超过焊接系统所允许的范围。接头形式目前只限于搭接接头。

⑥焊点表面容易出高频机械振动而引起边缘的疲劳破坏，对焊接硬而脆的材料不利。

⑦目前来讲，对超声波焊接的焊接质量的检测还是比较难做的，无损检测设备还没有普及，常用方法无法用来监控，这也给大批量生产造成一定困难。

影响超声波金属焊接质量的主要因素

(1)振幅:振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数[9]，不同的换能器输出的振幅也不同，同一换能器也可以通过配置不同的变幅杆及焊头来改变焊头的工作振幅，以满足对不同材料的焊接要求。通常的换能器的输出振幅为5~20滋m，而工作振幅一般为10~30滋m 左右，工作振幅同换能器输出振幅﹑变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关。

(2)频率:任何的超声波焊接机都有一个中心频率，例如20、40kHz等，焊接机的工作频率主要由超声波换能器(Transducer)、超声波变幅杆(Booster)、和焊头(Horn)的机械共振频率所决定。超声波发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工作在谐振状态，每一个部分都设计成一个半波长的整数倍谐振体。超声波发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围。以20kHz为例，谐振工作范围一般设定为(20依kHz，在此范围内焊接机基本都能够正常工作。制作每一个焊头时都会对谐振频率做调整，要求做到谐振频率与设计频率误差小于。目前超声波金属焊接所用的频率通常为20kHz，实际上焊头的频率一般会控制在~，误差小于5‰。

(3)节点:焊头、超声波变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力最大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不一定为零振幅，这样就会引起一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用降振结构设计进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时应充分考虑。橡胶圈被称为软固定，降振结构设计一般被称为硬固定。在超声波金属焊接里，通常会采用硬固定结构，硬固定结构还有端面固定模式。

(4)网纹:超声波金属焊接通常会在焊接位表面，底座表面设计网纹，网纹设计的目地在于防止金属件的滑动，尽可能将能量传递到焊接位。网纹设计一般有方形、菱形、条形网纹，网纹的大小与深浅根据具体的焊接材料要求来确定。

(5)电源:金属焊接装置使用的超声波电源和供塑料焊接装置使用的超声波电源没有很大的区别。特殊性在于焊接金属具有更高的要求，为了满足金属焊接的需要，必需使用智能化的超声波电源-超声波发生器。超声波发生器具有频率自动跟踪系统，在焊接过程中负载变化及温升发生变化会引起振动系统谐振频率的改变，因此，要求超声波发生器要跟踪振动系统的频率，使发生器和振动系统之间一直处于谐振状态，频率自动跟踪系统能够补偿在焊接过程中出现的工作状态改变，使系统重新处15HotWorkingTechnology2015,,于谐振状态并保正焊接参数的稳定，重点是振幅的稳定，这对于金属焊接具有非常重要的意义。

(6)换能器:供金属超声波焊接装置使用的换能器和供塑料超声波焊接装置使用的换能器没有很大的区别，特殊性在于焊接金属材料具有更高的质量要求，因为在焊接金属材料时往往需要很大的瞬间功率，要求换能器有高的功率容量和低的阻抗，因此用于塑料超声波焊接装置的小功率换能器不能用于金属的超声波焊接。

2国内外研究现状

2．1国内研究现状

国内对超声波金属焊接工艺的研究主要集中在超声波点焊的试验研究方面。

许多学者对超声波焊接能否达到金属熔点形成一致看法：超声波焊接是固相连接，只能

达到金属熔点的35％～50％。而华南理工大学机械工程学院的杨圣文和汤勇在铜片和铜管超声波焊接试验基础上研究超声波焊接机理，他们通过SEM图来观察金属微观组织和能量角度分析。最后得出结论：认为铜片与铜管的超声波焊接过程更可能是一种基于焊接区域纯洁金属充分贴合和微齿表面局部高温而熔化基础之上的金属键合、机械嵌合等作用的物理冶金过程。认为超声波焊接可能使金属熔化，或至少达到金属熔点的80％，从而实现金属的冶金焊接。

江苏大学材料科学与工程学院张青来和王粒粒研究了表面状态、焊接材料厚度等因素对AZ31B镁合金薄带超声波焊接性能的影响，认为由于超声波金属焊接对焊接件表面破碎及清理作用，表面状态对镁合金薄带的焊接强度影响较小，且试验表明中间层材料的选择对镁合金超声波焊接有一定影响，还认为焊接区域的温度升高与焊接材料厚度成反比。

华南理工大学机械工程学院张铱洪和马传艺基于铜铝材料性能分析，推导出焊接区域理论温度，并结合实测温度与焊接区域扫描电镜图片探讨了铝片－铜管太阳能集热板超声波金属焊接机理，认为超声波焊接接头的形成是材料自身塑性、施加压力以及摩擦升温共同作用的结果。

王军和贺占蜀通过对铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接的金相组织、扫描电镜（SEM）和能谱分析，得出4个重要机理。巨大的塑性变形和机械嵌合引起位错和空位密度的增大，直接导致扩散程度的加深，而扩散和机械嵌合又可以大大提高金属“键合”的可能性，金属“键合”则直接导致这2种材料结合为一体。因此，材料塑性变形、机械嵌合、金属“键合”以及原子扩散共同影响着Cu，Al超声波焊接的质量。

国内研究者还对金属导线与焊盘的超声波点焊性能进行了研究，分析了Al/Au与Au/Al 焊接界面在恒温下的时效反应情况，发现Al/Au焊接界面具有更好的热稳定性，并认为高频超声振动将提高金属晶格内的位错密度，产生位错扩散与表面扩散，而形成金属超声波结合。

在焊接性能的模拟分析方面，香港科技大学YongDing等人基于材料应变率和塑性应变硬化特性，对Au线与Au/Ni/Cu焊盘的超声波点焊进行2D及3D仿真，得出焊接区域的应力应变分布，并根据仿真结果分析了实际焊接区域情况以及摩擦能量对焊点强度产生的影响，发现焊接接口呈现出长椭圆形状，且最大的焊接结合出现在焊接接口周围，认为摩擦能量是影响焊接质量的重要因素之一；另外，基于非耦合热结构特性进行了3D有限元仿真，得出Au线与Au/Ni/Cu焊盘的超声波点焊温度分布图，认为在焊接过程中焊接件的平均温度较好地低于金属熔点，焊接接口的局部高温是焊接固态结合的重要原因。

上述有的研究工作在某些方面存在不足，如：张铱洪等人虽然通过弹塑性理论推导出了焊接区域的理论温度，但其没有分析温度场与摩擦系数间的相互影响；YongDing等人对焊接过程进行了有限元仿真分析，但没有考虑到焊接过程的热机械性能之间的相互作用对应力应变及温度场的影响。国内的研究工作没有涉及或者深入探讨超声波金属焊接机理的一些重要因素，如：焊接过程中热机械性能间的相互作用、高频超声振动对材料塑性流的作用等，从而不能充分揭示超声波金属焊接的机理。

2．2国外研究现状

国外对超声波金属焊接的工艺进行了更为深入的研究，下面将从试验与模拟研究两方面分别对该技术的国外研究情况进行介绍。英国拉夫堡大学Kong等人通过大量试验分别得出了0．1mm厚3003与6061这2种铝合金薄片各自最佳的滚焊焊接工艺参数范围，并结合线性焊接密度（真实焊接连接区域占整个焊接面积的比例）与焊接试样剥离强度以及微观组织分析来评价试样的焊接质量。试验表明，在超声波振动与施加静压力的双重作用下，焊接接口产生摩擦与塑性流，使得焊接接口铝合金薄片表面的氧化膜破碎而逐渐形成连接点；随着振动的持续，氧化膜将被阻挡在焊接接口外，并在较大的振幅下被驱散，而得到较高的线性焊接密度与焊缝强度。由于6061铝合金薄片的表面存在氧化膜，在焊接过程中不能有效产

生摩擦来破碎驱散氧化膜，使其薄片间难以产生焊接连接点；通过焊前对6061薄片表面进行预处理，可以有效提高其焊接线性密度。

另外，为了探索利用超声波固接技术来制造智能金属结构，Kong等人尝试在铝合金薄

片间埋入形状记忆合金纤维与光学纤维。试验表明，在优化焊接工艺参数范围内，对温度敏感的SMA和易破碎的光学纤维都被成功埋入到铝合金薄片中，如图2所示，没有出现明显的变形与损坏。在埋入SMA的焊件接口发现了明显的未连接痕迹，认为可能是由于SMA具有较高的阻尼率，在焊接过程中吸收了部分超声波振动能量，因此需要更大的超声波能量来获得更完全的焊接；并分析了焊件的热机械响应情况，发现在焊件温度高于SMA相变温度后，热膨胀率开始偏离线性状态。在埋入多模光学纤维试验中采用了2种方案，即直接埋入带聚合物保护层的光纤与埋入去除保护层的裸光学纤维。第1种方案由于部分聚合物保护层被熔化并驱散分布于焊接接口周围，降低了焊接接口强度；在第2种方案中，通过测量埋入于铝合金中光纤的透射光强度来衡量光纤的完整程度，得出了最佳埋入处理参数，为今后的进一步研究提供了依据。

美国俄亥俄州立大学的DeVries通过红外线摄像机测量了铝合金薄片超声波焊接过程

的温度，在不同焊接工艺参数条件下，一般为金属熔点的40％～80％。Cheng等人通过微传感阵列对铜合金与镍2种金属的超声波焊接过程中热量产生与温度分布情况进行了研究，认为焊接过程温度一般为100～250℃。

Gunduz等人研究了在高温条件下（513K）铝与锌2种金属超声焊接的情况，发现焊接

过程中焊接接口内扩散加剧，焊接金属出现部分熔化。认为材料空穴聚集将增加到0．1左右，材料扩散率也将变大。

Zhang等人对3003－H18铝合金薄片超声波焊接的摩擦行为进行了研究，发现焊接过程中摩擦系数与区域温度呈现出非线性关系，它随着温度的上升先变大再下降至室温时的水平，滑动速度对铝合金的摩擦系数影响很小。

Jeng等人研究了不同焊接条件对超声波金属线焊接的结合强度产生的影响，试验表明，连接温度对焊接初期的结合强度有着极大的影响，而焊件表面的粗糙度在焊接最后阶段成为决定焊点强度的主导因素；对于在不同焊接压力与粗糙度的焊接条件下，最大的结合强度出现在焊接初期。

JanakiRam等人对多种材料结构的超声波固接性能进行了研究，试验表明：铝铜合金、镍基合金等材料均能与3003铝合金实现良好的焊接，在现有焊接参数条件下AISI347不锈钢、黄铜与3003铝合金的焊接性能较差，并在3003铝合金中成功埋入了SiC纤维与不锈钢线，认为超声波固接技术是制造多种材料结构的有效方法。

ahn等人研究了焊接底座几何形状与焊接能量对超声波点焊性能的影响，试验表明：焊点强度随着焊接热输入的增大而提高，最后趋于一个稳定水平，低能量焊接样本拉伸后断裂在焊接接口，而高能量样本断裂出现在焊接接口的周围；在焊接能量上升初期，焊接孤立点不断出现，当焊接能量达到一定水平时，出现连续的焊接区域，焊接接口由平坦转变为波浪形状，并且在整个能量上升阶段伴随着变形微观组织的出现；在焊接接口的孤立点与变形微观组织周围存在着微孔，经过等温退火处理后，观察到焊接区域内部颗粒生长，但多孔界面微观结构不受影响。

Li等人研究了超声波焊极表面的纹理组织对超声波焊接性能的影响，通过试验发现，

当焊极表面的纹理组织较差时，在振动振幅超过一定门限值后，由于焊极与金属薄片间产生滑动而导致大量超声振波动能量损失；粗糙的焊极表面能够增大焊接接口的摩擦，具有较高的能量传递效率，另一方面这也将增大焊接接口的空穴水平，影响焊接质量。认为均匀、粗糙的纹理表面是实现良好焊接的前提条件。Li等人还对超声波固接纤维埋入过程中铝合金

的塑性流与加工硬化情况进行了研究，试验表明：在埋入过程中SiC与SM光纤周围出现大

量的塑性流和少量空穴；在埋入纤维周围的铝合金加工硬化显着，3003退火铝合金比6061退火铝合金出现更高的加工硬化水平；由于埋入过程的差异而造成在3003退火铝合金中埋入SM光纤比埋入SiC纤维产生更少的塑性变形。认为在超声波固接加工过程中，塑性流引起的加工硬化可以依据Hall-Petch关系来计算，而金属薄片间的摩擦对加工硬化作用不大。

Gao与Doumanidis基于金属焊接接口的摩擦边界条件的定义，对金属薄片的超声波点焊过程进行了机械分析，指出了摩擦与压力对焊接区域应变场形成所产生的作用，认为该

2D数值模型有助于研究焊接接口的应力集中、塑性流的产生及扩散等焊接现象。

DeVries推导出一个超声波金属点焊的机械学模型，认为该模型可以预测在点焊过程中产生的切向力及其给点焊质量所带来的影响，并能够解释焊接材料特性、预焊件表面条件及点焊工艺参数对点焊过程产生的作用，有助于解决一些超声波金属焊接的现实问题。通过仿真与试验分析认为，焊接连接应力峰值随着材料厚度的增大而显着下降；材料的表面条件，尤其是摩擦系数，对焊接质量和避免超声波焊极出现粘焊现象至关重要；焊接区域的温度受选取焊接工艺参数的影响，最高温度出现在靠近超声波焊极的边缘处，认为这可能是由于外部塑性变形比焊接区域内部的塑性变形产生了更多的热量，同时指出焊接过程的温度上升将对焊接材料的性能产生较大影响。

美国塔夫斯大学的Yadav等人在忽略超声波焊极和焊接底座各自与金属薄片接口间的

热传导与滑动、只有与超声波焊极接头表面的凸出相接触的上焊件区域才受到静压力与剪切振动等前提下，对超声波点焊过程中的温度场进行了数值模拟，温度预测与试验测量结果相一致，分析认为在金属焊接区域的温度适当上升与剧烈应变作用下，将产生晶格空穴聚集，并通过空穴内扩散而实现金属材料的结合。

Daud等人通过试验与仿真研究了1050铝合金在超声波作用下的拉伸与压缩行为，所有仿真都是在忽略温度变化影响条件下进行机械学分析，并通过改变超声振动过程中的摩擦力大小来计算1050铝合金的形变，分析认为，不能依据应力叠加与表面效应来解释超声振动在金属焊件上所产生的作用，通过研究铝合金微观组织如何吸收超声能量，有可能解决这个问题。

Zhang等人认为在超声波金属焊接过程中存在热机械耦合相互作用：焊接条件的变化影响焊接摩擦条件、摩擦过程中将产生热量、热量场影响焊接局部区域的塑性流与材料机械属性、最后塑性流与改变的材料属性将反作用于焊接摩擦条件，并认为摩擦对焊接结合及其质量起到了重要的作用。在假设塑性流对摩擦生热不产生影响、热量场主要由摩擦生成以及铝薄片表面与超声焊极间不存在滑动条件等前提下，提出了一个3D热机械有限元模型，来分析焊接过程的温度与塑性应变分布情况。分析认为，在焊接初期焊接接口区域的摩擦热流迅速上升，随着焊接的继续最终达到一个稳定水平，峰值温度出现在焊接接口；塑性应变有助于焊接结合形成，类似于温度场，其最终达到稳定状态，最大的应变出现在焊接连接区域的中心附近，还发现塑性应变具有波形分布的特点，这可能是由于层叠的超声振荡波所造成的。

Siddiq等人在充分考虑焊接过程中出现的表面效应与体积效应前提下，提出了一个基于循环塑性理论的材料模型和一个依赖于滑动、连接压力、循环次数及温度的可变摩擦系数的摩擦准则，对6061铝合金薄片超声波滚焊过程的热机械性能进行了模拟仿真，仿真结果与试验结果具有良好的一致性。分析认为，焊接表面的摩擦并不是金属焊接结合的主要原因，其主要是起到破碎及驱散焊接接口金属表面的氧化层和杂质的作用，焊缝形成主要是由于在原子力作用范围内的金属原子结合；焊接过程中温度仅为金属熔点的15%～55％，最高温度远低于金属的熔点；靠近超声波焊极的金属材料由于吸收了超声波能量，在焊极还未移动到它之上时提前出现预软化，并将沿着焊极运动方向持续，这可能用来解释为什么在采用超声波金属滚焊埋入纤维试验中在纤维周围出现的材料流现象；由于热软化与超声波软化现象，导致焊接接口的摩擦应力减小。

Elangovan等人在假设超声波焊头表面凸出均匀、焊接金属薄片间不存在空气间隙等前提下，对超声波金属点焊过程中不同焊接条件点焊区域的温度场、应力场等进行了数值模拟，分析认为，由于焊接件吸收超声波能量而产生更多热量，使得温度聚集更靠近焊接件；施加压力对点焊区域的变形产生重要作用，点焊接口的温度随着压力的增大而降低，过大的施加压力将导致焊件接口变形，不利于焊接结合。该模型有助于解释材料属性、表面条件及其他焊接参数对焊接行为带来的影响。

3制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素

(1)换能器功率:换能器是超声波焊接设备的核心部件，金属超声波焊接要求换能器有大的功率容量、长时间的小衰减。国内大部分公司的20KHz换能器往往只能承受约1500W的负载，这和国际上领先制造商的同类产品能达到5000W还存在很大的差距，国内也尚未有见到掌握大功率超声波换能器的推-挽技术的报道。

(2)超声波发生器:稳定的超声波发生器的要求必须具有频率自动跟踪功能，这样可以保证换能器系统能够始终工作在谐振状态，即达到焊头振幅的最大化。国内很多公司采用的是自激式的全桥或半桥电路，不具备频率自动跟踪的功能。这样造成的问题是当电感及电容的参数确定时，发生器的谐振频率就是个定值，不会随着温度或负载的变化而变化，而焊头及换能器的频率会随着温度及负载的变化而产生偏移，这样，焊头的振幅就会随着频率的偏移而大幅下降，这直接会导致焊接参数的变化，影响焊接稳定性。

(3)焊头材料的性能:超声波金属焊接要求有高度耐磨的焊头，这样就要求焊头材料具有高硬度的性质，而超声波焊接技术本身要求焊头材料要有较好的韧性，这就造成了焊头材料选择上的矛盾。由于这些技术上的限制，目前国内大部分公司的焊头还无法和欧美同类产品所使用的焊头相媲美。

4超声波金属焊接技术今后发展方向

我国超声波金属焊接技术起步较晚，很多都是简单的对超声波塑料焊接的原有技术进行的修改，正是由于两者的技术差异，使得这种做法并不能真正满足超声波金属焊接的技术要求。但是我们可以看到，近年来国内有关公司和相关科研人员通过不断的技术攻关和自主研发，已经有一些产品能够达到国外发达国家同类产品的水平。为了解决制约超声波焊接装备的关键技术，拓宽超声波焊接技术的应用范围，作者认为应该加强以下几个方面的工作:

(1)大功率换能器技术:超声波金属焊接对换能器的功率有很大的需求，设计和制造出大功率的超声波换能器迫在眉睫。目前有一种推-挽式超声波系统[10]，能够大幅提高换能器功率，值得我们更加深入的研究和改进。

(2)焊头材料:在超声波金属焊接过程中，如果焊头的质量不能达到理想的水平，将会大大影响我们在生产和应用中的成本和产能。我们对超声波金属焊接所用焊头的要求是既要有高硬度，又要具有良好的韧性，这样才能保证焊头的使用寿命。同时焊头表面网纹的设计也在一定程度上影响焊接质量。因此想要保证焊头的质量和寿命，我们不单要不断选择更加合适的焊头材料，还可以从表面涂层或渗层技术、表面网纹设计等方面做更深入的研究。

(3)超声波电源技术:超声波金属焊接较超声波塑料焊件而言，对于电源有了更为严格的要求。因此，设计和制造出更好的超声波发生器对于提高超声波金属焊接质量的作用显而易见。能够频率自动跟踪的超声波发生器技术还有很多需要改进的地方，这也将成为我们研究的重点。

(4)超声波焊接技术的推广应用:超声波金属焊接技术是在超声波塑料焊接技术之上发展起来的，但由于关键技术还存在一些问题，远没有像超声波塑料焊接技术那样获得广泛的应用，目前超声波金属焊接主要应用于汽车、制冷、太阳能、电池、电子等几个领域。但是超声波金属焊接技术在金属层状复合材料制造领域的应用在我国还是一项空白，随着我国超声波金属焊接技术的发展和关键技术的突破，相信超声波金属焊接在金属层状复合材料制造

领域以及金属快速增材制造领域将获得推广应用。

参考文献：

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