（1）原理与特点

超声金属焊接是通过超声振动的作用，使金属焊件在固体状态下连接起来的一种工艺过程。其装置原理如图8-1所示，主要是由超声波发生器、换能振动系统、加压装置、时间控制装置等部分组成。换能器、变幅杆和焊接工具头（上声极）组成换能振动系统，负责提供超声频电功率及电声能量转换，并把此能量输入焊区；加压装置提供焊接时所需要的接触压力；时间控制装置包括自动控制预压，焊接，保持，去压和间隔时间。

超声金属焊接的机理比较复杂，到目前为止，作用机理还不十分清楚。它类似于摩擦焊，但又有区别；超声焊接时间很短（1s左右），温度低于再结晶温度；它与压力焊也不同，因为所加的静压力比压力焊小得多。目前被大家普遍接受的解释是：超声换能振动系统产生纵向振动，位移振幅经放大后传递给焊接工具头并带动上焊件振动。这种振动使两焊件交界面产生类似摩擦的作用。这种摩擦作用在超声焊接过程初始阶段可以破除金属表面的氧化膜, 并使粗糙表面的凸出部分产生反复的微焊和破坏，此过程的反复进行而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，焊件交界面产生塑性变形。在接触力的作用下，两焊件接触面互相接近到原子引力能够发生作用的距离时，它们之间便会产生金属连接，形成焊点。形成焊点时金属并未熔化。

超声金属焊接的特点是：既不需要向工件输入电流，也不需要向工件引入高温热源，且不需要焊剂，只是在静压力下将振动能量转化为工件间的摩擦能、形变能及有限的升温，因而几乎没有热变形，没有残余应力；对焊件表面的焊前处理要求不高；易于实现异类金属之间的焊接；可以将金属薄片或细丝焊在厚板上等。

需要注意的是，如果焊接时间过长，或超声振动幅度过大都会导致使焊接强度下降，甚至破坏。

（2）影响超声金属焊接的主要因素及金属的可焊性

① 影响超声金属焊接的主要因素。对于一定的焊件来讲，影响超声焊接的主要因素有超声振动的频率f，位移振幅 、焊接时间 和接触压力Q。

a.振动频率f：由机械振动系统的固有频率决定。对一定的设备来说，它的大小实际上是不变的。在实际应用中，一般要根据材料的性质和厚度选择不同的振动频率。当焊接较薄的材料时，宜用较高的超声振动频率，从而在不改变声功率的情况下，降低了振幅，减少了疲劳破坏的危险性。在焊接较厚的焊件时，宜使用频率比较低的超声振动，以减少振动能量在传递过程中的损耗。

b.位移振幅 ：对焊接质量起决定性作用。的大小直接决定焊件表面薄膜去除的程序、塑性变形区的大小、焊区加热温度的高低等关键因素。在实际应用中， 一般在5〜25μm范围内选用。

c.焊接时间：与焊件的性质、厚度以及其他焊接参数密切相关，是焊接工艺中最具操作性的参数。

d.接触压力Q：要保证两焊件表面适宜的紧密接触和超声振动能量的良性传递，同时使金属产生形成焊点所需的塑性流动。开始形成焊点所需的最小接触压力，随着被焊金属的流动极限、硬度、厚度和位移振幅的增加而增加。

②金属的可焊性。超声金属焊接获得实际应用已经数十年，焊接装置和焊接工艺不断得到改进和完善，可焊接材料的厚度也有较大的进展，但可焊材料的种类却变化不大。图8-2给出了可用超声焊接的金属及合金情况。

一般情况下，延伸性好的金属材料比较适合用超声焊接，如纯铝、铜、金、银和镍等，而脆性材料比较难焊。