超声波金属焊接机就是应用超声波金属点焊技术，分超声波金属点焊机、超声波金属线束焊接机、超声波金属管封尾机、超声波金属滚焊机，把超声波金属焊技术改为四种不同的超声波金属焊工艺。[在此主要介绍超声波金属点焊机]
    超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。它类似于摩擦焊，但有区别，超声焊接时间很短，温度低于再结晶；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小的多。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段，切向振动出去金属表面的氧化物，并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件交界面产生塑性变形。这样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。焊接时间过长，或超声波振幅过大会使焊接强度下降，甚至破坏。

超声波金属焊接机工作原理
    把高频电能通过超声波换能器转换成机械振动能，直接传导到超声波金属焊接机焊头上，作用于两个需要焊接的金属表面并产生高频摩擦，在加压的情况下，使两个金属表面相互主频摩擦造成生热凝聚而熔接。能对铜裸露线进行并线焊接，超声波焊接过程是一个机械过程，无电流通过工件，无熔化出现。其电性能和热性能是其他工艺所达不到的。因此对有色金属材料来说，无疑是一种理想的金属焊接系统。特别是铝、镍、铜、银等细、薄材料进行单点、多点、方形、条形、单层、多层、复合焊接起到理想效果。其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工，也在于超声焊接消耗低、寿命长、劳动强度低。

超声波金属焊接机设备特点
    1、整机一体便携式设计，体积小、重量轻、外形美观，使用简便；
    2、操作容易，内置电子保护电路，使用安全，用于金属的同类焊接，能对有色金属实施单点或多点焊接；
    3、拥有自主知识产权金属焊接焊头，媲美世界名牌，保证焊接一致性并延长焊头寿命，降低企业使用成本；
    4、轻便紧凑的设计可使得机器既可放置在台架上工作，也可安装到自动化生产线上；
    5、自动检测每次焊接过程，保证能量、时间、焊接高度等实际焊接参数在预先设定的范围之内；
    6各类型焊接模具、点焊焊头、焊接底座都为自主设计，达到一流水平，焊接效果优良；
    7、焊头可无级调整焊头下降速度和压力，以保证工具头的最佳焊接位置和运动；
    8、先进的超声波控制箱，其微处理器控制模块可确保实现最好的焊接效果，并提供测试、报警、计数等功能。

超声波金属焊接机焊接优点
    1、高可靠性：通过时间、能量、功率和高限监测，保证优秀的过程控制；
    2、节约成本：避免了消耗品如焊料、焊剂、折弯和黄铜材料，使超声波焊接成为有最佳经济效益的过程；
    3、能耗低：超声焊接所需能量不到电阻焊的1/3；
    4、工具寿命：超声工具是用高质量工具钢精加工得到，具有优异的抗磨损性能，易安装、焊接精度高；
    5、高效率与自动化：典型的焊接速度不超过0.5秒，尺寸小，保养工作量少，适应性强，使超声波设备成为自动化装配线的首选；
    6、低工作温度：由于超声焊接不产生大量的热，所以它不会使金属工件退火、不会使塑料壳熔化，也不需要冷却水；
    7、除绝缘皮：在大多数情况下，超声焊接的高频摩擦使人们无需剥去漆包线的绝缘皮或对工件表面进行预先清理；
    8、异种金属焊接：对于不同类或同类金属（如铜+铜或铝+铜）有极好的焊接渗透混合效果；
    9、设备特点：它通过对时间、能量、限位、频率等进行检测、保证焊接精度，垂直（非扇形）加压系统，焊后平面高度均匀、调节简单。

超声波金属焊接机应用领域
    电池焊接方面：镍氢电池镍网与镍片、镍氢电池镍片与镍片、镍锌电池极片极耳、聚合物电池铜箔与镍片、锂电池铜箔与铝片、锂电池铝箔与铝片、锂离子电池铝壳与铝镍复合带、聚合物电池铝箔极耳、动力电池正负极、镍镉电池极片极耳、电池极耳与铝盖板等。
    线束焊接方面：将多股导线截面各在0.5－30MM进行焊接，广泛应用于汽车线束、继电器、机动车铜线束、汽车线束端子、摩托车线束、电动车线束、多股绞合线与排线、电器接插件线束、电器接线端子、实心铜线与稀有金属合金线、铜合金线束、发动机线束、电机线束、安全气囊线束、金属编织线、金属绞合线、电池导线、多股铜线、电机引线、电缆线、端子连接线、传感器连接线、电脑接口连接线、线束与细棒、铜线引出线等产品生产。
    金属焊接方面：电线与电子元件、铝带与铝盖焊接、镍带与铜箔多点焊接、铝带与铝箔条形焊接、镍带与铜箔多层焊接、铝壳与铝镍复合带焊接、镍带与铜箔多层焊接、铝带与铝箔多层焊接、厚铜片与铝板焊接、稀有金属电接头焊接等。
    超声波金属焊接机适合于铝、镍、铜、银等细、薄材料进行单点、多点、方形、条形、单层、多层、复合焊接，尤其是金属箔、薄片、细导线的加密焊接。如：汽车接线端子、铜编织线、多层铝片、汽车线束、马达端子、热电偶、可控硅元件 、制冷器电解、电容极片、碳刷片、散热架片、铜管、铜管+铝片、铜管+铜片、编织铜线压型、安全气囊、电容器引出瑞子、电器开关银触点、电机引出端、发动机引出端、电器接插件、电子元器件、端子与线缆、转子整流器、马达线圈等。涉及五金、电池、电子、汽车、电机、电器、太阳能、机械等行业。

超声波金属焊接机焊接样品

铜线铜薄板焊接	铜片与铜片焊接	电池正负极焊接
电缆线铜端子焊接	铝片与铝片焊接	镍片与镍带焊接
电池多层铝箔焊接	电池多层铜箔焊接	电池铝箔铝片焊接

超声波金属焊接机焊接阶段
　　（1）振动摩擦阶段：超声波金属焊接的第一个过程主要是摩擦过程，其相对摩擦速度与摩擦焊相近，只是振幅仅仅为几十微米。这一过程的主要作用是排除焊件表面的油污、氧化物等杂质，使纯将的金属表面暴露出来。焊接时，由于上声极的超声波振动，使其与上焊件之间产生摩擦而造成暂时的连接，然后通过它们直接将超声波振动能传递到焊件间的接触表面上，在此产生剧烈的相对摩擦，由初期个别凸点之间的摩擦逐渐扩大到面摩擦，同时破坏、排挤和分散表面的氧化膜及其他附着物。 
　　（2）温度升高阶段：在继续的超声波往复摩擦过程中，接触表面温度升高（焊区的温度约为金属熔点的35％～50％），变形抗力下降，在静压力和弹性机械振动引起的交变节应力的共同作用下，焊件间接触表面的塑性流动不断进行，使已被破碎的氧化膜继续分散甚至深入到被焊材料内部，促使纯金属表面的原子无限接近到原子能发生引力作用的范围内，出现原子扩散及相互结合，形成共同的晶粒或出现再结晶现象。 
　　（3）固相接合阶段：随着摩擦过程的进行，微观接触面积越来越大，接触部分的塑性变形也不断增加，焊接区内甚至形成涡流状的塑性流动层，出现焊件间的机械咬合。焊接初期咬合点较少，咬合面积也较少，接合强度不高，很快被超声波振动所引起的切应力所破坏。随着焊接过程的进行，咬合点数和咬合面积逐渐增加，当焊件之间的结合力超过上声极与上焊件之间的结合力时，切向振动不能切断焊件之间的结合，形成牢固的接头。

超声波金属焊接机影响因素
　　超声波金属焊接机接头的形成主要由振动剪切力、静压力和焊区的温升三个因素所决定，它们之间相互影响，相互制约，并和焊件的厚度、表面状态及其常温性能有关。 
　　（1）机械嵌合：超声波金属焊接接头中常见到两焊件接触处形成塑性流动层，并呈现犬牙交错的机械嵌合，这种接合对连接强度起到有利的作用，但并不是金属的连接，在金属与非金属之间的超声波金属焊接接时，这种机械嵌合作用占主导地位。 
　　（2）金属原子间的键合：在超声波金属焊接接接头中，焊接界面之间存在大量被歪扭的晶粒，这些晶粒是跨越界面的“公共晶粒”，其尺寸与母材金属的晶粒无明显差别，接头不存在明显的界面，两材料之间通过金属原子的键合而连在一起。可以认为，在焊接开始时，待焊材料在摩擦功的作用下发生强烈的变形和塑性流动，特别是氧化膜去除或破碎以后，为纯净金属表面之间的接触创造了条件，而继续的超声弹性机械振动以及温升，又进一步造成金属晶格上的原子处于受激状态，当金属原子相互接近到0.1～0.3nm时，就有可能出现原子间相互作用的反应区，形成金属键。
　　（3）金属间的物理冶金：超声波金属焊接接中还存在着由于摩擦生热所引起的再结晶、扩散、相变以及金属间化合物形成等冶金过程。到目前为止，该方面的研究较少，缺乏必要的证据，特别是短时间焊接时，接头中不一定出现再结晶组织强相变，但仍然能够形成接头，由此可知，再结晶，扩散和相变不是形成接头的必要条件。 

超声波金属焊接机技术要求
　　1、高功率容量、稳定的超声波发生器：
 　　稳定的超声波发生器首先要求为：频率自动跟踪。频率自动跟踪能保证换能器系统能工作在谐振状态，即焊头振幅的最大化。采用频率自动跟踪技术，更换模具及工作时无须调频，才是用于金属焊的基本要求。有可调电感手动调频率的设备，基本都满足不了要求。
 　　稳定的超声波发生器还要要求：恒振幅功能及振幅的无级可调。恒振幅功能，它能保证焊接的一致性，为稳定生产的关键；振幅的无级可调是保障设备用途的基本，例如在同一设备上通过参数调整既能焊铜，也能焊铝材料。
 　　高功率容量：金属焊相对于塑料焊，要求高的能量密度，必然有相对高的功率容量，如20kHz的机器，基本上要求3000W以上的功率容量。很多公司对于功率容量经常出现虚假标称，那我们只需和他们所做的塑料焊机比较一下即可，因为塑料焊机标称太高是无人信的。
 　　2、高品质焊头：金属焊作为工业用途，必然要求高寿命的焊头。
 　　3、高品质换能器：如20kHz的换能器，必须能长期承受3kw以上负载。很多公司的换能器，用普通塑料焊的换能器，外观上很难分辨，这是不负责任的做法。
 　　4、优质控制系统：具有焊接能量、时间、高度三种基本控制模式，多种质控软件满足不同需求。

超声波金属焊接机焊接工艺
　　（1）点焊：点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动；千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统；而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机，它兼有上述两种振动系统的优点。
　　（2）环焊：环焊方法主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时，耦合杆4带动上声极5作扭转振动，振幅相对于声极轴线呈对称分布，轴心区振幅为零，边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺，有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合，用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大，需要有较大的功率输入，因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。
　　（3）缝焊：与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、弯曲振动以及扭转振动三种形式。其中最常见的是纵向振动形式，只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝，通常焊件被夹持在上下滚轮之间，在特殊情况下可采用平板式下声极。
　　（4）线焊：它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝，声极长度就是焊缝的长度，现在可以达到150mm，这种方法最适用于金属薄箔的封口。
　　（5）双超声波振动系统的点焊：上下两个振动系统的频率分别为27kHz和20kHz（或15kHz），上下振动系统的振动方向相互垂直，焊接时二者作直交振动。当上下振动系统的电源各为3kW时，可焊铝件的厚度达10mm，焊点强度达到材料本身的强度。双超声波振动系统多用于集成电路和晶体管细导线的焊接，虽然焊接方法与点焊基本相同，但焊接设备复杂，要求设备的控制精度高，以便实现焊点的高质量和高可靠性焊接。
　　（6）超声波对焊：超声波对焊主要用于金属的对接，是近年来开发的一种新方法。焊接设备由上、下振动系统、提供接触压力的液压源和焊件夹持装置等部分组成。左边焊件的一端由夹具固定，另一端夹在上、下振动系统之间作超声振动；右焊件端面与左端面对接，并由夹具夹紧，接触压力加在右侧焊件上。焊接时，在超声振动的作用下即可把两个焊件在端面焊接在一起。应注意，焊接装置的上、下振动系统的振动相位必须相反，上振动系统可以是无源的。

超声波金属焊接机设备图片

铜铝金属焊接机	超声波金属点焊机