协和超声波金属焊接机的发展跟形成

协和超声波金属焊接技术是19世纪30年代偶然发现的。当时在做电流点焊电极加超声波振动试验时发现不通电流也能进行焊接，因而发展了超声金属冷焊技术。虽然协和超声波金属焊接技术的发现比超声波塑料焊接要早，但目前应用较广的还是超声波塑料焊接，这是因为超声波塑料焊接对于焊头质量和换能器功率的要求要比金属焊接低得多。所以，由于受超声波换能器功率的限制，多年来超声波焊接技术在金属焊接领域没有得到很好的应用和发展，主要局限于金属点焊、滚焊、线束和封管4个方面。

超声波增材制造装备的关键是大功率超声波换能器，美国采用推-挽（push-pull）技术，通过将两个换能器串联，成功制造出了9kW大功率超声波换能器，推-挽（push-pull）式超声波换能器原理如图1所示。大功率超声波换能器的出现使得超声波焊接技术能够对一定厚度金属箔材实现大面积快速固结成形，为超声波增材制造技术的发展奠定了技术基础。

超声波固结成形技术是采用大功率超声波能量，以金属箔材作为原料，利用金属层与层之间振动摩擦而产生的热量，促进界面间金属原子的相互扩散并形成固态冶金结合，从而实现逐层累加的增材制造成形。图2为超声波固结原理示意图，当上层的金属箔材在超声波压头的驱动下相对于下层箔材高频振动时，由于摩擦生热导致箔材之间凸起部分温度升高，在静压力的作用下发生塑性变形，同时处于超声能场的金属原子将发生扩散形成界面结合，从而实现金 属逐层增材固结成形制造。将增材快速成形与数控铣削等工艺相结合，形成超声波固结成形与制造一体化的3D打印技术。