協(xié)和超聲波金屬焊接機(jī)的發(fā)展跟形成

協(xié)和超聲波金屬焊接技術(shù)是19世紀(jì)30年代偶然發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時在做電流點(diǎn)焊電極加超聲波振動試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)不通電流也能進(jìn)行焊接，因而發(fā)展了超聲金屬冷焊技術(shù)。雖然協(xié)和超聲波金屬焊接技術(shù)的發(fā)現(xiàn)比超聲波塑料焊接要早，但目前應(yīng)用較廣的還是超聲波塑料焊接，這是因?yàn)槌暡ㄋ芰虾附訉τ诤割^質(zhì)量和換能器功率的要求要比金屬焊接低得多。所以，由于受超聲波換能器功率的限制，多年來超聲波焊接技術(shù)在金屬焊接領(lǐng)域沒有得到很好的應(yīng)用和發(fā)展，主要局限于金屬點(diǎn)焊、滾焊、線束和封管4個方面。

超聲波增材制造裝備的關(guān)鍵是大功率超聲波換能器，美國采用推-挽（push-pull）技術(shù)，通過將兩個換能器串聯(lián)，成功制造出了9kW大功率超聲波換能器，推-挽（push-pull）式超聲波換能器原理如圖1所示。大功率超聲波換能器的出現(xiàn)使得超聲波焊接技術(shù)能夠?qū)σ欢ê穸冉饘俨膶?shí)現(xiàn)大面積快速固結(jié)成形，為超聲波增材制造技術(shù)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

超聲波固結(jié)成形技術(shù)是采用大功率超聲波能量，以金屬箔材作為原料，利用金屬層與層之間振動摩擦而產(chǎn)生的熱量，促進(jìn)界面間金屬原子的相互擴(kuò)散并形成固態(tài)冶金結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)逐層累加的增材制造成形。圖2為超聲波固結(jié)原理示意圖，當(dāng)上層的金屬箔材在超聲波壓頭的驅(qū)動下相對于下層箔材高頻振動時，由于摩擦生熱導(dǎo)致箔材之間凸起部分溫度升高，在靜壓力的作用下發(fā)生塑性變形，同時處于超聲能場的金屬原子將發(fā)生擴(kuò)散形成界面結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)金 屬逐層增材固結(jié)成形制造。將增材快速成形與數(shù)控銑削等工藝相結(jié)合，形成超聲波固結(jié)成形與制造一體化的3D打印技術(shù)。