超声波焊接技术是一种固态焊接工艺,具有众多优点,在轻合金焊接方面具有良好的应用前景。本课题将通过一系列的试验对铝合金、镁合金和钛合金进行同质或异质超声波焊接获得焊点进行研究,探究焊接参数及材料属性对焊接效果的影响,同时研究焊点的形成机理。本课题利用超声波焊接工艺对轻合金板材进行焊接,通过不断改变焊接参数(焊接压强、焊接能量、焊接时间和焊接振幅)以及材料属性(硬度)获得具有良好焊点的试件。对焊接试件进行拉伸剪切试验,探究焊点的搭接剪切强度与焊接参数和材料属性之间的关系。利用金相显微镜、EPMA(电子射线扫描)和EBSD(电子背散射衍射)对试件的微观组织进行观察,以及用XRD(X射线衍射)对拉伸的焊接接头断面进行断口分析。另外,本课题还提出了一种冲压预变形处理的超声波焊接结构。实验表明:铝合金超声波焊接的接头的搭接剪切强度与焊接压强、焊接能量、焊接时间和焊接振幅均成抛物线关系;根据焊接能量的不同焊点的形成过程可分为三个阶段,即微结合阶段、波浪形位移阶段和涡旋形位移阶段;板材硬度降低,材料流动性较好,一方面促进形成良好的焊缝,另一方面也会使板材发生变形,强度降低;冲压预变形处理板材会消除无效摩擦面积,使得焊点处受力更加均匀,焊接强度会提高;能耗较高时镁/钛焊接界面镁侧生成了半熔化区以及晶粒细化带,镁合金液相中析出的铝元素起到了桥梁作用,促进了镁/钛异质金属的高强度连接;镁/铜焊接界面镁合金一侧形成界面扩散层,分扩散层主要是由Mg和Mg2Cu构成的,得到稳定可靠的焊接接头。本课题较系统的研究了轻合金的超声波焊接,探究了同质和异质焊接焊点的形成机理,同时提出了一些改进了超声波焊接工艺的方法,这些为将来超声波焊接工艺的研究提供了有意义的参考。