增量制造技术诞生于20世纪80年代,是一种新兴的实体成形技术,通过将材料逐层累加最终得到零件成品,特别适合形状复杂结构、中空结构或器件植入结构零件的制作,常用的方式为激光烧结或电子束烧结。超声增量制造(UAM)是近几年才出现的增量制造技术,相较于传统方法具有更高的加工精度,焊接过程温度低,不产生弧光和烟尘,同时超声波焊接在异种材料焊接中的优势,使得具有材料梯度的结构件更容易实现。本文自行设计制作了热辅助大功率超声波增量制造设备,其特点为在焊接过程中能够通过焊接平台进行加热,提供额外的热输入,同时改变被焊材料的硬度、塑性等物理性能,提高超声波焊接性能。同时超声波振动系统采用两个对称的换能器串联形式,能够提供更大的超声波焊接功率,焊接压力也随之变为对称加载形式,使焊接过程更平衡均匀。本课题进行了多层Cu箔焊接和多层Cu-Al箔交替焊接的工艺实验。在多层Cu箔焊接过程中,随焊接层数增加,超声能量向下层焊接界面传递分量增多,顶层焊接界面的最高温度呈下降趋势。随焊接压力的增大,界面温度和接合面剥离强度均先升高后下降。焊接平台加热后,界面温度持续升高,但超声作用下的温度增量下降,剥离强度先升高后下降,对比分析发现,在一定范围内剥离强度随界面温度升高而增加,最大剥离强度达到24.420Pa/mm,但温度过高会导致材料烧损,强度下降。多层Cu-Al交替超声波焊接过程中发现,铜箔和铝箔的相对位置对界面结合的影响较大,相同焊接参数下,铝上铜下的焊接方式在界面位置会产生更高的温度,焊接强度也普遍较高。在焊接平台加热情况下,界面剥离强度大大提高,此时铜上铝下结合界面的剥离强度略高于铝上铜下的情况,两种焊接形式最大剥离强度分别为26.23N/mm和23.28N/mm。在超声波焊接界面处均发现金属的塑性变形和塑性流动现象,在Cu箔和Cu-Al箔片的焊接实验中分别观察到了动态再结晶现象和金属原子的扩散现象。界面超声振动摩擦强烈位置的氧化膜破碎并向周围分散,最终在界面塑性变形较小的位置产生氧化物的聚集。