随着工业加工技术的发展,不断涌现的新材料促进了加工技术的发展,其中超声波金属焊接技术便是新型的材料加工技术。超声波金属焊接避免了电阻焊因高温带来的金属“氧化”和“飞溅”的缺陷,焊接效率高、对焊件的损伤小。由于国产的焊接电源稳定性不够好,因此研究与开发一种稳定且高效的焊接电源至关重要。首先,本文简要阐述了超声波金属焊接电源的研究背景与意义,分析了超声波金属焊接电源的国内外研究现状;介绍了超声波金属焊接和超声塑料焊接在原理上的区别,并对焊接机理做了理论分析和有限元仿真。总结了当前超声波金属焊接电源关键参数,并根据实际的焊接需求给出焊接件质量评价指标。其次,从超声波金属焊接电源的主回路的拓扑选择、关键参数的计算方面做了详细的分析与计算,并通过Saber进行电学仿真验证了功率电路的输出,采样调理电路的功能符合理论设计,满足实际使用要求。再次,基于经典换能器等效模型提出了L2型匹配网络,使用LC谐振产生的高压驱动换能器工作。通过对换能器加载后的阻抗与频率特性分析得出加载后换能器频率跟踪的依据,通过仿真和实验进行验证。考虑传统固定步长进行频率扫描的速度不够快,提出了基于二分法思想的“最小电流法”与“相位比较法”复合式频率扫描算法,扫频时间大大减小。根据换能器的加载特性,设计了频率跟踪算法,频率跟踪的精度达到1Hz。总结了常见的三种能量控制方式,设计了新的能量控制算法。最后,搭建了超声波金属焊接试验台,并测量了自研超声波金属焊接电源的关键点位波形与数据,进一步验证了样机的功能能够满足使用要求;给出了超声波金属焊接在不同的焊接时间、焊接压力、焊接振幅条件下的焊接质量分析,得出了超声波金属焊接的工艺参数。