在超声波金属焊接中，通过对工件施加超声波振动去除金属表面的氧化膜，使表层的杂质分散，利用金属原子之间的引力形成固相结合状态。由于焊接是在熔点的1/3左右的温度下进行的，所以对工件的热效应很小。焊接过程中焊缝接触面是固态和固态，因此属于压焊焊接。超声波发生器将工业用电(220V或者380V)转化成高频高压交流电(例如20Khz，上千仸电压)，传输到换能器经过内部的压电陶瓷片转换为机械振动，即超声波振动。超声波振动经过焊头(Horn)焊嘴处传递到工件上，在垂直焊接压力作用下，在焊缝界面处形成金属连接(Metal bonding)。


超声波焊接机理是什么？本质上是将金属间的距离压缩到“原子间距”的水平，从而实现连接。一般来说，有三种方法可以实现该过程——单独施加热量、单独施加载荷，施加超声振动和载荷。例如，大型压机通过大载荷将多个金属压缩到一起，激光和电弧焊接是通过施加足够热量熔化金属实现连接。

超声金属焊接是有效的方式，超声振动大大减少了实现“原子间距”所需要的载荷和热量。可以只用不足3000N的压力，以及只有0.3-0.5倍金属熔点的热量，实现多达80层金属箔片的金属焊接。

超声波金属焊接有一个限制条件，就是要求被连接的金属是具有延展性的有色金属（软金属）。除了施加载荷，和超声振动产生的少量热量，还需要金属产生形变。这样，才能实现金属间距离减小到“原子间距”的水平。

为什么必须要将金属之间减少到“原子间距”的水平，才能实现有效焊接？

我们知道有以下几种连接机理：

1.化学键/金属键连接，是共享双方的自由电子

2.共价键连接，是共享电子对

3.离子键连接，是自由电子形成化合物

4.物理连接，是原子核间的范德华力

5.机械连接，是将物体通过螺栓等机械方式装配在一起

超声波金属焊接是利用原子核之间的范德华力和共享电子对实现连接的。为了实现超声金属焊接，还必须消除阻碍焊接的表层附着物、金属氧化物和材料杂质。这也是为什么铜箔和铝箔要求纯度达到99.99%，表面不能有油脂，氧化层不能过厚的原因，这些都会“阻碍”焊接。