超声波金属焊接机的焊头运动是其核心工作环节之一，直接决定了焊接质量、效率以及设备稳定性。焊头的运动方式、轨迹、频率、振幅等参数共同构成了焊接过程的动态特性，以下从多个维度解析焊头运动的关键方面：

一、焊头的基本运动形式

1、垂直振动

这是超声波焊接中典型的运动形式，焊头在换能器驱动下沿垂直于工件表面的方向高频振动（通常为15kHz-40kHz），振幅范围在5-50μm。这种振动通过摩擦作用破坏金属表面的氧化层，并在压力下实现原子间扩散结合。例如，线束焊接中，铜或铝导线的连接即依赖这种垂直振动产生的热能集中效应。

2、横向振动

少数特殊设计的焊头会采用横向振动模式，通过平行于工件表面的往复运动实现焊接。这种模式适用于薄片金属的搭接焊，可减少表面压痕，但需准确控制振幅以避免材料错位。

3、复合振动

设备可能结合纵向与横向振动，形成椭圆或螺旋轨迹，提升焊接均匀性。例如，在新能源汽车电池极耳焊接中，复合振动能改善焊点强度的一致性。

二、运动参数的控制要素

1、频率匹配

焊头频率需与发生器输出频率严格共振（误差通常需小于±0.1Hz），否则会导致能量损耗或焊头损坏。不同材料（如铝合金与铜）可能需适配不同频率的焊头，以优化能量传递效率。

2、振幅调节

振幅大小直接影响焊接深度和热影响区。例如，焊接高导热材料（如铜）需更大振幅以克服热量散失，而精密电子元件焊接则需降低振幅避免变形。超声波金属焊接机可通过软件实时调节振幅，适应不同工艺阶段。

3、压力动态控制

焊头在振动同时需施加恒定或阶段性变化的压力（通常为50-500N），压力不足会导致结合不牢，过高则可能压溃工件。部分机型配备伺服压力系统，能根据材料厚度自动调整。

三、运动轨迹的工艺设计

1、静态焊接

焊头固定位置振动，形成单个焊点，适用于导线端子或小型金属片焊接。其运动轨迹简单，但需保证焊头与工件的平面度误差小于0.05mm。

2、连续焊接

焊头沿预设路径移动，同时保持振动，形成密封焊缝。例如，锂电池铝壳封装中，焊头以0.5-2m/min速度匀速移动，需配合精密导轨减少轨迹偏差。

3、三维自适应运动

针对复杂曲面工件（如汽车线束插头），焊头可能集成六轴机械臂，通过实时反馈调整运动轨迹。此类系统需结合力传感器与视觉定位，确保振动方向始终垂直于接触面。

四、运动系统的机械结构

1、焊头（工具头）材质

通常采用钛合金或沉淀硬化钢，兼具高疲劳强度与声学传导性。特殊涂层（如碳化钨）可延长寿命，尤其在焊接高硬度材料时。

2、变幅杆（调幅器）作用

作为连接换能器与焊头的关键部件，其设计决定了振幅放大倍数（通常为2-5倍）。阶梯型、指数型变幅杆适用于不同能量需求场景。

3、导向机构精度

直线轴承或气浮导轨可减少运动摩擦，确保振动能量无损传递。