哈工大張洪濤教授團隊研制出國內首套雙換能器超聲固相增材制造裝備

近日，哈爾濱工業大學威海校區材料科學與工程學院張洪濤團隊成功研制國內首臺雙換能器超聲固相增材制造裝備，可實現6000-9000瓦雙頭輸出功率，滿足銅、鋁、鎳、鈦等多種功能材料及梯度材料的制備需求，同時還可實現銅/鋁、鋁/鈦等異質材料的高質量復合增材制造，為輕量化功能材料制備、熱敏感器件無損植入等領域開辟了新的工藝路徑，未來可為我國航空航天、新能源汽車、光伏產業以及無人機技術等領域提供綠色特種功能材料的快速制備新工藝。

超聲波增材制造（Ultrasonic Additive Manufacturing, UAM）是一種基于固相連接的先進制造技術，通過高頻超聲振動產生的機械能和熱能實現金屬箔材的逐層固結，與傳統熔焊工藝相比，其加工溫度低，可避免材料高溫氧化、相變及殘余應力等問題，尤其適用于異種金屬連接和功能梯度材料制備。然而，傳統超聲波增材設備因單側換能器功率不足，難以滿足大尺寸、高強度金屬構件的制造需求。

在山東省重大科技創新工程項目、山東船舶技術研究院、威海萬豐鎂業及省內其他企業資助和支持下，研究團隊2013年*提出“輔助加熱式超聲快速成型方法及裝置”思想，2018年在系統實驗的基礎上提出了“一種大功率推挽式超聲滾焊固結-增材制造裝置工藝路徑實現方案”，并且逐步開展裝備迭代，*終實現了實現雙側雙換能器增材固結的設計方案，通過同軸連接的雙換能器與雙變幅桿協同作用，在滾焊壓頭兩側形成推挽聯合控制結構，顯著提升了能量輸出效率和工藝穩定性。同時，團隊通過諧振模擬、壓頭粗糙度改善及輔助平臺開發等工作不斷打造完善整體裝備。該裝備具有完全自主知識產權，目前樣機已進入測試階段。

張洪濤團隊長期致力于多能場電弧焊接與固相增材技術研究，先后提出“表面瞬時液膜”促潤理論、異種金屬“激光-超聲聯合調控”界面優化方法，成功研制我國首臺水下200米半自動濕法焊接裝備、磁控等離子-MIG復合焊接系統等。8年來團隊專注于聚焦超聲波增材制造裝備與工藝研究，在Journal of Materials Research and Technology、Materials Letters等行業高水平雜志發表多篇論文，同時該技術也支持校區學生團隊獲得第七屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽金獎（2021）。

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