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NiTi形状记忆合金以其优异的功能特性,即超弹性和形状记忆效应,以及良好的生物相容性,被广泛应用于航空航天、医疗、微电子等领域。但是NiTi材料的熔焊在凝固过程中焊缝易产生裂纹及形成Ti2Ni、Ni3Ti等脆性金属间化合物,严重影响其应用。作为一种固相连接技术,超声波焊接具有对材料的导电性不敏感、焊接时间短、能量低及无污染等优点,近年来引起了研究学者的广泛关注。本文采用超声波焊接方法实现了NiTi形状记忆合金的有效连接,并通过添加铜箔中间层对接头性能进行改善,研究了焊接工艺参数对接头力学性能和相变行为的影响规律,并对接头界面形貌、元素分布及断口形貌进行了分析,研究结果表明:采用超声波焊接可以实现NiTi形状记忆合金薄片的有效连接,焊接能量对接头的拉伸性能影响最为显著。NiTi合金超声波焊接接头的相变行为发生变化,即奥氏体相变温度升高,马氏体相变温度降低,同时接头在冷却过程中存在R相变。由于焊缝界面呈现部分连接形貌,拉伸测试过程中所有接头均呈现出界面断裂模式,最大抗拉载荷随焊接能量的升高而增加,断口处存在微裂纹和塑性变形区域。采用添加铜箔中间层的方式改善NiTi合金超声波焊接接头的性能。正交试验结果表明,相对于其他工艺参数,焊接振幅对接头的力学性能影响最大。添加铜箔中间层的NiTi超声波焊接接头表面压痕深度随焊接振幅的增加而增加,焊缝界面处铜箔厚度逐渐减薄,振幅过高时,焊缝界面处铜箔发生断裂。EDS线扫描和EBSD分析表明焊缝界面处未形成金属间化合物,铜箔一侧可观察到明显的动态再结晶现象。与NiTi形状记忆合金母材相比,接头相变温度发生轻微偏移,即在冷却过程中马氏体相变温度降低,加热过程中奥氏体相变温度升高,但不同焊接参数下获得的接头相变温度稳定。接头的最大抗拉载荷随着焊接振幅的增加先升高后下降,拉伸过程中接头共呈现出四种断裂模式,即界面断裂、上层母材断裂、母材断裂及焊缝边缘断裂,在合适的焊接工艺参数下,接头强度高于NiTi合金母材,接头断口表面存在大量韧窝,呈现典型的韧性断裂特征;过大的焊接振幅显著地降低了焊缝区NiTi薄片的有效厚度,使焊接接头拉伸强度降低。