Евгений Банников - Сварка

Продольные механические колебания, возбуждаемые в преобразователе, подаются на инструмент или преобразуются в другие типы колебаний, обусловленные технологией. Это реализуется изменением конструкции волновода и инструмента.

Устройства для преобразования колебаний показаны на рисунке 26б.

Изгибные колебания получают при помощи волновода продольных колебаний, если к нему присоединить стержень 3 , имеющий резонансные размеры по отношению к изгибным колебаниям заданной частоты. Крутильные колебания передаются в зону сварки, например способом, показанным на рисунке 26б.

Рис. 26.

Устройства для преобразования колебаний:

а – с помощью волновода продольных колебаний; б – с помощью волновода крутильных колебаний

На рисунке 27 показана принципиальная схема ультразвуковой сварки. При сварке ультразвуком свариваемые заготовки размещают на опоре 6 . Наконечник рабочего инструмента 2 соединен с магнитострикционным преобразователем 4 через трансформатор продольных колебаний, представляющий собой вместе с рабочим инструментом 2 волноотвод 3 . Нормальная сжимающая сила Р создается моментом М в узле колебаний.

Рис. 27.

Принципиальная схема ультразвуковой сварки:

1 – свариваемые детали; 2 – инструмент; 3 – волновод; 4 – преобразователь; 5 – генератор ультразвуковых колебаний; 6 – опора

В результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации , разрушающие поверхностные пленки. При этом тонкие поверхностные слои металла нагреваются, металл в этих слоях немного размягчается и под действием сжимающего усилия пластически деформируется. При сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил между ними возникает прочная связь.

Экспериментально установлено, что прочность соединений, выполненных сваркой ультразвуком, во многих случаях превосходит прочность соединения, полученного контактной сваркой.

Сравнительно небольшое тепловое воздействие на соединяемые материалы обеспечивает минимальное изменение их структуры, механических и других свойств. Например, при сварке меди температура в зоне контакта не превышает 600 °C. При сварке алюминия и его сплавов температура составляет 200–300 °C. Это особенно важно при сварке химически активных металлов.

Этим видом сварки соединяют металлы, сплавы металлов и различные материалы в различных сочетаниях толщиной от 0,001 мм и до нескольких миллиметров. При сварке пластмасс к заготовкам подводятся поперечные ультразвуковые колебания.

В настоящее время ультразвуковая сварка находит широкое применение в радиоэлектронной промышленности, приборостроении, авиационной, космической и многих других областях.

Сварка ультразвуком применяется для точечных и шовных соединений внахлестку и по замкнутому контуру.

• незначительный нагрев деталей (в пределах пластической деформации);

• для получения сварного соединения требуется незначительная электрическая мощность;

• подготовка деталей ограничивается практически их обезжириванием;

• возможность производить сварку деталей с оксидированными и плакированными поверхностями, а также с покрытиями в виде изоляционных пленок;

• возможность сварки разнородных металлов и материалов, в т. ч. и пластмасс;

• возможность сварки ультратонких листов до 0,001 мм;

• сваркой ультразвуком можно соединять разнородные материалы в пакет;

• ультразвуковая сварка применима для соединения трудносвариваемых металлов, например молибдена, вольфрама, тантала, циркония;

• сварка происходит практически мгновенно, в момент включения УЗ-генератора;

• отсутствие вредных выделений при сварке;

• высокая степень автоматизации процесса сварки;

• высокая скорость сварки (до 150 м/час) и прочность соединения.

• применение специальных генераторов ультразвука;

• относительно небольшой диапазон толщин свариваемых материалов;

• вредное воздействие ультразвука на организм человека;

• необходимость применения устройств для предварительного сжатия деталей.