3. Технологические возможности

Рис. 13.2. Основные типы сварных соединений металлов f4—6]: о — внахлестку; б —по рельефам; в —с раздавливанием кромок; г — параллельное, круглого элемента с плоским; д—встык круглого элемента с плоским; с—крестооб­разное. круглых элементов; ж — параллельное, круглых элементов; а — многослойных деталей и пленок; и. к — угловое

УЗС позволяет соединять разные элементы изделий толщиной 0,005—3,0 мм или диаметром 0,01—0,5 мм [7]. При приварке тонких листов и фольги к деталям толщина последних практиче­ски не ограничивается [2]. Разнотолщинность свариваемых де­талей при УЗС может достигать 1: 100 [4, 5]. На рис. 13.2 представлены наиболее распространенные для ультразвуковой сварки металлов типы сварных соединений [4—6].

Рис.3. Сочетание свариваемых металлов

С помощью ультразвука можно сваривать металлы и сплавы как между собой (в однородном или разнородном сочетании), так и с некоторым неметаллическими материалами. Свариваемость металла зависит от его твердости и кристаллической структуры. С увеличением твердости свариваемость ухудшается. При сварке Металла с решетками г. ц. к., о. ц. к. и гексагональной свариваемость ухудшается в пропорции 24 : 8 : 6. Это обусловлено тем что металлы с разной кристаллической структурой обладает неодинаковой способностью проводить ультразвуковые колебания (10). На рис. 13.3 приведены сочетания свариваемых материалов при УЗС [7].

4. Технология сварки

Схема типового технологического процесса при УЗС металлов представляет собой комплекс последовательно выполняемых операций, основными из которых являются: подготовка свари­ваемых поверхностей, сборка узлов, прихватка, сварка и правка. Объем работ по каждой операции определяется особенностями технологии изготовлении конкретных изделий. При­хватка при ограниченном числе сварных точек может не вы­полняться [4, 5].

Подготовка поверхностей. Большинство исследователей [2, 4—8] отмечают, что влияние поверхностных пленок на прочность соединений, выполненных УЗС, невелико. Поэтому считается, что при УЗС металлов можно получать сварные соединения с высокими эксплуатацион­ными характеристиками без предварительной обработки соединяемых поверхностей. Вместе с тем в некоторых работах [4, 5] указывается на целесообразность удаления поверхностных пленок с соединяемых поверхностей, так как они не только снижают возможность образования сварного соединения, но в ряде случаев исключают получение технологического эффекта.

В работах [7, 11] предлагается для подготовки поверхностей, свариваемых с помощью ультразвука, применять обезжиривающую обработку.

5. Выбор параметров режима сварки

Основными технологическими параметрами режима УЗС металлов являются амплитуда колебаний сварочного наконечника £са, сварочное усилие F_QB и время сварки t_св [4, 5, 9].

Амплитуда колебаний сварочного наконечника является важнейшим параметром режима сварки, влияющим на создание необходимых условий для удаления поверхностных пленок, нагрев, расположение и размеры зоны пластической деформации свариваемого металла. В каждом конкретном случае £_с» назначают в зависимости от наличия оксидной пленки и ее толщины, а также от свойств (предела текучести и твердости) и толщины свариваемого металла. При этом она растет пропорционально пределу текучести, твердости и толщине свари­ваемого металла. Величина £_Са обычно находится в пределах от 0,5 до 50 мкм. В процессе сварки £_св может изменяться в соответствии с типовыми циклограммами, приведенными на рис. 13.4 [3—5].

Сварочное усилие обеспечивает передачу ультразвуковых ко­лебаний и вызывает пластическую деформацию металла в зоне соединения. С увеличением предела текучести, твердости и толщины свариваемого металла величина F_CB растет. При этом F_cв и £_Г|| взаимосвязаны между собой, т. е. при заданной мощности механической колебательной системы с увеличением £_гв сварочное усилие необходимо снижать. При соединении элементов микросхем и полупроводниковых приборов F_en составляет десятые доли либо единицы ньютона, а при сварке относительно

Рис. 13.4. Циклограмма изменения амплитуды колебаний сварочного наконечника в про­цессе саарки [5J:а — £св снижается ллавио; б —режим сварки задан экспериментом; в —снижение ступенчатое; г—критерий /С-(2 +1,5) д — программирование fCB

Рнс. 13.5. Циклограмма изменения сварочного усилия в процессе сварки (6]: а — ступенчатое снижение; б — ступенчатое увеличение; « — плавное изменение; г — частотное нагружение; д — программирование с частотой наполнения

толстых листов Fa обычно не превышает 10⁴ Н. В процессе сварки F_c» остается постоянным или изменяется по определенной программе (рис. 13.5) [3—5].

Время сварки зависит от других параметров, свойств и тол­щины свариваемого металла. Зависимость t_cв от свойств и тол­щины свариваемого металла такая же, как для F_CB. Величину /с* устанавливают в пределах 0,1—4 с (3—5].