8. Классификация и основные технические

требования к оборудованию для УЗС.

За последние годы в России и за рубежом создано большое количество различных машин для УЗС металлов. Это оборудование можно классифицировать: по способу преобразования электрической энергии в механическую (магнитострикционный или пьезоэлектрический), по характеру распространения энергии в свариваемых материалах (направленный ультразвук и не направленный), по видам дополнительных источников энергии в зоне сварки (нагрев, давление); по способу сварки (точечная, многоточечная, рельефная, шовная); по характеру установки (стационарная, переносная, подвесная); по степени автоматизации (полуавтомат, автомат) и назначению (общего применения и специализированная); по кинематической схеме и конструктивным особенностям и т. д. На данном этапе оборудование для УЗС целесообразно классифицировать и по мощности. Принимая во внимание ГОСТ 9865-68, регламентирующий выходную мощность генераторов, сварочные машины можно разбить на группы малой мощности (0,01 - 0,25 квт), средней (0,4-4,0 квт) и большой (свыше 4,0 квт).

Исследование процесса сварки, оборудования, технологии УЗС и опыт эксплуатации сварочных машин в промышленности позволяют сформулировать следующие основные технические требования к механической колебательной системе:

1) большая износоустойчивость сварочного наконечника и отсутствие налипания свариваемого материала на его поверхности;

2) возможность быстрой замены сварочного наконечника или механической колебательной системы в целом;

3) надежное крепление механической колебательной системы;

4) высокие акустико-механические свойства системы (минимальные потери, хорошая смачиваемость припоями, отсутствие микротрещин в металле и его однородность и т. д.);

5) рациональный коэффициент усиления концентратора, порядок резонирующих стержней и точек сопряжения волноводных звеньев;

6) высокое качество соединения всех элементов колебательной системы;

7) достаточно большая зона доступна к сварочному наконечнику;

8) отсутствие разворачивания свариваемых деталей относительно сварочного наконечника и друг друга;

9) рациональное охлаждение электромеханического преобразователя.

Механическая часть машины (корпус, система охлаждения, привод давления и т. п.) должна иметь: достаточную жесткость корпуса, исключающую непроизвольное смещение и перекосы сварочного наконечника относительно свариваемых деталей; малую инерционность привода давления с плавным опусканием сварочного наконечника (для сварки металлов с металлизированным стеклом, керамикой, полупроводниковыми материалами). Конструкция рабочего стола должна позволять производить совмещение свариваемых изделий с необходимой точностью, а для сварки микротолщин манипуляторы, оптика, подогревательные колонки и другие устройства должны соответствовать конкретным требованиям, обусловленным типом свариваемого изделия.

Безусловно, что к машинам для УЗС в полной мере относятся и общие требования: максимальный к. п. д., минимальные габариты и вес, простота при наладке и эксплуатации, надежность в работе, высокая производительность, патентная чистота, соответствие требованиям эргономики. Немаловажным обстоятельством является стоимость оборудования.

Анализ патентной и технической литературы, изучение особенностей технологии (гл. II) и оборудования (гл. III) позволили установить, что конструктивно-технологические особенности машины в значительной степени определяются и принятой кинематической схемой.

В зависимости от положения механической колебательной системы относительно свариваемых деталей сварочные машины можно разделить на следующие основные группы:

1) машины, в которых механическая колебательная система использована в качестве исполнительного элемента привода давления;

2) машины, в которых резонирующий стержень механической колебательной системы используется в качестве упорного или опорного элемента и неподвижно закреплен в корпусе машины. Этот признак в значительной степени определяет достоинства или недостатки сварочной машины.

Машины первой группы весьма распространены. Например, фирма Сонобонд Корпорейшен (США) рекламировала четыре типоразмера сварочных машин, выполненных по такой схеме.

Аналогично устроена и сварочная машина фирмы Леефельдт (ФРГ). К этой группе машин должны быть отнесены также практически все типы машин для сварки микротолщин, выпускаемые в СССР (машины Контакт-4, УЗСКН-1 и др.).

Вторая группа машин менее распространена. Известна сварочная машина фирмы Муллард, в которой резонирующий стержень механической колебательной системы используется в качестве упорного элемента и неподвижно закреплен в корпусе машины. Преимущества этой машины: простота конструкции, большая надежность в работе, так как исключено радиальное или поступательное движение колебательной системы. Недостатки: детали трудно зафиксировать перед сваркой, так как с началом цикла работы привода давления, т. е. при движении опоры, будут перемещаться и детали. В этом случае их надо держать на весу, либо прижимать к сварочному наконечнику. В противном случае они будут перемещаться вместе с опорой вверх. Прецизионная сварка мелких деталей на машине затруднена. К недостаткам машин такого типа следует отнести также использование опоры в виде массивной наковальни.

Основные особенности конструктивной схемы, разработанной во ВНИИЭСО, заключаются в следующем; колебательная система поставлена на жесткое основание корпуса машины, который может быть вытянут в виде консоли. Осевое усилие сжатия передается упорным стержнем, расположенным над сварочным наконечником стержня. Массивный отражатель упорного стержня одновременно выполняет роль поршня привода давления (см. рис. 21, д). Такое расположение колебательной системы стало возможным только после проведения исследовательских работ по созданию эффективного упорного элемента в виде длинного и тонкого стержня.

Разработанная конструкция сварочной машины обладает следующими основными преимуществами: 1) исключена необходимость вредного сопряжения колебательной системы с приводом давления и нежелательный наклон осей концентратора и резонирующего стержня; 2) достигнута большая рабочая зона около сварочных наконечников; 3) обеспечено строго фиксированное положение деталей до начала и в момент сварки; 4) устранено вредное разворачивание деталей относительно друг друга и сварочных наконечников; 5) колебательная система и привод давления имеет законченное конструктивное выполнение; при разработке машин с различными вылетами сварочных наконечников они практически не потребуют принципиальных переделок.

У льтразвуковая сварка - это способ создания неразъёмных соединений с помощью энергии, выделяющейся в зоне контакта свариваемых деталей. Низкочастотное напряжение сети с помощью генератора преобразуется в высокочастотную электроэнергию. Технологическое оборудование для ультразвуковой сварки состоит из следующих узлов: источника питания, аппаратуры управления сварочным циклом, механической колебательной системы, привода давления и подачи.  Особенностью ультразвуковой сварки материалов является локальная направленность теплового воздействия, и как следствие отсутствие деформации и напряжения, стабильность качества сварки. Кроме того, отсутствует тепловое и световое излучение при сварке, материал не доводится до расплавленного состояния. С помощью ультразвука можно сваривать однородные и разнородные материалы различной толщины без подготовки поверхности. Ультразвуковая сварка получает все большее применение при решении проблем соединения отдельных узлов и элементов в производстве изделий из полимерных термопластичных материалов. Ультразвуковая сварка тем более ценна, что для ряда полимеров она является единственно возможным надежным способом соединения. Оптимальное время сварки для каждого вида изделия определяется при отработке технологических режимов. Время ультразвукового воздействия от долей секунды до нескольких секунд.

По сравнению с традиционными методами сварки, ультразвуковая сварка полимеров имеет ряд преимуществ:

• высокая прочность соединения свариваемых материалов;

• отсутствие внутренних напряжений сварного шва;

• не требуется предварительная подготовка поверхности и зачистки поверхности шва изделия после сварки;

• место сварки зачастую незаметно;

• возможность введения эффективной автоматизации и управления параметрами технологического процесса;

• повышение производительности труда, за счет исключения операций с соединительными материалами;

• возможность совмещения операций, например одновременного сваривания и резания, сваривания и нанесения рисунка;

• исключение расходов на соединительные материалы (клей, растворитель, нитки), используемые при традиционных методах;

• отсутствие вредных для человека растворителей.

• Наиболее распространённые способы сварки: прессовая и шовная.

Прессовый способ — точечная и контурная сварка. Шовная сварка — получение сварного шва неограниченной длины. Неограниченная длина шва достигается путем сваривания двух или нескольких деталей на ультразвуковой швейной машине. На ультразвуковом швейном оборудовании прекрасно свариваются полимеры (например нетканый материал спанбонд), воздухонепроницаемые, водо- и кровоотталкивающие ткани с пропиткой из полиуретана, поликоттона, полиэстра, полиэтилена и многие другие. Из перечисленных материалов на ультразвуковой швейной машине можно производить одноразовые медицинские халаты, фартуки, перчатки, нарукавники, шапочки, бахилы, маски, парикмахерские накидки, бельевые аксессуары и многое другое.

Испытания показали, что прочность сварного шва, полученного способом ультразвуковой сварки, на оптимальных режимах, превышает прочность основного материала полотна и требования технического задания.

Область применения: легкая и пищевая промышленность, автомобилестроение, приборостроение, строительство и т.д.

Наши преимущества

• гарантия и сервисное обслуживание ультразвукового оборудования

• простота использования

• быстрые сроки поставки

• консультирование и обучение специалистов для работы с ультразвуковым оборудованием

• наличие сертификатов

Расчётная практическая работа

Значение Е и ρ для некоторых материалов, используемых для изготовлении отдельных элементов колебательной системы в ультразвуковых установках для сварки полимерных материалов, при­ведены в табл.1.

Таблица 1

Скорость звука, плотность и модуль упругости различных материалов

Материал	Плотность, кг/СМ3	модуль Юнга, кгс/мм2
Аламиний	2,7	7100
Алюминиевый сплав AЮT	2,6	7100
Сталь
Ст.45	7.8	21000
ЗОХГСА	7.9	21400
Титан
ВТ-1	55	II300
ВТ-4	54	II600
BT3-I	50	II800
ВТ-4	52	11890
Никель
HI,	8,9	17700
Н2	7,7	17650
.Альфер
Ю-12	6,7	16590
Ю-14	6,65	15770
Пермендар
К49Ф2	8,15	21800
К5092	8,29	21500
К65	8,25	21560
Х70	8,1	21490
Х89	7,7	22500
Пермаллой	8,25	21370

Таблица 2

Варианты заданий

ВАРИАНТ	Материал	Скорость продольных волн, м/cек
1	Алюминий
2	Сплав АЮТ оплав AUT
3	Ст.45
4	ЗОХГСА
	Титан
5	ВТ-1
6	ВТ-4
7	BT3-I
8	ВТ-4
	Никель
9	HI,
10	Н2
	.Альфер
11	Ю-12
12	Ю-14
	Пермендар
13	К49Ф2
14	К5092
15	К65
16	Х70
17	Х89
18	Пермаллой

Литература

1. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т./Под ред. И. А. Ольшан­ского.— М.: Машиностроение, 1978 — Т. 1978.— 504 с.

2. Руге Ю. Техника сварки: Справ, изд. В 2-х ч./Пер с нем.—М.: Метал­лургия, Машиностроение. 1984.— 652 с., ил.

3. Холопов Ю. В. Оборудование для ультразвуковой сварки.— Л.: Энерго- атомиздат, 1985.— 167 с.

4. Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов.— Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение. 1988.— 224 с.

5. Ультразвуковая микросварка/А А. Грачев, А. П. Кожевников, В. А. Ле- бига, А. А. Россошинский.— М.: Энергия, 1977.— 184 с.

6. Справочник по сварке, пайке, склейке и резке металлов и пластмасс: Пер. с нем./Под ред. А. Ноймана, Е. Рихтера — М.: Металлургия, 1980.— 464 с.

7. Мазур А. И., Алехин В. П., Шоршоров М. X. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов.— М.: Радио и связь. 1981.— 224 с.

8. Красулин Ю. Л.. Назаров Г. В. Микросварка давлением/Под ред. Э. С. Каракозова — М.: Металлургия, 1976 — 160 с.

9. Wodara /., Eckhardt S. Eignung von Meta Men und Metallkombination ffir das UItraschalIschweiBen//SchweiBtechnik. 27 (1978). S. 313—315.

16