Ультразвуковая точечная сварка.

Основной узел машины для выполнения точечных сое­динений с помощью ультразвука — магнитострикционный преобразователь (рис. 07-01).

Р ис. 07-01. Схема установки для точечной сварки ультразвуком:

1 — магнитострикционный преобразователь; 2 — диафрагма; 3 — ме­ханизм нажатия; 4 — выступ; 5 — маятниковая опора; 6 — волновод; 7 — кожух водяного охлаждения; 8 — изделие

Его обмотка питается током высокой частоты от ультразвукового генератора.Охла­ждаемый водой магнитострикционный преобразователь 1 изготовлен из пермендюра (К49Ф2), он служит для пре­вращения энергии тока высокой частоты в механические колебания, которые передаются волноводу 6. На конце волновода имеется рабочий выступ 4. При сварке изде­лие 8 зажимают между рабочим выступом 4 и ме­ханизмом нажатия 3, к которому прикладывают уси­лие, необходимое для создания давления в процессе сварки.

Сварка происходит при включенном преобразователе. Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод на рабочий выступ 4 в виде горизонтальных механических перемещений высокой частоты. Длитель­ность процесса сварки зависит от свариваемого металла и его толщины, для малых толщин она исчисляется до­лями секунды.

Ультразвуковая шовная сварка.

Основные узлы машины для выполнения шовных сое­динений при помощи ультразвука (рис. 07-02): вращающийся магнитострикционный преобразователь 1 и волновод 2.

Рис. 07-02. Схема установки для роликовой сварки ультразвуком:

1 — магнитострикционный преобразователь; 2 — волновод; 3 — сваривающий ролик; 4 — прижимной ролик; 5 — изделие; 6 — кожух преобразователя;7 — подвод тока от ультразвукового генератора; 8 — привод; 9 — подвод охлаждающей воды

Конец волновода имеет форму ролика 3. Изделие 5, под­лежащее соединению, зажимают между вращающимся роликом 3 волновода и холостым роликом 4. Высокоча­стотные упругие колебания передаются через волновод на ролик, который вращается вместе с волноводом. Изделие, зажатое между роликами, перемещается, и одно­временно создается герметичное соединение.

Процесс ультразвуковой сварки происходит при воз­действии сдвигающих высокочастотных колебаний, да­вления, приложенного перпендикулярно к поверхности листа, и теплового эффекта, сопровождающего процесс сварки. В результате в зоне сварной точки наблюдается небольшая пластическая деформа­ция.

Иными словами, процесс ультразвуковой сварки про­исходит под действием трения, вызванного микроскопи­ческим возвратно-поступательным перемещением тру­щихся поверхностей.

В начальный момент действия ультразвуковых коле­баний на свариваемых поверхностях возникает сухое тре­ние, приводящее к разрушению окисных пленок и пленок из адсорбированных газов и жидкостей. После появле­ния ювенильных поверхностей процесс сухого трения переходит в чистое трение, которое сопровождается обра­зованием узлов схватывания. Схватыванию в значитель­ной степени способствует малая амплитуда колебаний тру­щихся поверхностей и возвратно-поступательный характер этих колебаний.

2 Теплофизические свойства сварных соединений.

Металлографические исследования образцов различ­ных металлов, сваренных при повышенных давлениях, мощности и продолжительности, не обнаружили в зоне сварки литой структуры или воздействия на металл очень высоких температур.

Сварные соединения обладают прочностью, равной прочности основного металла.

Испытания на отрыв сварных соединений медных об­разцов показали высокий предел их прочности, около 20 кгс/мм² (196 МН/м²), близкий к пределу прочности основного металла. Высокие значения предела прочности ультразвуковых сварных соединении подтверждают то, что они образуются вследствие возникновения металли­ческих связей в узлах схватывания, имеющих такую же прочность и природу, как и основной металл.

Процесс ультразвуковой сварки сопровождается вы­делением теплоты в зоне сварки, вызванной трением на контактных поверхностях и пластическими деформациями металла.

Температура в зоне сварки зависит от прочностных характеристик, главным образом от твердости металла, его теплофизических свойств (теплопроводности и тепло­емкости) и от режима сварки. Существует оптимальное давление, при котором развивается максимальная темпе­ратура, дальнейшее увеличение давления приводит к уве­личению скорости нарастания в начале сварки и умень­шению значения максимальной температуры.

Это вызвано уменьшением мощности, передаваемой в зону сварки вследствие выхода из резонанса колебательной системы, увеличением площади контакта в зоне сварки и т.п. Повышение температуры не является определяю­щим фактором, так как максимальная прочность сварных соединении достигается ранее, чем максимальная тем­пература в контакте.

Предварительный подогрев изделия способствует уменьшению длительности пропускания ультразвуковых колебаний и увеличению прочности сварного соединения.

При малых давлениях прочность точки в значительной степени зависит от продолжительности прохождения уль­тразвука. С повышением давления сварные соединения прочнее при меньшей продолжительности прохождения ультразвука. При очень продолжительном пропускании ультразвука и большом давлении сварное соединение не­качественно вследствие значительных деформаций основ­ного металла и приваривания его к электроду. При шовной сварке прочность сварных соединений обычно выше прочности основного металла и разрушение проис­ходит по основному металлу.