Ультразвуковая сварка

Способы соединения сваркой

Ультразвуковая сварка выполняется за счет возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний УЗ-частоты при одновременном создании определенного давления. Схема ультразвуковой колебательной системы приведена на рис. 2.1. Для УЗ-микросварки используют оборудование с частотами 22, 44, 66, 88 кГц. При УЗ-сварке температура нагрева непосредственно в зоне контакта не превышает 30...50% от температуры плавления соединяемых материалов, что позволяет использовать этот метод для соединения чувствительных к нагреву материалов.

Прочность сварного соединения в основном определяется амплитудой колебаний на рабочем торце инструмента и давлением, приложенным к соединяемым деталям. При малой амплитуде в плоскости контакта происходит замедленное образование активных центров соединения. Чрезмерное увеличение амплитуды увеличивает напряжения среза, приводящие к разрушению части узлов схватывания.

Рис. 2.1. Схема ультразвуковой колебательной системы:

1 — преобразователь; 2 — волновод; 3 — концентратор; 4 — свариваемые детали; 5 — УЗ-опора-отражатель; 6 — акустическая развязка

Экстремальный характер имеет зависимость прочности сварного соединения от давления: его занижение замедляет пластическую деформацию в контактной зоне соединения и снижает плотность дислокаций, необходимых для активирования поверхности. Завышение давления увеличивает трение и снижает амплитуду колебаний рабочего торца инструмента. Оптимальное значение давления колеблется от 0,5 до 20 Н/мм². Повышение частоты колебаний инструмента в некоторых случаях ускоряет процесс соединения. Время сварки подбирается экспериментально с целью получения максимальной прочности соединения.

Основным элементом установок УЗ-сварки является инструмент, форма и размер рабочей части которого имеют важное значение для получения качественных соединений. Распространенной конструкцией является стержень с конической частью, размеры торца которого выбираются в зависимости от диаметра привариваемого проводника (d_тор=3…4 d_пр). В ряде случаев на торце инструмента делают поперечные и продольные канавки, которые обеспечивают эффективную передачу УЗ-колебаний и обжатие выводов.

Материал инструмента для УЗ-сварки должен обладать высокой износостойкостью, иметь незначительные акустические потери, малую склонность к адгезии с привариваемым материалом, высокую прочность, хорошую обрабатываемость. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют твердые сплавы на основе карбида вольфрама. Инструмент из этого сплава выдерживает до 50000 сварок. Значительное повышение стойкости достигается химико-термической обработкой инструмента. Насыщение рабочей поверхности марганцем увеличивает стойкость инструмента в 2 раза, а нанесение покрытия из титана — в 3 — 4 раза.

Дата добавления: 2014-10-31