Ультразвуковая сварка металлов

Основные сведения о механизме процесса ультразвуковой сварки металлов

Благодаря возможности соединения разнородных и разпотол- щинных металлов без удаления оксидных пленок ультразвуковая сварка (УЗС) нашла широкое применение. Она обладает незначительным термическим влиянием па свариваемый материал по сравнению со сваркой плавлением и быстрее диффузионной сварки.

На рис. 3.52 приведена схема ультразвуковой сварки металлов. Соединяемые детали 4 и 5, расположенные между опорой 6 и сварочным наконечником 3, сжимаются силой Рсв, действующей нормально к поверхности их соприкосновения. От преобразователя 1, возбуждаемого генератором 7, через концентратор 2 продольные ультразвуковые колебания сообщаются сварочному наконечнику, а от пего — свариваемым деталям. При этом деталь, контактирующая со сварочным наконечником, имеет большую амплитуду, чем вторая деталь.

Формирование ультразвукового соединения металлов зависит от амплитуды колебаний Ло сварочного наконечника и силы Рсв, сжимающей детали (рис. 3.53). Свариваемые детали 2 и 3 в виде топких пластин зажимаются с усилием Рсв между цилиндрическим сварочным наконечником 1 и плоской опорой 4. Колебания нако-

Схема установки для ультразвуковой сварки с продольными колебаниями

Рис. 3.52. Схема установки для ультразвуковой сварки с продольными колебаниями

Схема ультразвуковой сварки металлов

Рис. 3.53. Схема ультразвуковой сварки металлов

нечника происходят в плоскости, совпадающей с поверхностью верхней детали. Из-за периодического изменения напряжений в пластине 2 наконечник погружается в нее.

Колебания сварочного наконечника вызывают колебания пластин и опоры с амплитудами А0, A h А2, А3, уменьшение которых происходит из-за поглощения энергии колебаний в контактных областях. Со стороны наконечника действует на пластину сосредоточенная сила Fx sin cot

Введем сосредоточенную силу F'sinwt при условии Эта сила вызывает касательные колебательные смещения верхней пластины с амплитудой А в зоне сварки. В процессе сварки между этими силами существует соотношение

где р — коэффициент сухого трения (р < 1); N — сила трения.

Пока выдерживается неравенство F' < xN, обе пластины будут колебаться без проскальзывания. Когда F' = pJV, возникает проскальзывание пластин.

При F' > xN в зоне сварки имеют место процессы, связанные с сухим трением скольжения: происходит схватывание вершин контактирующих микронеровностей соединяемых поверхностей и затем — разрушение вблизи узла схватывания. Этот процесс повторяется многократно. Со временем количество узлов схватывания растет, а металл вблизи них находится в высокопластичном состоянии, что способствует образованию сплошного соединения. В таком соединении структура металла искажена по сравнению с первоначальной и имеют место значительные остаточные напряжения, снижающие его прочность.

Когда F' < xN, вершины соприкасающихся микроперовпостей деформируются при отсутствии относительного скольжения. Под совместным действием нормальных и тангенциальных напряжений происходит лишь пластическое растекание вершин контактирующих микронеровностей, сближение соединяемых поверхностей и затем — диффузионное «сращивание» зерен металла обеих деталей. В этом случае структура зоны соединения практически не отличается от структуры исходного металла.

Исследования тепловых процессов показали, что выделение теплоты сначала обусловлено потерями при деформировании микронеровностей. Затем добавляется рассеивание энергии ультразвуковых деформаций в зонах схватывания. При этом максимальная температура при сварке не более 0,4-0,5 температуры плавления, а скорости протекания процессов, обусловливающих соединение, велики.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >