Сварка ультразвуковая

Ультразвук –это волнообразное  распространяющиеся колебательное движение частиц твердых тел, жидкостей и газов,  происходящее с частотой более 16-20 кГц.

Сущность процесса ультразвуковой сварки состоит в том, что при приложении колебаний высокой частоты к свариваемым деталям  в них возникают касательные напряжения, вызывающие пластические  деформации материала свариваемых поверхностей.

В результате механических колебаний  в месте соединения металла развивается повышенная температура,  зависящая от свойств  свариваемого материала.  Эта температура способствует  возникновению пластического состояния материалов  и их соединению. В местах сварки образуются совместные кристаллы, обеспечивающие прочность  сварного соединения. Длительность процесса сварки исчисляется для деталей малой толщины долями секунды.

Схема установки, для получения точечных  соединений ультразвуком  показана на рисунке.  Вибратор 1, обмотка которого  питается током высокой частоты,  охлаждается водой.  Вибратор служит для преобразования тока высокой частоты в механические колебания,  которые передаются на  волновод 2, являющийся  одновременно  усилителем-концентратором  механических колебаний.  На конце волновода имеется выступ 3, который служит одним из электродов.  При сварке деталь 4  зажимают между выступом 3  волновода  и подвижным зажимом 5,  через который передается на деталь  необходимое для сварки давление.

Сварка происходит в момент включения электрического тока высокой частоты на обмотку вибратора.

схема ультразвуковой сварки

Сварка ультразвуком по сравнению с другими видами сварки имеет ряд преимуществ.

— не происходит нагрева значительных объемов металла до температуры плавление или близкой к ней, поэтому сварка ультразвуком  незначительно изменяет  физико-химические свойства металла;

— для получения сварного соединения требуется малая электрическая мощность;

— возможность производить сварку плакированных  и оксидированных поверхностей, так как при этом способе  сварки пластические деформации происходят лишь в тонком слое у поверхности соприкосновения соединяемых  деталей.  Не требуется тщательная  подготовка поверхностей свариваемых деталей,  обычно ограничиваются их обезжириванием.

Этот способ можно применять как для сварки двух листов малой толщины,  так и для пакетной сварки,  сварки разнородных металлов (коррозионно-стойких сталей с алюминием,  меди с алюминием и др.),  деталей малой и большой толщины,  трудносвариваемых металлов (молибдена, вольфрама, тантала, циркония и др.), а также для сварки пластмасс.

Экспериментально установлено, что прочность соединения, выполненного сваркой ультразвуком, во  многих случаях превосходит  прочность соединения, получаемого контактной сваркой.

Рекомендуемые режимы сварки алюминия и его сплавов, меди,  титана и его сплавов, циркония, приведены в таблице.

Режим ультразвуковой сварки некоторых металлов и их сплавов

Марка материалаТолщина металла, ммРежим сваркиМатериал наконечникаТвердость материала наконечника, НВ
Контактное усилие, НВремя сварки, сАмплитуда колебаний, мкм
Алюминий и его сплавы
Al0,3-0,70,20-0,300,5-1,014-16Сталь 45160-180
0,8-0,120,35-0,501,0-1,5
1,3-1,50,50-0,701,5-2,0
Д10,3-0,70,30-0,600,5-1,0
АМ160,3-0,50,30-0,601,0-1,517-19
АМ 130,6-0,80,60-0,800,5-1,022-24
Д16АМ0,3-0,70,30-0,600,5-1,0
0,8-1,00,70-0,801,0-1,518-20Сталь ШХ13330-350
1,1-1,30,90-1,02,0-2,5
1,4-1,61,1-1,22,5-3,5
Д16АТ0,3-0,70,501,022-24
0,8-1,00,601,25
1,1-1,30,801,024-26
1,4-1,61,002,0
Медь
М10,3-0,60,30-0,701,5-2,016-20Сталь 45160-180
0,7-1,00,80-1,002,0-3,0
1,1-1,01,00-1,303,0-4,0
Титан и его сплавы
АТ30,20,400,316-18

22-24

Наконечник с твердой наплавкой60*1
АТ30,25
АТ40,650,800,25
АТ40,250,401,616-18
0,50,6018-20
Титан и его сплавы
Ti0.50.800.520-22Наконечник с твердой наплавкой20
0.80.9025-2460*1
1.11.201.518-20
0.50.900.2523-2520
0.5-1.5

 

При сварке сталей различных толщин ультразвуковые колебания   вводят со стороны более тонкой детали.  Технические характеристики установок  для выполнения сварки ультразвуком приведены ниже.

технические характеристики установок