Технологические возможности УЗС

УЗС позволяет соединять элементы изделий толщиной 0, 003 — 3, 0 мм или диаметром 0, 01 — 0, 5 мм. При приварке тонких листов и фольг к деталям толщина последних практиче­ски не ограничивается. Разнотолщинность свариваемых деталей при УЗС может достигать 1: 100.

Сварка может выполняться одной или несколькими точками, непрерывным швом, по замкнутому контуру. В отдельных случаях специальной предварительной формовкой конца проволочной заготовки осуществляются тавровые соединения проволоки с плоскостью. Возможна сварка одновременно нескольких заготовок (пакетом).

Диапазон свариваемых толщин металла ограничен верхним пределом. С повышением толщины заготовки необходимо использовать колебания большей амплитуды для компенсации потерь энергии в толще материала. Увеличение же амплитуды допустимо до определенного предела, связанного с опасностью появления усталостных трещин и образованием значительных вмятин от инструмента на поверхности заготовок

Легче всего этим методом соединяются пластичные металлы (серебро, медь, алюминий, никель, золото и т.п.) как между собой, так и с твердыми малопластичными материалами. С увеличением твердости свариваемость этим методом ухудшается.

Металлические заготовки могут привариваться к стеклу, керамике, полупроводниковым материалам (кремний, германий).Успешно свариваются тугоплавкие металлы: вольфрам, ниобий, тантал, цирконий, молибден. Можно проводить сварку заготовок через прослойку из третьего металла, например, сталь со сталью через алюминий. Успешно свариваются металлы, покрытые слоем искусственного оксида, естественных оксидов, лаками, полимером и т.п.

Учитывая сравнительно невысокую температуру нагрева при УЗС происходит лишь незначительное изменение структуры и свойств свариваемых металлов. Это особенно важно для материалов электронных приборов – полупроводников, очень чувствительных к нагреву.

Влияние поверхностных пленок на прочность соединений, выполненных УЗС, невелико. Поэтому при УЗС металлов можно получать сварные соединения с высокими эксплуатационными характеристиками без предварительной обработки соединяемых поверхностей.

При использовании УЗС надо учитывать опасность усталостного разрушения уже выполненных соединений в деталях. Заготовки во время сварки могут разворачиваться по отношению друг к другу. На поверхности свариваемых деталей остаются вмятины от инструмента. Сам инструмент имеет ограниченный срок службы из-за эрозии его рабочей поверхности. Материал детали приваривается в отдельных точках к инструменту, что и ведет к его износу. Ремонт сопряжен с определенными трудностями, так как инструмент - это элемент единой неразборной конструкции акустического узла, размеры и конфигурация которого строго рассчитаны на рабочую частоту.

Технология УЗС

Технологическимипараметрами режима УЗС металлов являются амплитуда колебаний сварочного наконечника, сварочное усилие и время сварки.

Амплитуда колебаний сварочного наконечника является важнейшем параметром режима сварки, влияющим на создание необходимых условий для удаления поверхностных пленок, нагрев и размеры зоны пластической деформации свариваемого металла. На практике амплитуда колебаний изменяется в диапазоне от 0, 5 до 50 мкм.

Сварочное усилие обеспечивает передачу ультразвуковых колебаний и вызывает пластическую деформацию металла в зоне соединения. При соединении элементов микросхем и полупроводниковых приборов сварочное усилие составляет от 100 г до 1 кг. Время сварки изменяется от 0, 1 до 4 с.

Значения параметров режима выбираются обычно экспериментально на основании обработки результатов механических испытаний серии образцов, сваренных при варьировании в определенных пределах одного из параметров и при фиксированных значениях остальных.

При выборе параметров режима сварки для конкретного случая надо принимать во внимание следующее. При правильном ведении процесса соотношение сил трения в парах " инструмент – деталь", " деталь – деталь", " деталь – опора" должно быть таким, чтобы отсутствовало сколько-нибудь значительное проскальзывание инструмента и опоры по поверхности заготовок. В значительной степени условия трения могут регулироваться изменением статической сжимающей силы. При малом сварочном усилииинструмент проскальзывает по детали и сварка становится невозможной. Чрезмерное увеличение этого параметра приводит к значительным пластическим деформациям заготовок (вмятинам) и делает невозможным относительные сдвиговые смешения в плоскости деталь – деталь. Отсутствие же внешнего трения между поверхностями заготовок в начальный период не позволяет избавиться от поверхностных загрязнений, что является причиной некачественного соединения.

При увеличении толщины свариваемого материала и размера сварной точки значение силы сжатия должно возрастать. Пропорционально должна увеличиваться и амплитуда колебаний. Увеличение амплитуды колебаний и сжимающей силы требует большей подводимой к ультразвуковому инструменту электрической мощности. Передача сдвиговых деформаций через толщу металла заготовки к плоскости сварки сопровождается рассеянием энергии в материале, что, в конечном счете, сказывается на амплитуде относительных смещений деталь – деталь.

Поэтому с увеличением толщины заготовки необходимо назначать и более высокие значения амплитуд, причем тем больше, чем больше коэффициент внутреннего трения материала. Появление усталостных разрушений особенно характерно для наклепанного материала. В таких случаях можно применить предварительный отпуск заготовок или снизить амплитуду колебаний.

Во время многоточечных соединений, а также при сварке заготовок сложных геометрических форм и значительных габаритных размеров во избежание разрушений как уже выполненных точек, так и основного материала необходимоприменять специальные зажимы с резиновыми прокладками, ограничивающие зону воздействия на материал ультразвуковых колебаний.

Оборудование для УЗС

Оборудование для УЗС состоит из: генератора электрических колебаний, акустического узла, механизма давления, аппаратуры управления и контроля за процессом. Акустический узел включает в себя электромеханический преобразователь, волновод с резонирующими элементами, сварочный наконечник (инструмент), обеспечивающий непосредственную передачу энергии свариваемым заготовкам. Источниками механических колебаний являются электромеханические преобразователи, работа которых основана на использовании (чаще всего) магнитострикционного или (реже) пьезоэлектрического эффекта.

Передача колебательной энергии от электромеханического преобразователя к инструменту обеспечивается волноводом, который одновременно увеличивает амплитуду колебаний. В волноводах возбуждаются стоячие продольные волны. По широте диапазона резонансных частот выгодно выделяется экспоненциальный волновод.

В качестве источников питания ультразвуковых преобразователей, как правило, используются ультразвуковые генераторы универсального типа. Специализированные генераторы могут выполняться с различными вариантами получения сигнала обратной связи для управления мощностью, подводимой к ультразвуковому преобразователю.

Разработан ряд серийно выпускаемых установок для ультразвуковой (табл. 5.2). На них можно сваривать фольгу из меди, никеля, алюминия, ниобия, титана и других металлов.

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться: