Инструмент для ультразвуковой сварки

О П И С А Н И Е 01 536918ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союв Соввтакив социалистических республик(23) ПриоритетОпубликовано 30.11,76. Бюллетень4Дата опубликования описания 25.11.76 Совета Министров по делам изобре(088.8) открытии 2) Авторы изобретения С. А, Довнар и А, М. Григорьев изико-технический институт АН Белорусской ССР(54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУ Й СВАРК Изобретение относится к области ультразвуковой сварки,Известен инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень резонансной длины, выполненный из материала с неоднородной по сечению структурой.Инструмент обладает высокими акустическими свойствами, но не обеспечивает саморегулирования процесса сварки, поскольку по его длине (д/2=сопз 1) структура однородная. Наибольшие касательные напряжения в сварном соединении в процессе сварки возникают по периферии, а в центре они почти равняются нулю, поэтому в центральной зоне сварного соединения отсутствует сварка. Поскольку касательные напряжения всегда в центральной зоне сварки равны нулю, то независимо от вида колебаний не удается получить качественные соединения по всей свариваемой поверхности и требуется дополнительная система автоподстройки частоты колебаний и их отключения в момент образованиия сварного соединения. Это сопровождается изменением волнового сопротивления и значительным увеличением амплитуды колебаний, что фиксируется дополнительными устройствами отключения или регулирования амплитуды колебаний.Известен также инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень резонанснои длинны, применяемыи, например, для изготовления инструментов ультразвуковой сварки, причем материал стержня имеет структуру,соответствующую характеру распределения5 узлов и пучностей ультразвуковых колебаний,которая получена путем термообработки врасплаве соли с наложением ультразвуковыхколебаний вдоль оси стержня.Данный инструмент является наиболее10 близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. При распространении в этом инструменте ультразвуковыхколебаний узлы и пучности располагаются взонах со структурой, соответствующей физи 15 ческому характеру возникающих в них энерго-силовых процессов. Однако процесс ультразвуковой сварки требует равномерного ввода ультразвуковой энергии по всей поверхности свариваемой зоны. Данный инструмент с20 неравномерной структурой не обеспечиваетлокального ввода ультразвуковой энергии взону сварного соединения,Целью изобретения является повышениекачества сварных соединений.25 Поставленная цель достигается тем, что инструмент снабжен установленными концентрично стержню и образующими между собойи стержнем акустический контакт полыми цилиндрами резонансной длины, участки узлов30 и пучностей колебаний которых последова4 О 45 50 тельно смещены относительно друг друга на расстояние, равное отношению изменения длины волны в инструменте в процессе сварки к числу цилиндров.На фиг. 1 показан инструмент в сечении вдоль оси; на фиг. 2 - разрез по А - А на фиг.1; на фиг, 3 - графики зависимости нормальных б и тангенциальных т напряжений под инструментом в сварном соединении и изменение амплитуды колебаний на рабочем торце диаметром д в начале (Т=О) колебаний и через некоторое время 1 после начала образования сварного соединения по периферии т=.Инструмент содержит стержень 1 со структурой, соответствующей характеру распределения узлов и пучностей ультразвуковых колебаний, и концентрично стержню закрепленные полые цилиндры 2 - 4 резонансной длины со структурой, последовательно смещенной одна относительно другой на расстояние, равное отношению изменения длины волны Л 1 в инструменте в процессе сварки к числу цилиндров.Структура инструмента в стержне и в цилиндрах соответствует характеру распределения в них узлов и пучностей при изменении резонансной частоты, т. е. длины волны, необходимой для резонансного режима под каждым отдельным кольцевым участком торца инструмента в процессе сварки. Структура инструмента соответствует резонансной длине инструмента, например, под нагрузкой в начале сварки в крайней кольцевой зоне, а поэтому и амплитуда колебаний будет наибольшая в ней по сравнению с участками ближе к центральной зоне.Принцип работы инструмента для ультразвуковой сварки заключается в следующем.Инструмент устанавливают в концентратор, прикладывают нагрузку на свариваемые детали через торец инструмента и затем включают ультразвуковые колебания. В процессе сварки, по мере образования по краям сварного соединения, происходит изменение волнового сопротивления на границе инструмент-деталь, что приводит к изменению длины волны в инструменте, Узлы и пучности колебаний смещаются относительно зон, благоприятных для распределения в них напряже 5 1 О 15 20 25 зо 35 ний, и смещений по периферии инструмента, т. е, в полом цилиндре 4. Смещаясь, участки расположения узлов и пучностей волны попадают в зону цилиндра 3, близлежащую предыдущей, и поскольку ее структура по физико- механическим свойствам соответствует характеру распределения в ней колебаний,на уже новой частоте, соответствующей структуре цилиндра 3, происходит локальное увеличение амплитуды колебаний на торце под этой зоной. По мере образования сварного соединения под зоной цилиндра 3 происходит локальное изменение волнового сопротивления, а следовательно, и изменение длины волны Х колебаний в инструменте. В предварительно сваренном крайнем периферийном кольце амплитуда незначительна и там не происходит разрушение сварного соединения, После расстройки частоты колебаний на соседнем с ним цилиндре 3 в резонанс вступает цилиндр 2, близлежащий к центру инструмента, на торце которого локально возрастает амплитуда колебаний. Таким образом, в течение времени сварки происходит возрастание амплитуды колебаний в центральной зоне сварки и ее уменьшение на периферийных зонах, где уже образовалось сварное соединение, т. е. осуществляется локальная модуляция амплитуды колебаний по кольцевым зонам сварного соединения,Конструкция инструмента обеспечивает саморегулирование амплитуды колебаний: на сваренных зонах уменьшает ее, на несваренных увеличивает до образования сварного соединения под этой зоной, что ведет к повышению качества сварных соединений. Формула изобретенияИнструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень резонансной длины, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, он снабжен установленными концентрично стержню и образующими между собой и стержнем акустический контакт полыми цилиндрами резонансной длины, участки узлов и пучности колебаний которых последовательно смещены относительно друг друга на расстояние, равное отношению изменения длины волны в инструменте в процессе сварки к числу цилиндров.б 36918 Составит Редактор Н. Техред анов 178 Подпнистров СССР Заказ 2678 Тираж 1митета Совета Митений и открытий, Раушская наб д. 4/5 ипография, пр. Сапунова, 2 Изд.1791ИИПИ Государственного кпо делам изоб113035, Москва, Жютчен конаГладкова ректор Н. Аук