Инструмент для ультразвуковой сварки

О П И С А"М-ЙИЗОБРЕТЕНИЯ ш) 901 Ю Совэ Советских Социалистические Республик) Приоритет овета Министров СССРоо делам изобретений и открытий 3) УДК 621,791 1(088.8) оллетень45) Дата опубликования описания 14.03.7. Григорь в и И. П. Янови Заявитель титут АН Белорусс ническии ин изик ТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ деталей не обеспечивает сое свариваемой поверхности всл мерности энерго-силовых па са, происходящего в свариваЦелью изобретения являет чества сварных соединений на рабочем торце тангенцна, щей колебаний.Для этого в предлагаемом верхность полости выполнена гом, равным /о - /о длины профиля, равной 0,25 - 0,35 метра стержня. динения по всеи едствие неравнораметров процесемои зоне.ся повышение капутем получения чьпой составляю инструменте по- винтовой с шаолны и высотой наружного диаВ полости стержня концентрично ему мотет быть размещена вставка, имеющая ответную поверхность полости стержня конфигурацию с длиной винтовой лннпп по выступающей части профиля кратной полуволне колебаний, распространяющихся в ней, а вставка выполнена из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня,На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый инструмент, состоящий пз полого цилиндрического стержня 1 с полостью, выполненной винтовой с высотой профиля витка, равной 0,25 - 0,35 наружного диаметра стержня, и шагом равным /16 - /, длины волны, и приведена эпюра распределения волны 7, в ин(61) Дополнительное к авт. с 43) Опубликовано 30,01.78.) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ Изобретение относится кзвуковой сварки и может наГинструментальном производдля изготовления инструментвой сварки,Известен инструмент для ультразвуковой сварки, состоящий из стержня резонансной длины с рабочим торцом и выполненный из равномерно закаленного по всему объему материала.Известный инструмент имеет вдоль направления распространения ультразвуковой волны однородную структуру. Однородность выделяемых на торце инструмента колебаний с равномерной интенсивностью по рабочей поверхности не позволяет получить одинаковую прочность при сварке в зоне соединения вследствие неоднородности напряженно-деформируемого состояния в объеме свариваемой детали под рабочим торцом инструмента.Наиболее близким к изобретению является инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень с рабочим торцом и полостью с криволинейной поверхностью.Однако инструмент не обеспечивает высокого качества воспроизведения сварных соединений. Отсутствие тангенциальной составляющей ультразвуковых колебаний в центральной зоне на торце инструмента и тангенциальных напряжений в центральной зоне свариваемых5 10 15 20 25 30 г Г 40 45 50 55 60 струмснте по наружной поверхности и развсргка впутре%пей поверхности.На фиг, 2 изображен инструмент, выполненный из полого цилиндрического стержня 1 с полостью, заполненной материалом вставки 2 с добротностью не ниже добротности материала стержня.Инструмент раоотает следующим образом. Ультразвуковые колебания, приходящие от преобразователя, распространяются по наружной поверхности стержня 1 и по внутренней винтовой поверхности в объеме материала вставки 2. По наружной поверхности стержня 1 ультразвуковые колебания вводятся в зону сварки с присутствием нормальной составляющей напряжений, а по винтовой поверхности - тапгепциальной составляющей напряжений.Инсгрумент для ультразвуковой сварки можно изготовить следующим образом. Заготовку, например, в виде полого стержня нагревают до температуры пластической деформации и деформируют наружную поверхность валками по винтовой линии. При этом происходит формоизменение полости в соответствии с характером распределения деформации по наружной поверхности. Затем производят обработку, например точение и шлифовку нарукной поверхности. Для получения инструмента со вставкой внутреннюю полость заполняют расплавленным материалом, например сплавом типа калмоной с температурой плавления 1050 С. В качестве материала стержня можно использовать штамповые или инструментальные сплавы, например 5 ХНВ, Х 12 М, ХВГ, 45 ХЗВЗМФС. Добротность материала вставки должна оыть выше добротности материала стержня, т. е. амплитуда колебаний на торце инструмента под вставкой будет больше, чем под остальной поверхностью торца.Как известно, сварное соединение образуется в местах наибольшего течения металла, т. е, в соответствии с эпюрой касательных напряжений, при плоской осадке, а в центральной зоне сварное соединение. на участках с радиусом, примерно 0,5 - 0,7 (т. е. 0,25 - 0,35 высоты профиля витка) радиуса всей сварной зоны, не образуется. Поэтому для получения соединения с равномерной прочностью по всей свариваемой поверхности необходимо увеличить тангенциальные напряжения в центральной зоне и уменьшить их величину по периферии зоны сварки, С этой целью внутреннюю полость изготавливают по винтовой линии и таким образом обеспечивают неравномерность ввода ультразвуковых колебаний. Величиной шага винтовой линии регулируют угол ввода выделяемых локально на торце крутильных ультразвуковых колебаний в центральную зону сварки и тем самым определяют требуемую величину сдвигающих напряжений, компепсирующую их недостаток в этой зоне в объеме свариваемого материала, Ша витка должен быть пе более /8 длины волны, так как в случае превышения этого размера один виток заходит на другой, что вызывает полное затухание амплитуды колебаний, которые могут быть противополокны по фазе.Нижний предел шага витка ограничен величиной рассеяния акустической энергии в объеме биметаллического стержня.При шаге витка менее 5% от длины волны не происходит выделение колебаний в объеме материала по винтовой линии, и распространение акустической энергии происходит вдоль оси инструмента.При прохождении ультразвуковых колебаний через материалы с различным волновым сопротивление, толщина одного из которых превышает 0,05 - 0,1 длины волны, наблюдается диффузионное отражение и отсутствует выделение сдвигающей составляющей в объеме материала тонкого слоя.Для исключения диффузионного отражения шаг витка выбирают в пределах 0,05 - 0,1 длины волны, соответственно /ы - /8 длины вол ны.Описываемый инструмент обеспечивает равпомерное распределение нормальных и касательных напряжений в свариваемой зоне и тем самым равномерность прочности в зоне сварных соединений и качество их воспроизведения. Равномерность прочности в зоне сварного соединения обеспечивает значительное снижение электрического сопротивления по поверхности контакта, исключает разогрев эгой зоны и повышает надежность соединения, например, в полупроводниковых приборах,Формула изобретения 1. Инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень с рабочим торцом и полостью с криволинейной поверхностью, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем получения на рабочем торце тангенциальной составляющей колебаний, поверхность полости выполнена винтовой с шагом, равным /и - /8 длины волны, и высотой профиля, равной 0,25 - 0,35 наружного диаметра стержня.2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что в полости стержня концентрично ему размещена вставка, имеющая ответную поверхности полости стержняконфигурацию с длиной винтовой линии по выступающей части профиля кратной полуволне колебаний, распространяющихся в ней, при этом вставка выполнена из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня,590110Фиг РСоставитель Н, Тютченкова едактор О. Юркова Техред Л. Гладкова Корректор Л. Тарасо аказ 36/1 Изд,251 Тираж 1207 Подписно НПО Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45ипография, пр. Сапунова