Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки

(511 С 21 О 9 НИ Г. Крич едовагии и мат Влияние ультрапроцесс терали. Автореф.8, с. 5-6,тельство СССР 1/04, 1976, ЧЕСКОЙ ОВРАБОТЬТРАЗВУКОВОЙ грев заготовки узлов и пучГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОВ ЧТЕНИЙ И ОПЮ Ы(ТИР САНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИД(71) Белорусский научтельский институт тратопедии(56) 1. Еремин В.Е.звуковых колебаний намической обработки стканд. дис. Минск, 19610-112, Авторское свиде(54)(57) СПОСОБ ТЕРМИКИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ УЛСВАРКИ, включающий нав зонах расположения ноетей колебаний до температуры закалки, выдержку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, повторный нагрев и выдержку со смещением нагреваемых эон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, закалку и отпуск, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения. эффективности самоотключения колебаний в установленном диапазоне частот в процессе сварки, нагрев под закалку в зонах узлов и пучностей колебаний каждой полуволны производят с последовательным смещением одной относительно соседней на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны в колебаний в процессе сварки к числу полуволн, укладывающихся по длине инструмента.Изобретение относится к обработкеметаллов давлением и может найти .применение в сварочном производстве,например при изготовлении инструментов для ультразвуковой сварки, а также в медицине.Известен способ термической обработки инструментов с неоднороднойпо сечению структурой, полученной,например, под действием токов высокой частоты Я ,10Этот способ повышает предел выносливости по сравнению с инструментамис однородной структурой на 60-70,но не обеспечивает воэможности само"отключения колебаний инстумента вмомент завершения процесса обработки.Известен способ термической обработки инструментов для ультразвуковой сварки, включающий нагрев заготовки,до температуры закалки, выдержку при температуре закалки с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск (1,К недостаткам указанного способаотносится низкая чувствительность 25материала инструмента к изменениюпараметров в процессе выполняемой имоперации. При изменении частоты колебаний в момент образования соеди.нения происходит смещение эон узлови пучностей иэ областей, соответствующих их расположению при термообработке, что вызывает дополнительнуюрасстройку системы. Однако такаярасстройка недостаточна для сварочного инструмента. Диапазон дополнительного изменения частоты за счетизменения структуры лежит в очень широких пределах и не обеспечивает до-статочно резкого отключения колебаний после выхода частоты за допустимые технологический установленныепределы.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и.достигаемому результату является способ 45термической обработки инструментадля ультразвуковой сварки, включающий,нагрев заготовки до температуры закалки в зонах расположения узлов ипучностей колебаний, выдеРжку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний и повторным нагревомсо смещением нагреваемых эон на 1/4длины волны по отношению к их первоначальному распространению, выдержкупод действием ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск 2).Известный способ повышает четкостьсамоотключения колебаний при выходечастоты за установленные пределы.Однако, несмотря на наличие в инстру менте структурного барьера, не обеспечивается мгновенное отключение колебаний при строго фиксированной допустимой частоте, При изменении дли"ны.волны колебаний в инструменте . 65 происходит равномерное смещение, наг пример, зон узлов в эоны со структурой, соответствующей пучностям колебаний, Это вызывает одинаковые вол" ковре сопротивления ( Я С) в зонах узлов и пучностей колебаний по всей длине инструмента. Чувствительность инструмента к самоотключению колебаний в известном способе определяется только интерференцией колебаний, обусловленной, коэффициентом отражения волн в структурном барьере при переходе колебаний иэ структуры с одним волновым сопротивлением в среду с отличающимся сопротивлением.Целью изобретения является повыше" ние эффективности самоотключения колебаний в установленном диапазоне частот в процессе сварки.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки для ультразвуковой сварки инструментов, включающему нагреву заготовки в зонах расположения узлов и пучностей колебаний до темйературы закалки, выдержку с одновре" менным наложением ультразвуковых колебаний, повторный нагрев и выдержку со смещением нагреваемых зон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, закалку и отпуск, нагрев под закалку в зонах узлов и пучностей колебаний каждой полуволны производят с последовательным смещением одной относительно соседней на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны колебаний в процессе сварки к числу полуволн, укладывающихся по длине инструмента.Способ осуществляют следующим образом.Заготовку инструмента устанавливают в двух конццентраторах ультразвуковых колебаний, частота и фаза колебаний которых совпадает (при нагРеве в индуктор) с частотой и фазой токов высокой частоты индуктора. При этом длину зоны нагрева, т.е, длину индуктора для каждых полуволн вдоль оси инструмента, выбирают равной величине смещения зон узлов и пучностей в каждой полуволне в процессе эксплуатации, в частности равной разности длин полуволн в начале и конце сварки и уменьшенной на величину, равную отношению этой разности к числу полуволн; распространяющихся в инструменте. Нагрев заготовки на закалку осуществляют, пере)вещая индуктор, и производят нагрев локально, начиная с приторцевой части инструмента, затем перемещают индуктор в соседнюю пучность полуволн,т.е; на расстояние, равное одному из крайних допустимых значений длины полуволн колебаний (т.е, частоты) в процессе сварки, Нагрев в зонах пучностейпроизводят с наложением колебаний по частоте, совпадающей с частотой индуктора и равной частоте (наибольшей или наименьшей) в зависимости от выбора первоначального расстояния между пучностями полуволн, возникающей в процессе сварки.После закалки этих зон производят смещение индуктора (но уже меньшей длины) на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны колебаний в процессе сварки к числу полуволн распространяющихся в инструменте, Нагревают зону пучности , накладывают колебания, осущеСтвляют закалку и продолжают выполнять нагрев в остальных участках пучностей вдоль оси инструмента с уменьшаемым по длине индуктором и расстоянием между пучностями в каждой последующей полуволне.Затем аналогичный процесс повторяют при нагреве зон узлов колебаний. После осуществления первичной зонной закалки выполняют описанный технологический процесс,но со смещением колебаний на 1/4 длины их первоначального распространения,т.е.около пучностей колебаний создают зоны узлов, и наоборот. Затем выполняют низкий отпуск заготовки инструмента и передают ее на механическую обработку.Сущность способа заключается в следующем. В процессе сварки существует допустимое значение изменения частоты колебаний (длины волны)., которое не влияет на качество образования сварного соединения. Изменение частоты колебаний выше или ниже установленного предела будет разрушать уже образовавшееся сварное соединение, Поэтому частота колебаний (длина волны) должна лежать в пределах определенного допуска, а ввод ультразвуковой энергии в, зону сварки должен прекращаться при изменении частоты колебаний выше или ниже допустимой, т.е, после образования сварного соединения и ухода (смещения) узлов и пучностей за пределы допуска. При изменении частот за пределы установленного допуска, т.ев соответствии с длинами зон закалки в каждой полуволне, например, узлы смещаются иэ эон, соответствующих их физическому характеру свойствами, в зону со структурой, благоприятной только для распространения колебаний в пучностях волн, и наобОрот, Таким образом возникает барьер на пути распространения волны в инструменте, который приводит к мгновенному затуханию колебаний, т.е. уменьшает амплитуду колебаний до нуля. При этом по сравнению с известным способом, происходит неравномерное смещение волны в инструменте на разных по дли не полуволновых участках, концы которых имеют разное волновое сопротивление для падающей и отраженнойволн.Согласно известному способу изменение частоты (длины волны) в зонесварки приводит к одинаковому смещению зон узлов и пучностей вдоль инструмента в структуры с одинаковымволновым сопротивлением. В предложенном способе по всей длине инструмента волновое сопротивление во всехзонах узлов и пучностей при смещениибудет различным на одной частоте.Поэтому различным будет и фазовый 15 сдвиг между падающей и отраженнойволнами, а также будет происходитьинтерференция волновых сопротивленийна границе каждой полуволны колебаний. Минимальное изменение частоты в 2 О процессе сварки, т.е. длины волны,приводит к значительным смещениямзон узлов и пучностей колебаний, ипроисходит наложение одной полуволныколебаний на другую по длине инструмента. Основной эффект расстройкидостигается эа счет интерференцииволны при прохождении иэ одной волновой зоны в другую, а также при отражении этой волны от участков с разным волновым сопротивлением. Это.происходит из-за того, что две иучности каждой полуволны при изменении.частоты оказываются расположеннымив зонах с различной твердостью иструктурой.35 Такой способ термической обработки .при расстройке частоты вызывает цепную реакцию расстройки с увеличивающейся по закону арифметической прогрессии интерференцией колебатель-, 40 ного режима. И поэтому, если эффектрастройки частоты (длины волны), амплитуды в известном способе обработки принять равным единице, то в предлагаемом способе, например для трех-, 45 полуволнового инструмента, он будетминимум в 3 раза выше.П р и м е р. По предлагаемомуспособу изготовлен трехполуволновойинструмент из стали Х 12 М с длиной200 мм на частоту 20 кГц для сваркив пределах изменения частоты 2012 кГц. Изменение частоты в пределах 20от эксплуатационной частоты (изменение в процессе сварки) приводит кизменению длины полуволны колебанийна 15 мм. Нагрев заготовки инструмента в зонах узлов и пучностей осуществляли индукторами с длинами15 мм (первая полуволна), 10 мм (вто 60 рая полуволна), 5 мм (третья полуволна). Длины полуволн выбирались равными: первая - 75 мм, вторая - 65 ммтретья - 60 мм, что соответствовалодлинам полуволн для частот 22 кГц -65 . (60 мм), а для 18 кГц - 75 мм. Зоны1024513 способ частота отключения колебаний (верхний и нижний пределы) 21 6 21 9 21 5 22 4 18 4 18 б 18 7 17 7 22,5 22,4 Известный 21,9 18,2Предложенный 22,1 17,8 22,0 22,0 21,9 21,9 22,1 22,1 18,1 18,2 18,0 18,1 18,0 18,0 Составител Р. КлыковаТехред С,Иигунова Корректор А. Дзятко Редактор О, Йоловка Заказ 4338/25 . Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, 3-35, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 узлов и пучностей нагревали до 1000- 102 ООС индукторами на частотах соответственно 18, 20 и 22 кГц с использованием преобразователя ПИС. После нагрева эон выполняли закалку. Затем полностью повторяли процесс, нагрева с тремя длинами полуволн, смещенных по, отношению к первоначальному расположению соответственно на 1/8 пооуволны при 18 кГц. Затем выполняли закалку в масле, отпуск при 1 бО С . в течениеодного часа и Таким образом, в предлагаемом способе инструмент обеспечивает колебания в заданном диапазоне частот, который составляет 22 1"18 2 кГцт,е. превышает заданный верхний предел только на 0,1 кГц, а нижний ие доходит на 0,1 кГц, При обработке инструмента согласно известному спо" собу превышение нижнего предела составляет 0,4 кГц, а превышение верхнего - 0,5 кГц. Следовательно, предложенный способ обеспечивает стропередавали заготовку на механическую обработку.В лабораторных условиях проведены сравнительные испытания предЯагаемого и известного способов тврми ческой обработки, Инструменты бали изготовлены на частоту 20+2 кГц из стали Ю 2 И. Результаты исйытаний (при каждом испытании оценивали среднюю частоту отключения колебаний по 18 замерам) представлены в таблице. гое соблюдение режимов для самоотключения колебаний, что в свою очередь позволяет повысить качество воспроизведения сварных соединений.Экономический эффект при групповой сварке приборов на установках типа ЭИпри стоимости блоков управления 1,4 тыс, руб. составит в год для шести установок около 10 тыс. руб. (причем эта сумма не учитывает повышения процента выхода ,годных приборов).