Способ ультразвуковой сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 55 В 23 К 20/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ нечником. После образования жесткои связи наконечник - деталь дополнительно фокусируют ультразвуковую энергию на протяжении всего времени сварки, Глубина фокусирования Е ультразвуковой энергии определяется из выражения Г =,В/(1 -Сдет/Снакон,), где Й - радиус кривизны нако.- нечника; Сдет, Снакон. - скорость ультразвука в материале детали и наконечника, Устройство для сварки содержит волновод в виде наконечника с выступом и подвижное основание. Выступ наконечника имеет вогнутую форму, а основание - выступ выпуклой формы, соосный выступу наконечника, Размеры и материалы наконечника и основания должны удовлетворять условиям Снакон.СдетСоснов рСнакон "ф РСдетР Соснов., Я2 д, где р - плотность материала инструмента свариваемых деталей и основания; Я - площадь выступа; А - длина волны ультразвуковых колебаний; д -толщина детали. 1 ил., 1 табл. ое объединение(54) СПО (57) Изо при про ляет пов шить к Ультраз конечни тем его пока она СОБ УЛЬ бретени изводств ысить КП ачество вуковые к ка перед вдавлива не буде ТРАЗВУКОВОИ СВАРКИ может быть применено источников тока и позво- Д процесса сварки и улучсварного соединения, олебания через выступ нааются верхней детали пуния в деталь до тех пор, двигаться вместе с накОвыступом 6, Последний имеет вогнутую форму, а рабочая поверхность основания 3 име ет выступ 4 выпуклой формы той жекривизны, расположенный соосно с выступом наконечника, размеры и материалы наконечника и основания должныудовлетворять условиямСнакон.Ссв.дет. Соснов.р Снакон. фф РСсв,дет.Э Соснов.1Я над,где /) - плотность материала инструмента,свариваваемых деталей и основания,С - , скорости распространения УЗ в материале основания. свариваемых деталей инаконечника; КПД ства на ств ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Холопов Ю. В, Оборудозвуковой сварки, - Л.: Э1985, с. 5 - 7.Заявка ФРГ М 32453551984,Изобретение относится к сварке, в частности к способу.для ультразвуковой сварки, и может найти применение при производстве источников тока.Цель изобретения - повышение процесса сварки и повышение каче сварного соединения.На чертеже показана схема осуществления способа, взаимное расположение свариваемых деталей.Способ осуществляют следующим образом,Свариваемые детали 1, 2 располагаютосновании 3 с выступом 4, сварку осущеляют волноводом в виде наконечника 5 с 692789 А 1- площадь рабочей части выступа;А - длина волны УЗ-колебаний;д - толщина свариваемых деталей,Для локализации УЗ-энергии в зонесварки необходимо иметь минимальное отражение от поверхности свариваемых дета,лей и максимальное от поверхности,основания. Для этого должно соблюдатьсяусловиеСнакон.Ссв.дет.Соснов. 10Для осуществления локализации вводимой УЗ-энергии при минимуме отраженияот поверхности свариваемого металла имаксимуме отражения от основания необходимо после соблюдения первого условия 15рассмотреть соотношения между волновыми сопротивлениями каждого элемента ко ,лебательной системыр Снакон, " ОСсв.дет.РСоснов.При большой разнице Снакон, и Ссв,дет. 20плотность свариваемого материала должнабыть больше плотности материала наконечника, тогда волновые сопротивления наконечник - деталь будет соизмеримы,Волновое сопротивление основания должно быть меньше волнового сопротивленияматериала свариваемых деталей,Для оптимизации условия фокусирова ния УЗ-энергии необходимо, чтобы при со, прикосновении внутренней вогнутой 30поверхности наконечника с поверхностьюсвариваемой детали, площадь Я наконечника выбиралась пропорционально произведению толщины д свариваемых материалови длины волны УЗ-колебаний 35я-д Л.В процессе сварки наконечник 5 углубляется в верхнюю деталь 1 на глубину вогнутой поверхности, при этом, по мереуглубления, увеличивается величина дополнительной сфокусированной энергии, которая достигает максимума при полномконтактевогнутой поверхности наконечника с поверхностью детали, Одновременнонаконечник плотно соединяется с деталью, 45достигается акустический контакт и передает ей не только усилие сжатия Р, но и своиколебания, в результате которых происходит нагрев соединяемых деталей и местеконтакта. Таким образом, формирование 50соединения происходит в результате усилиясжатия, УЗ-колебаний детали в зоне контакта и фокусирования УЗ-энергии в зону соединения. Дополнительное фокусированиеУЗ-энергии позволило снизитЬ величину 55прикладываемой к свариваемым деталяммощности, улучшить структуру металла,шва, снизит время сварки и этим повыситькачество полученных соединений. Фокусирование УЗ-энергии в зоне соединения способствует повышению качества соединения, так как металл в зоне соединения испытывает кроме усилия сжатия дополнительные осевые колебательные усилия, вызываемые условиями передачи УЗ-колебаний в металлах,Фокусирование УЗ-энергии в зону соединений осуществляется в основном после внедрения наконечника в свариваемую деталь на величину углубления фокусирующей поверхности, при этом отмечается максимальная амплитуда перемещения верхней свариваемой детали относительно нижней.В процессе фокусирования участвует вертикальная составляющая движения волновода, наконечник которого совершает движение по дуге, но в связи с углублением в наконечнике поверхность свариваемого металла в отпечатке имеет плоский или выпуклый вид вместо углубления при использовании плоского наконечника.Фокусирование УЗ-энергии в зону соединения осуществляется не только для достижения максимальной плотности энергии в центре зоны соединения, но и для полученйя равномерного поля в площади сварочного отпечатка, для стабилизации режима сварки в процессе износа наконечника, так как при работе с плоским наконечником по мере его износа наблюдается изменение режима сварки.Для проверки предложенного способа УЭС проведен расчет параметров устройства для УЭС, на основании полученных значений выполнен макетный образец устройства. Расчеты параметров устройства проводились для конкретной задачи: сварка никелевых листов толщиной д = 0,12, 0,2 и 0,3 мм на установке, работающей в диапазоне частот 20 - 40 кГц.Материалы наконечника и основания выбирают соответственно сталь 45 и титан. Рабочая частота сварочной установки 22 кГц. Диаметр сварочного наконечника для различных толщин (д)св деталей рассчитывается из. выражения О = 0,88 /,1 д, которое определяется из условий оптимального фокусирования УЗ-энергии в зоне стыка свариваемых деталей, при отношении интенсивностей сфокусированных колебаний (1 ф) к обЩей интенсивности колебаний (4 бщ)и- = 1 или1 общи 2,25где Е - модуль Югна; Г - глубина фокусировани УЗ-энергии.Затем из выражения удельной работыдругой деформации наконечника определяд 5. ют величину его заглубления ( - ) в верхнююидеталь при нагрузке Р (п - кратность углубления выступа наконечника)2 аудОР 10где ст- предел упругости свариваемого материала; О - диаметр выступа наконечника:у- коэффициент, учитывающий вид нагружения,Полученные данные сведены в таблицу. 15Прочность полученных при этом сварныхсоединений составляет не менее 0,85 ооснметалла, а необходимая мощность сварочной установки снижена на 20 - 25 по сравнению с использованием плоских 20наконечников.Износ плоских и вогнутых наконечников при проведении сравнительного анализа не превышает 0,1+0,02 мм. Во всехслучаях отмечено снижение величины сжимающей нагрузки на 10 - 15 е 6,Таким образом, предлагаемый способувеличивают КПД использования сварочных наконечников, повышается ресурс их .работы, улучшает структуру свариваемого 30материала, повышает его качество, снижаетвремя формирования сварной точки и увеличивает скорость сварки, снижает мощность установки без потери качествасварного соединения, 35 Формула изобретения Способ ультразвуковой сварки, при котором свариваемые элементы располагаютна основании с выступом, св рку выполняют путем передачи ультразвуковых колебаний через наконечник с выступом, которыйвдавливают в деталь, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения КПД процессасварки и качества соединения путем фокусирования ультразвуковой энергии на заданной глубине, выступ наконечникавыполняют с выгнутой рабочей поверхностью, а выступ основания - с выпуклой поверхностью той же кривизны, причемнаконечники выполняют с размерами и изматериалов, соответствующих условиямСнакон,Ссв,дет.Соснов.,р Снакон.РСсв.дет.РСоснов.дАгде р - плотность материала инструментасвариваемых деталей и основания;. Я - площадь выступа;А - длина волны ультразвуковых колебаний;д - толщина детали, мм;Ссв,дет., Снакон. - скорость ультразвука вматериале соответственно свариваемой де- .тали и наконечника,а глубину Р фокусирования ультразвуковойэнергии определяют из соотношенияР: 1 С-детСнакон,где В - радиус кривизны наконечника, мм.оставитель Л. Назароваехред М.Моргентал Корректор А. Осауленко Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5