Способ управления процессом ультразвуковой сварки

ОП ИСАНИЕ 996140ИЗОВРЕтНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М К,з В 23 К 20/10 Гесударстееемй кемнтет СССР ле делам нзобретеннй и лткрмтий(72) Автор изобретен и А. Коз Заявитель ОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОЯЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ(5 осится к ультразвуковой ть применено при изгоодниковых приборов и Изобретение отнсварке и может бьтовлении полупровмикросхем.Известен способ управления процессом ультразвуковой сварки, при котором производят автоматическое выключение ультра:звука восле получения соединения. Критерием образования соединения является повышение электрического сопротивления между инструментом и проволокой в момент образования соединения проволоки с контактной площадкой ивозникновения относительного движения между инструментом и проволокой 1.Недостатко 1 ч указанного способа является низкая точность определения момента выключения ультразвука, вызванные этим низкие прочность и воспроизводимость прочности соединений, Эти недостатки обусловлены тем, что в этом способе фактически сравнивается прочность образовавшегося соединения и сила сцепления между инструментом и проволокой, последняя, изменяясь от сварки к сварке я вызывает ошибки в определении момента выключения ультразвука. Известен способ управления процессомультразвуковой сварки, по которому процесс сварки прекращается по достижениюпроизводной от амплитуды колебаний инструмента () по времени (1) нулевогозначения, - с- =02,сВИзвестен также способ управления процессом ультразвуковой сварки, при котором выключение ультразвука может пуоисходить либо в момент времени, когда йдс=10 = О, либо в момент времени, когда /,с=К, где Ф - максимальная амплитудмаксда колебаний в процессе сварки,- эталонная величина"3.Указанные способы обеспечивают болеевысокую точность, чем способ по 1, поскольку уменьшение амплитуды колебанийпроисходит под действием тормозящей силы,развиваемой образующимся соединением.Однако, при сварке по неподготовленным,загрязненным поверхностям амплитуда ме 2 о няется хаотически и уже в самом началепроцесса д/д 1 обращается в нуль. Хаотическое изменение амплитуды колебаний впроцессе сварки происходит также из.запаразитных сибраций установки и как следствие проскальзывания инструмента по про 996140волоке, которое максимально в начале процесса. Полностью подавить это проскальзывание не удается даже при сварке инструментами с канавкой. По этой причине, управление процессом по д 1 /д 1 обладает низкой точностью и помехозашишенностью, что ведет к снижению средней прочности, отказам по сварке.Наиболее близким к описываемому является способ управления процессом ультразву ковой сварки, при котором определяют ве личину сигнала пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу и определяют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во время сварки. В этом способе сравнивают полу 35 ценные сигналы с эталонными и отключают процесс сварки при их, равенстве (4.Недостатком известного способа являет=Г( х - ) ф ся низкая точность управления процессом, что непосредственно связано с прочностью соединений. Ввиду слабой помехоустойчивости известного способа управления процессом сварки нарушается стабильность процесса и воспроизводимость прочности соединений.Цель изобретения - увеличение прочности соединений и повышение стабильности процесса за счет увеличения помехозащищенности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом ультразвуковой сварки, при котором определяют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу и определяют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во время сварки, в качестве регулирующего параметра используют величину энергии, определяемую по выражению где Ч - величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу; Ч - величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента в процессе сварки: ( - время сварки.На фиг. 1 приведена эквивалентная схемп ультразвукового преобразователя с рабочим инструментом после выделения активной составляющей импеданса преобразователя; на фиг. 2 - характер изменения сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во время сварки; на фиг. 3 - характер изменения сигнала, пропорционального величине энергии, расходуемой в зоне сварки.Перед сваркой расчетным методом или методом технологической пробы получают эталонную величину Ъ (см. фиг, 3). Эта величина пропорциональна величине энергии, которую необходимо затратить на образование соединения требуемой прочно 20 25 30 35 40 45 50 55 сти. Затем указанную величину вводят в сварочную систему в качестве эталона. Выделяют активную составляюшую импеданса ультразвукового преобразователя. Это выделение можно осуществить, применив блок стабилизации сигнала обратной связи, причем, если в качестве датчика обратной связи использовать датчик колебательной скорости преобразователя, то блок стабилизации фазы выделит активную составляющую импеданса на механической стороне преобразователя.где Гв - амплитуда возбуждающей силы, Ч - амплитуда колебательной скорости. Если в качестве датчика обратной связи используется датчик тока во входной цепи преобразователя, то система стабилизации фазы выделит активную составляющую импеданса преобразователя на электрической стороне (активную составляющую входного импеданса).где 1.1 - амплитуда возбуждаюшего напряжения; 1 - ток во входной цепи преобразователя. При возбуждении преобразователя от генератора напряжения величина К оказывается обратно пропорциональной амплитуде тока. Необходим. обратить внимание на быстродействие блока стабилизации фазы, которое должно быть достаточно высоким с тем, чтобы обеспечить выделение активной составляюшей импеданса при малых длительностях процесса сварки (10 - 40 мс), После выделения аКтивной составляющей импеданса преобразователя, получают первый сигнал обратной связи, пропорциональный амплитуде колебательной скорости инструмента в холостом ходу и запоминают его величинуЧх(фиг. 2). Этот сигнал можно снять с датчика тока во входной цепи преобразователя, или с датчика колебательной скорости инструмента или преобразователя, возбудив последний в промежутках между сварками, например в момент подачи проволоки, когда инструмент не находится на рабочей позиции. Проще это сделать, применив способ сварки с дежурным сигналом. В дальнейшем в процессе сварки получают второй сигнал обратной связи, пропорциональный амплитуде колебатальной скорости инструмента при сваркеЧ. Этот сигнал, также как и первый, снимают либо с датчика тока во входной цепи, либо с датчика колебательной скорости. Датчиком колебательной скорости может служить индуктивный датчик. После получения второго сигнала обратной связи формируют сигнал, пропорциональный величине энергии, расходуемой в зоне сварки (фиг. 3). В этом случае система генератор-преобразователь имеет максимальный КПД. После формирования сигнала %, пропорционального величине энергии, расходуемой в зоне сварки, сравнивают его величину с эталонной Ю и в момент их равенства процесс сварки прекращают (фиг. 3).В сварочную систему, состоящую из ультразвуковой колебательной системы на основе пьезокерамического преобразоразователя, имеющей частоту резонанса 66,53 кГц и инструмент с продольной канавкой на рабочем торце, а также из ультразвукового генератора напряжения, вводили эталонную величину, значение которой Мэт = 4400 мВ определили методом технологической пробы. Присоединяли перемычки из А проволоки с присадкой 1% 51 к поверхности Я пластины, металлизированной А (1,о мкм), Активную составляющую импеданса ультразвукового преобразователя выделяли при помощи блока стабилизации фазы сигнала обратной связи. Запоминали величину сигнала, пропорционального амплитуде, колебательной скорости инструмента в холостом ходу Я,= 150 мВ). В процессе сварки получали сигнал, пропорциональный амплитуде колебательной скорости инструмента при сварке и формировали сигнал У, пропорциональный энергии, расходуемой в зоне сварки. В момент равенства этого сигнала эталонной величине Юэт, процесс сварки прекращали. Средняя длительность процесса сварки составила 40 мс, а средняя прочность соединений на отрыв - 0,12 Н.Предлагаемый способ позволяет увеличить помехозащищенность управления, поскольку сигнал, пропорциональный величине энергии, расходуемой в зоне сварки, является монотонной функцией времени (фиг. 3), в отличие от сигнала пропорционального амплитуде колебательной скорости Ч (фиг. 2).Испытания показали, что применение предлагаемого способа позволит примерно на 3% увеличить среднюю прочность соединений на отрыв под углом 45 и на 20% уменьшить коэффициент вариации прочности по сравнению со способом-прототипом, что свидетельствует об увеличении стабильности процесса сварки.Формула изобретенияСпособ управления процессом ультразвуковой сварки, при котором определяют величину сигнала, пропорционального ам О плитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу, и величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во время сварки, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности соединений и повышения стабильности процесса за счет увеличения помехозащищенности, в качестве регулирующего параметра используют величину энергии, определяемую по выражениюС20 (х )где М - энергия, расходуемая в зоне сварки;Ч - величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательнойскорости инструмента на холостом ходу;- величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательнойскорости инструмента в процессеза сварки;С - время сварки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3763545,кл. В 23 К 2/00, 1974.35 2. Грачев А. А., Кожевников А. П.Лебиц В. А. и Россошинский А. А. Ультразвуковая микросварка, М Энергия, 1977,с. 68.3. Авторское свидетельство СССР550255, кл. В 23 К 20/10, 977.4. Авторское свидетельство СССР719835, кл, В 23 К 20/10, 978 (прототип).996 40 1 ис фи ати ВНИИПИ по 113035, М филиал ПППедактор М. Товтии аказ 798/22 Составитель В.Техред И. ВересТираж 1104Государственного комелам изобретений исква, Ж - 35, Ра ушекПатент, г. Ужгород,Корректор В. БПодписноеСССР итета открытий я наб.; д. 4/5 ул Проектная