Ультразвуковую сварку можно отнести к разновидностям контактной сварки, осуществляющейся под давлением наконечника 4 ультразвукового инструмента на свариваемые заготовки 5 (рис. 4.63) [12].

При ультразвуковой сварке заготовки 5 размещают на опоре 6. На магнитострикционный преобразователь 1 подается напряжение переменного тока с ультразвуковой частотой, которое преобразуется в продольные упругие колебания. Эти колебания усиливаются трансформатором упругих колебаний 2, который вместе с рабочим инструментом 3 представляет собой волновод. Момент M, приложенный в узле колебаний, создает необходимую сжимающую силу Р.

Рис. 4.63. Принципиальная схема ультразвуковой сварки:

1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – трансформатор продольных упругих колебаний, 3 – рабочий инструмент,

4 – наконечник рабочего инструмента, 5 – свариваемые

Заготовки, 6 – опора

Наложение механических колебаний с ультразвуковой частотой вызывает силы трения и выделение теплоты на свариваемых поверхностях заготовок, сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки, способствует возникновению межатомных связей (адгезии) при меньших давлениях и температурах по сравнению с деформациями при отсутствии колебаний.

Например, при ультразвуковой сварке меди рациональная контактная температура не превышает 600 °С, а при сварке алюминия – 300 °С. Ультразвуковой сваркой можно сваривать очень тонкие листы и фольгу толщиной до 1 мкм, а также приваривать фольгу и тонкие пластины к заготовкам неограниченной толщины.

Энергия ультразвуковых колебаний должна быть достаточной для нагрева свариваемых заготовок до рациональных температур. Мощность точечного источника тепла, непрерывно действующего в тонких пластинах, может быть рассчитана из условия равенства температуры заготовок рациональной температуре. Для этого может быть использовано полученное Н. Н. Рыкалиным [8] решение о распределении температуры в пластине толщиной D для неподвижного точечного источника (см. формулу (4.19)) (рис. 4.64):

. (4.63)

Рис. 4.64. Установившееся распределение температуры

В стальной пластине d=1 мм, b=0,0028 1/с, w=8 мм2/с,

L=0,04 Вт/(мм*К).

Анализируя графики распределения температуры, выбираем подходящую мощность ультразвукового источника энергии.