Ультразвуковая сварка — разновид­ность сварки давлением, при которой сое­динение осуществляется при воздействии ультразвуковых механических колебаний между деталями. Эти колебания из-за тре­ния и пластической деформации сопровож­даются нагревом, благодаря которому об­разуются соединения при небольших уси­лиях сжатия.

Для получения колебаний высокой (20 — 30 кГц) частоты используют эффект синхронного изменения размеров кристалла в каком-либо направ­лении при изменениях напряженности магнитного поля, замет­но проявляемый у железа, никеля и кобальта. Преобразователи коле­баний имеют обмотки, соединенные с ультразвуковым генератором. Механические колебания высокой частоты от преобразователя пере­даются через приваренный или припаянный к нему волновод (концен­тратор) из инструментальной стали (реже из меди, никеля, алюминия, титана или сплава К49Ф2 и монель-металла). От волновода колебания передаются к приваренному или закрепленному электроду из более жаростойкого, чем детали, материала. Электроды, нагреваясь в кон­такте до 0,3—0,4 Тпл, изнашиваются из-за смятия или налипания ма­териала деталей.

Волновод, влияющий на амплитуду и Рс, должен быть в резонансе с преобразователем, при продольном удлинении близком к половине длины волны. Волновод в форме конуса обеспечивает усиление около 2,5, а в форме цилиндра до 20. Волновод крепят в зоне наибольшей амплитуды.

Интенсивность ультразвука и концентрация энергии в зоне нако­нечника увеличивается по сравнению со спаем волновода и преобразо­вателя пропорционально отношению их площадей или иначе их диа­метров D2/(P. При сварке амплитуда усиливается в 4—5 раз, достигая при холостом ходе электрода на конце 20—60 мкм.

Ультразвуком сваривают в точках, швом и по кольцевому рельефу. При точечно й сварке волновод 6 (рис. 160, а) установлен стационарно. Детали прижимаются к электродам 4 механизмом сжа­тия 3 с усилием Р. При шовнойсварке волновод с электро-
дои вращается (рис. 160, б). Возможен двусторонний подвод энергии к точке от двух волноводов, позволяющий при встречном включении фаз вибраторов, питаемых от одного генератора, равномерно деформи­ровать обе детали, уменьшить потери энергии и обеспечить более вы­сокое качество. При одностороннем подводе амплитуда колебаний из - ва потерь в металле снижается от электрода к опоре, а при двусторон­нем энергия распределена в обеих деталях равномернее.

В начале тепловыделение в контакте электрод — деталь значитель­но и в контакте деталей колебания характеризуются меньшей ампли-

тудой и энергией. При сдвиге в контакте преобладает сухое трение с разрушением пленок окислов и адсорбированных веществ (газов и жидкостей) как механически, так и в результате нагрева.

Температура в контакте повышается с увеличением мощности и усилия сжатия и с уменьшением теплопроводности материала. По мере разрушения пленок образуются узлы схватывания и площадь контакта растет от периферии к центру. Образующиеся эллиптические соединения при испытаниях вырываются из-за утонения по контуру сваривания.

Параметрами сварки является W, Р0, t0 и амплитуда колебаний

При неизменных W и Ра через 0,01—0,02 с после начала достигает­ся максимальная амплитуда |а (рис. 161, а), которая по экспоненте

снижается до постоянной Это снижение соответствует длительности образования физического контакта tc. Величина £а меньше амплитуды холостого хода из-за потерь. Собственная частота системы с деталями при небольшой жесткости электрода в широко применяемых продольно - колебательных системах изменяется мало и согласуется с ростом пло­щади схватывания. Отношение |а/|ь = 2,0 — 2,5 в известной мере характеризует качество. При ь амплитуда поперечной составляющей растет и интенсифицируется диффузия в контакте.

6}

При заданной мощности с увеличением Рс, от которого зависит пере­дача энергии в зону соединения, длительность сварки t0 уменьшается (рис. 161, в, кривые а, Ъ и а', Ь'). Если Р0 чрезмерно, то прочность уменьшается из-за большой пластической деформации деталей.

При оптимальной прочности минимально допустимая ta повышается в уменьшением W. В области I из-за недостаточной W прочность ниже номинальной, а в области III она меньше из-за чрезмерной де-
формации деталей при большой W. Области а, Ь, в и а', Ь*, с' соответ­ствуют области рекомендуемым Р0 и t0, т. е. существуют много режи­мов, при которых прочность высока. Обычно для разных б длитель­ность te = 0,2—2 с. Для уменьшения деформации деталей и зоны на­грева при одновременно высокой производительности необходимы по­вышенные W я Р0 при малом 4

Тепловыделение только в контакте электрод — деталь без трения между деталями не обеспечивает качественной сварки.

Амплитуда колебаний между деталями уменьшается при увеличе­нии Рс. С увеличением б деталей требуемая амплитуда растет. Ее ве­личина ограничена прочностью вол­новода. Наибольшая б при одном наконечнике не превышает 1—1,5 мм.

Минимальная б близка к 3—5 мкм.

При двустороннем подводе свари­вают более толстые детали при мень­шем внедрении инструмента.

Ультразвуком сваривают алюми­ний, медь, никель, металлы с метал­локерамикой, несколько хуже — вы­соколегированные стали. Точки при отрыве или срезе обычно вырываются по контуру. Соединения вольфрама и молибдена хрупки, а ниобия и тан­тала достаточно пластичны. Ультра­звуком также соединяют материалы, дающие хрупкие интерметадлические фазы, тонкие детали с толстыми, плакированные и оксидированные детали.

Между точками обычно делают барьеры в виде разрезов, »реду - преждающие разрушение ранее сваренных точек. Ультразвуковой сваркой соединяют детали транзисторов и печатные схемы, проводни­ки, покрытые теплостойким лаком с клеммными колодками, контак­ты с пружинами, крышками с корпусами и др.

Машина точечная ультразвуковая МТУ-04-3 (рис. 162) е W пре­образователя 0,4 кВт сваривает Си с б = 0,2 мм, а А1 с д = 0,3 мм и пластмассы с б = 0,1—1 мм. Машина имеет сварочную головку 3 с пневмоприводом сжатия 2 и акустическим узлом 1 для сварки пласт­масс, каретку с пневматическим горизонтальным приводом и опору для сварки пластмасс. Головка 3 и шкаф управления закрепляются на сварочном столике 4. Машина управляется педалями 6. В шкафу 5 размещены генератор УЗГ5-1,6; пневматические, и электрические устройства. Регулятор цикла имеет регулируемые выдержки «сварка» и «проковка» и нерегулируемые «сжатие» и «пауза».

Машина шовная ультразвуковая МШУ-0,63 предназначена для шовной ультразвуковой сварки фольги из алюминия, никеля, меди и других металлов в линиях их обработки при изготовлении упаковки и приварке токоподводов к электро - и радиоаппаратуре.

Сварка взрывом — разновидность сварки давлением, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соуда­рения быстродвижущихся деталей.

Перед соударением нижнюю деталь 1 кладут на плотное основание 2, а верхнюю деталь 3, называемую метаемой, — на опоры параллель­но нижней с зазором h (рис. 163, а) или под углом (5 (рис. 163, б). Слой взрывчатого вещества (ВВ) йвв на верхней детали, имеющий для устра­нения подгаров буферный слой из фибры, дерева, резины и т. п., после срабатывания детонатора 4 воспламеняется, создавая ударную волну.

Фронт детонации движется с большой (~10 м/с) скоростью vu. Дав­ление позади фронта детонации достигает 100—200 тыс. атмосфер. Верхняя деталь при соударении дважды перегибается (рис. 163, в, г). При параллельных деталях скорость не должна превышать скорости распространения звука vB в металле, а давление должно быть доста­точным для пластической деформации в приповерхностных слоях металла.

При соударении из угла схождения деталей вылетает облако мел­ких горячих частиц, очищающих поверхности под большим давлением. Этот выброс неравномерен, вследствие чего поверхность соединения в узкой зоне волнообразна. В микрообъемах нагрев близок к темпера­туре кипения. Если v0 > v3, то параллельные детали соударяют­ся раньше их очистки, и сварка невозможна. Скорость детонации ол повышается с увеличением /івв. Стабильность vB зависит от /гвв плот­ности ВВ и размера его зерен.

При больших скоростях vB давление рс повышается в 10—50 раз по сравнению с ст5-

Медь с медью сваривают при рс >• 24600 кгс/см2, а алюминий с алю­минием при 6300 кгс/см2 (k = 50). У легированных или наклепанных сталей k 20.

Твердость отожженной стали в зоне соединения повышается в 3—4 раза, а от в 3—5 раз. Верхняя деталь смещается относительно нижней по направлению взрыва и утоняется в зоне нагрева. Перед сваркой поверхности зачищают, в особенности окалину, которая не удаляется при взрыве. При этом используют проволочные щетки.

Взрывом плакируют листы, трубы и другие детали, приваривают болты, соединяют материалы, дающие при других способах сварки хрупкие интерметаллические прослойки и др.

В частности, низкоуглеродистые стали плакируют никелем, медью, титаном и его сплавами, алюминием и его сплавами, танталом. Иног­да используют прокладки из алюминия и других металлов. Для сни­жения твердости и снятия напряжений в ряде случаев применяют на­грев до 200—300° G.