Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка – это сварка давлением с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, в результате которых на соединяемых поверхностях возникают силы трения, вызывающие нагрев и создающие сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные плёнки.

М Р Рис. 5.31. Ультразвуковая сварка: 1 – магнитострикционный преобразователь; 2 – трансформатор продольных упругих колебаний; 3 – рабочий инструмент; 4 – наконечник; 5 – свариваемые заготовки; 6 – опора; М – момент в узле колебаний; Р – сжимающая сила; А – амплитуда продольных колебаний

Для получения механических колебаний высокой (ультразвуковой) частоты используют магнитострикционный эффект, заключающийся в изменении размеров некоторых материалов (феррита, пермаллоя, никеля) под действием переменного магнитного поля. Этот эффект получают с помощью магнитострикционного преобразователя 1 (рис. 5.31) и поскольку изменения размеров от него очень незначительны, то для увеличение амплитуды А продольных механических колебаний в направлении зоны сварки используют волновод, обычно имеющий сужающуюся форму и состоящий из трансформатора 2 продольных упругих колебаний, соединённого с рабочим инструментом 3, на конце которого закреплён наконечник 4, воздействующий на свариваемые заготовки 5, установленные на опоре 6. С помощью момента М, приложенного в узле колебаний, в наконечнике 4 создаётся сжимающая сила Р, действующая на свариваемые заготовки. Усиленные ультразвуковые колебания создают на соединяемых поверхностях силы трения, вызывающие нагрев и разрушающие поверхностные плёнки, в результате чего под действием силы Р происходит пластическая деформация, сближающая соединяемые поверхности на расстояние действия межатомных сил, что и приводит к возникновению прочной связи.

Сравнительно небольшое тепловое воздействие на свариваемые материалы обеспечивает минимальные изменения их структуры, механических и других свойств. Например, при сварке меди температура в зоне контакта не превышает 600°С, а при сварке алюминия 200…300°С. Это особенно важно при сварке химически активных материалов.

Ультразвуковой сваркой можно получать точечные и шовные соединения внахлёстку, а также соединения по замкнутому контуру, например, кольцу, для чего в волновод вставляют сменный наконечник в форме трубы, поперечные размеры которой соответствуют получаемому кольцевому соединению.

Ультразвуковой сваркой можно сваривать заготовки толщиной 0,001…1 мм, а также приваривать тонкую фольгу и листы к массивным деталям. Ультразвук настолько активно разрушает поверхностную плёнку, что позволяет без предварительной очистки получать высококачественные соединения окисленных или покрытых лаком поверхностей.

Ультразвуковая сварка позволяет соединять разнородные материалы, например, алюминий с медью, медь со сталью и т.п., а также находит особенно широкое применение при сварке пластмасс. Ультразвуковая сварка используется в приборостроении, радиоэлектронике и авиационной промышленности.