Приварку токоотводов к внутренней или наружной поверх­ности стакана целесообразно осуществить посредством составного стержня с переменным сечением (рис. 3, б). При такой конструк­ции стержня, во-первых, сохраняется достаточно большое сече­ние опорной части резонирующего стержня, чем обеспечивается необходимая жесткость и, во-вторых, увеличивается зона доступа к сварочному наконечнику. Такая конструкция резонирующего стержня позволила, например, приварить стальные токоотводы к корпусу аккумулятора.

В настоящее время сварка с применением таких стержней практически дала обнадеживающие результаты. Вполне вероятно, что они могут найти применение при изготовлении полупроводни­ковых элементов, особенно при использовании систем крутильных колебаний.

Технологические возможности шовной УЗС в отношении сва­риваемых форм можно в некоторой степени сравнить с возможно­стями машин для контактной сварки.

Рис. 4. Варианты построения механических колебательных си­стем для шовной сварки

Шовная ультразвуковая сварка металлов может быть осу­ществлена посредством колебательной системы со сварочным роликом в виде нерезонансного выступа (рис. 4, а). Однако, как установлено, применение нерезонансного выступа в виде ро­лика при шовной УЗС в ряде случаев нежелательно. Технологи­ческие возможности такого устройства весьма ограничены и могут быть использованы только в частных случаях, тем более, что в качестве опорного элемента используются массивные ро­лики.

Применение в качестве излучателя ультразвука резонансного диска (рис. 4, б) позволяет увеличить технологические возмож­ности шовной УЗС.

Во ВНИИЭСО разработана колебательная система, в которой в качестве опоры использован также резонансный диск. Это по­вышает эффективность использования шовной УЗС (рис. 4, в).

Влияние на сварку формы и материала сварочного наконечника

Сварочный наконечник в процессе сварки находится в сложном термомеханическом состоянии. Попеременный нагрев и охлажде­ние, механические нагрузки и элементарное истирание в зоне контакта со свариваемым металлом приводят к его интенсивному износу. Растрескивание и выкрашивание центра наконечника сказывается на качестве сварных соединений. Кроме того, в про­цессе сварки происходит налипание свариваемого материала на поверхность сварочного наконечника. Иногда это налипание на­столько сильно, что его зачистку необходимо производить после одной-двух сварных точек. Такая степень налипания ставит под сомнение целесообразность применения ультразвука. Используют разнообразные формы сварочных на­конечников при УЗС, например, сферической формы (рис. 5, а). Однако ис­пользование такого наконечника понижает стабильность сварки, ибо сфера предопределяет резкое и неравномерное распределение напряжения в зоне сварки. Позже были высказаны соображения о целесообразности применения наконечника с усе­ченной сферой (рис. 5, б), которая позволяла в некоторой сте­пени стабилизировать удельное контактное давление, по край­ней мере в начальный период сварки.

Рис. 5. Формы сварочных наконечников

Анализ напряжений, возникающих в зоне сварки, и механизма сварки позволяет прийти к выводу о безусловной целесооб­разности применения сварочного наконечника в виде усеченной конусообразной площадки (рис. 5, в). Такая форма наконечника, как это следует из весьма многочисленных экспериментальных данных, обеспечивает более высокую пластичность и стабиль­ность прочности сварных соединений. Было признано также целе­сообразным наличие на сварочном наконечнике обжимной кромки К, поскольку сферический сварочный наконечник приводит к возникновению существенного зазора между свариваемыми деталями. Это в значительной мере сказывается при сварке разнотолщинных металлов, особенно если один из них более пласти­чен (рис. 5, г).

Работа кромки заключается в следующем. После начала сва­рочного цикла наконечник начинает внедряться в свариваемый металл, который пластически деформируется. После того как сварочный наконечник углубился на расстояние, равное высоте конусной площадки, которая, кстати, выбирается исходя из тол­щины свариваемого металла, обжимная кромка под действием контактного давления обжимает по периметру резонирующего стержня свариваемые детали.

Рекомендуемая форма наконечника для сварки металлов ми­кротолщин показана на рис. 5, д.

Ряд авторов считает, что состояние поверхности сварочного наконечника является одним из важных факторов, влияющих на образование сварного соединения (на его механическую проч­ность). Так, например, в работе [2] приведены данные об исполь­зовании сварочных наконечников с различной степенью обработки поверхности. Установлено, что при сварке сплавов АМцАМ шлифованным наконечником, сварные соеди­нения обладали низкой прочностью. Удовлетворительные соеди­нения были получены с помощью наконечника, поверхность кото­рого была грубо обработана на наждачном камне. Аналогичные результаты были приведены и в работе [3]. Наилучшие резуль­таты по сварке ряда материалов были получены при использо­вании сварочного наконечника с шероховатой поверхностью. Обработка экспериментальных результатов позволила прийти к выводу [3], что чем прочнее сцепление сварочного наконечника с деталью, тем интенсивнее передача энергии уль­тразвука в зону сварки и прочнее сварное соединение.

Однако некоторые приводят противоположные доводы, считая, что в случае шероховатости наконеч­ника потери на соединение уменьшаются, так как шероховатость предотвращает скольжение между наконечником и свариваемыми образцами. Мнение, что обволакивание сварочного наконечника металлом свариваемого изделия способствует передаче энергии, вряд ли справедливо. Дело в том, что при обволакивании исче­зает граница раздела между сварочным наконечником и деталью. Исходя из общих принципов распространения плоской волны в твердом теле следует, что потери энергии на границе их раздела в таком случае резко уменьшается. Значит надо предполагать, что источником ультразвуковых колебаний должна являться деталь, сцепившаяся со сварочным наконечником. Поскольку она обла­дает массой, то это вызывает изменение частоты колебательной системы и выход ее из резонанса. Таким образом оптимальные ус­ловия переноса энергии будут нарушены (технологически такое сцепление недопустимо).

Были проведены экспериментальные работы по выяв­лению влияния степени обработки поверхности сварочного нако­нечника на механическую прочность соединений при сварке меди М1.

Установлено, что при сварочном наконечнике, обработанном грубым наждачным камнем, среднее разрушающее усилие при испытании образцов Рср = 24 кГ. Внешний вид сварной точки в полной мере соответствует грубо обработанной поверхности наконечника.