Исследование процесса сварки, оборудования, технологии УЗС и опыт эксплуатации сварочных машин в промышленности позволяют сформулировать следующие основные технические тре­бования к механической колебательной системе:

1) большая износоустойчивость сварочного наконечника и от­сутствие налипания свариваемого материала на его поверхности;

2) возможность быстрой замены сварочного наконечника или механической колебательной системы в целом;

3) надежное крепление механической колебательной системы;

4) высокие акустико-механические свойства системы (мини­мальные потери, хорошая смачиваемость припоями, отсутствие микротрещин в металле и его однородность и т. д.);

5) рациональный коэффициент усиления концентратора, по­рядок резонирующих стержней и точек сопряжения волноводных звеньев;

6) высокое качество соединения всех элементов колебательной системы;

7) достаточно большая зона доступна к сварочному наконеч­нику;

8) отсутствие разворачивания свариваемых деталей относи­тельно сварочного наконечника и друг друга;

9) рациональное охлаждение электромеханического преобра­зователя.

Механическая часть машины (корпус, система охлаждения, при­вод давления и т. п.) должна иметь: достаточную жесткость кор­пуса, исключающую непроизвольное смещение и перекосы свароч­ного наконечника относительно свариваемых деталей; малую инер­ционность привода давления с плавным опусканием сварочного наконечника (для сварки металлов с металлизированным стеклом, керамикой, полупроводниковыми материалами). Конструкция ра­бочего стола должна позволять производить совмещение сваривае­мых изделий с необходимой точностью, а для сварки микротолщин манипуляторы, оптика, подогревательные колонки и другие устройства должны соответствовать конкретным требованиям, обусловленным типом свариваемого изделия.

Безусловно, что к машинам для УЗС в полной мере относятся и общие требования: максимальный к. п. д., минимальные габа­риты и вес, простота при наладке и эксплуатации, надежность в работе, высокая производительность, патентная чистота, соот­ветствие требованиям эргономики. Немаловажным обстоятель­ством является стоимость оборудования.

Конструктивно-технологиче­ские особенности машины в значительной степени определяются и принятой кинематической схемой.

В зависимости от положения механической колебательной си­стемы относительно свариваемых деталей сварочные машины можно разделить на следующие основные группы:

1) машины, в которых механическая колебательная система использована в качестве исполнительного элемента привода дав­ления (см. рис. 1, а и. б; рис. 2, а, б, г);

2) машины, в которых резонирующий стержень механической колебательной системы используется в качестве упорного или опорного элемента и неподвижно закреплен в корпусе машины (рис. 2, б и д).

Этот признак в значительной степени определяет достоинства или недостатки сварочной машины

Анализ стабильности механической прочности сварных соединений

Установлено, что посред­ством УЗС можно получать соединения, удовлетворяющие самым высоким требованиям. В частности, некоторые авторы, исследуя этот вопрос, пришли к выводу, что по статической и динамической прочности сварные соединения удовлетворяют требованиям стан­дарта в авиастроении. Более 90% образцов при испытании на срез показали более высокие прочностные данные, чем это требуется по существующим нормам.

Наиболее показательным в этом отношении являются много­численные примеры успешного внедрения УЗС в промышленность.

При разработке механических колебательных систем и техно­логии сварки ряда изделий до их промышленного освоения про­изводилась сварка однородных, разнородных и разнотолщинных металлов. Вероятность получе­ния разброса прочности свар­ных соединений подсчитывалась как математическими методами, так и экспериментально. При экспериментальных рабо­тах, особенно в заводских усло­виях, число контролируемых сварных соединений доводилось до 30 тыс. В лабораторных усло­виях, как правило, при сварке более 100 образцов практико­валось получение контрольных значений прочности соединений (по трем образцам), например через 100, 200 или 500 свар­ных точек.

Гистограмма прочности сварных соединений при испытании на срез наглядно характеризует устойчивость процесса сварки (рис. 6). Подавляющее большинство образцов (более 95%) имеет разброс в прочности 5—10% от среднего значения разрушающей нагрузки Рср.

Была также проведена оценка вероятности ожидаемых откло­нений механической прочности сварных соединений от среднего значения Рср при сварке партий образцов. Установлено, что от­клонение от среднего значения Рср не будет больше ±25% с веро­ятностью 0,99905.

Аналогичные результаты по механической прочности свар­ных соединений получены и при шовной УЗС. Результаты испы­тания алюминия b=0,2+0,2 мм (режим сварки: Рев = 50 кГ, v = 3 м/мин) показывают, что коэффициент вариации находится в пределах 5—10%.

Из приведенных данных следует, что процесс ультразвуковой сварки в настоящее время практически освоен. Стабильная работа колебательных систем дает разброс в прочности сварных соедине­ний не более, чем это наблюдается при использовании контактной сварки. При этом следует заметить, что УЗС позволяет получить надежные сварные соединения разнотолщинного алюминия без предварительного снятия окисных пленок, электротехнической меди и других металлов, где использование контактной сварки практически затруднено.

Список литературы

1. Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка. Л., “Машиностроение”, 1972.

2. Золотарев Б. Б., Волков Ю.Д. Точечная сварка металлов ультразвуком. -“Сварочное производство ”, 1982, №9

3. Силин Л.Л., Баландин Г.Ф. Ультразвуковая сварка. М., Машгиз, 1982.