2.Определение и основные схемы процесса

УЗС —сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний (ГОСТ Р 2601—84). Неразъемное соединение при УЗС металлов получают в процессе сжатия соединяемых элементов с от­носительно небольшим усилием (десятые доли или единицы ньютона при соединении элементов микросхем и полупроводниковых приборов и не более 10⁴ Н при сварке относительно толстых листов) при одновременном воздей­ствии на зону контакта механических колебаний с частотой 15—80 кГц [2-5L

Сварку с помощью ультразвука осуществляют на специальных машинах, состоящих из источника генерации высокочастотных (ультразвуковых) элек­тромагнитных колебаний, механической колебательной системы, аппаратуры управления сварочным циклом и привода сварочного усилия (1, 2, 4—6].

Рис. 13.1. Схема типовых колебательных систем для УЗС металлов [I]: о — продольная; б — продольно-поперечная; в — продольно-вертикальная; г — крутильная

Преобразование электромагнитных колебаний в механические и введение последних в зону сварки обеспечивается в этих машинах механической коле­бательной системой. Типовые колебательные системы для УЗС металлов приведены на рис. 13.1. Основным звеном колебательных систем является преобразователь /, который изготавливают из магнитострикционных или элек- трострикционных материалов (никель, перминдюр, титанат бария, ниобат свинца и др.). Преобразователь является источником механических колеба­ний. Волноводное звено 2 осуществляет передачу энергии к сварочному на­конечнику и обеспечивает увеличение амплитуды колебаний по сравнению с амплитудой исходных волн преобразователя, а также трансформирует со­противление нагрузки и концентрирует энергию в заданном участке свари­ваемых деталей 5. Акустическая развязка 3 от корпуса машины позволяет практически всю энергию механических колебаний трансформировать и кон­центрировать в зоне контакта. Сварочный наконечник 4 является согласую­щим волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой. Он определяет площадь и объем непосредственного источника ультразвуковых механических колебаний в зоне сварки.

В зависимости от формы сварочного наконечника колебательной системы УЗС металлов может быть точечной, шовной или кольцевой [2, 4, 5, 7].

При УЗС необходимые условия для образования соединения создаются в результате наличия механических колебаний в зоне контакта соединяемых элементов. Энергия вибрации со­здает сложные напряжения растяжения, сжатия и среза. При превышении предела упругости соединяемых металлов проис­ходит пластическая деформация в зоне их контактирования. В результате пластической деформации и действия ультразвука происходит разрушение и удаление по­верхностных пленок различного происхождения, а также обра­зование сварного соединения [2, 4—6, 8, 9). Температура нагрева в зоне контакта обычно не превышает 0,3—0,5 от температуры плавления соединяемых металлов (2, 4, 5, 9J. Согласно (2], повышение температуры не является определяющим фактором в образовании сварного со­единения и не оказывает значительного воздействия на свари­ваемые металлы. При УЗС происходит лишь незначительное изменение структуры и свойств свариваемых металлов.