9.6. Ультразвуковая сварка

Ультразвуковую сварку можно отнести к разновидностям контактной сварки, осуществляющейся под давлением наконечника 4 ультразвукового инструмента на свариваемые заготовки 5 (рис. 9.21).

Рис. 9.21. Принципиальная схема ультразвуковой сварки: 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – трансформатор продольных упругих колебаний, 3 – рабочий инструмент, 4 – наконечник рабочего инструмента, 5 – свариваемые заготовки, 6 – опора

При ультразвуковой сварке заготовки 5 размещают на опоре 6. На магнитострикционный преобразователь 1 подается напряжение переменного тока с ультразвуковой частотой, которое преобразуется в продольные упругие колебания. Эти колебания усиливаются трансформатором упругих колебаний 2, который вместе с рабочим инструментом 3 представляет собой волновод. Момент M, приложенный в узле колебаний, создает необходимую сжимающую силу Р.

Наложение механических колебаний с ультразвуковой частотой вызывает силы трения и выделение теплоты на свариваемых поверхностях заготовок, сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки, способствует возникновению межатомных связей (адгезии) при меньших давлениях и температурах по сравнению с деформациями при отсутствии колебаний.

Например, при ультразвуковой сварке меди рациональная контактная температура не превышает 600 С, а при сварке алюминия – 300 С. Ультразвуковой сваркой можно сваривать очень тонкие листы и фольгу толщиной до 1 мкм, а также приваривать фольгу и тонкие пластины к заготовкам неограниченной толщины.

Энергия ультразвуковых колебаний должна быть достаточной для нагрева свариваемых заготовок до рациональных температур. Мощность точечного источника тепла, непрерывно действующего в тонких пластинах может быть рассчитана из условия равенства температуры заготовок рациональной температуре. Для этого может быть использовано полученное Н. Н. Рыкалиным решение о распределении температуры в пластине толщиной  для неподвижного точечного источника (рис. 9.22):

. (9.15)

Рис. 9.22. Установившееся распределение температуры в стальной пластине

 = 1 мм, b = 0,0028 1/с,  = 8 мм²/с,  = 0,04 Вт/(мм·К)

Анализируя графики распределения температуры, выбираем подходящую мощность ультразвукового источника энергии.

Тесты к текущему контролю знаний.

1. Сваркой называют:

1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;

2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;

3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;

4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;

5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.

2. Холодной (механической) сваркой называют:

1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;

2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;

3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;

4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;

5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.

3. Термомеханической сваркой называют:

1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;

2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;

3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;

4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;

5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.

4. Контактной сваркой называют:

1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;

2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;

3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;

4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;

5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.

5. Диффузионной сваркой называют:

1) способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок;

2) способ получения неразъемных соединений, при котором осуществляется сближение свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии;

3) способ получения неразъемных соединений с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение;

4) образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания;

5) способ получения неразъемных соединений, основанный на взаимном проникновении вещества свариваемых заготовок, обусловленном тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов.

6. На рисунке изображена схема:
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.

7. На рисунке изображена схема:
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.

8. На рисунке изображена схема:
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.

9. На рис. изображено:
1) распределение температуры в сварном шве; 2) распределение деформации в зоне термического влияния сварного шва; 3) распределение твердости в зоне термического влияния сварного шва; 4) схема образования горячих трещин в зоне сварного шва; 5) схема образования холодных трещин в зоне сварного шва;

10. На рисунке изображена схема:
1) контактной сварки; 2) точечной сварки; 3) сварки взрывом; 4) диффузионной сварки; 5) холодной сварки.

11. Предварительный подогрев заготовок применяют:

1) при сварке низкоуглеродистых сталей;

2) при сварке меди и ее сплавов, при сварке чугуна;

3) при сварке углеродистых сталей с содержанием углерода более 0,3%;

4) при сварке легированных сталей.

12. Какие источники тепловой энергии используются при плазменной сварке?

1) Электрическая сварочная дуга;

2) струя разогретого до высоких температур газа, пропускаемого через электрическую дугу;

3) теплота, образующаяся при прохождении электрического тока через расплавленную шлаковую ванну;

4) теплота, образующаяся при прохождении электрического тока через контакт свариваемых деталей.

13. Кривая 1 на рисунке изображает:
1) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при ручной дуговой сварке; 2) внешнюю характеристику источника сварочного тока при ручной дуговой сварке; 3) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом; 4) внешнюю характеристику источника сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом.

14. Кривая 2 на рисунке изображает:
1) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при ручной дуговой сварке; 2) внешнюю характеристику источника сварочного тока при ручной дуговой сварке; 3) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом; 4) внешнюю характеристику источника сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом.

15. При газовой сварке максимальная температура достигается:

1) в ядре газового пламени;

2) в факеле газового пламени;

3) в средней зоне газового пламени;

4) на краю газового пламени.

16. Максимальная температура газового ацетиленового пламени составляет:

1) около 3500 С;

2) около 3100 С;

3) около 2800 С;

4) около 2500 С;

5) 5000 – 6000 С.

17. При возникновении электрического разряда (при зажигании дуги) с ростом тока наблюдается:

1) стабилизация напряжения между электродами;

2) увеличение напряжения между электродами;

3) уменьшение напряжения между электродами;

4) крутопадающая характеристика.

18. Кривая 1 на рисунке изображает:
1) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при ручной дуговой сварке; 2) внешнюю характеристику источника сварочного тока при ручной дуговой сварке; 3) статическую вольтамперную характеристику электрической дуги при автоматической дуговой сварке под флюсом; 4) внешнюю характеристику источника сварочного тока при автоматической дуговой сварке под флюсом.

19. Режиму короткого замыкания на рисунке соответствует:
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.

20. Режиму холостого хода на рисунке соответствует:
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.

21. Зажиганию дуги на рисунке соответствует:
1) точка А; 2) точка В; 3) точка С; 4) точка Д.

22. На рисунке изображена:
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины.

23. На рисунке изображена:
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины.

24. Разновидность контактной сварки, позволяющая получать прочное и плотное соединение листовых заготовок в виде сплошного герметичного шва – это:

1) контактная стыковая сварка;

2) контактная стыковая сварка оплавлением;

3) контактная стыковая сварка сопротивлением;

4) контактная точечная сварка;

5) шовная сварка.

25. На рисунке изображена:
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины.

26. На рисунке изображена:
1) схема сварочного генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения; 2) схема трехфазного выпрямителя; 3) схема сварочного трансформатора с последовательно включенным дросселем; 4) электрическая схема контактной машины.
27. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки.

28. Разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках – это:

1) контактная стыковая сварка;

2) контактная стыковая сварка оплавлением;

3) контактная стыковая сварка сопротивлением;

4) контактная точечная сварка;

5) шовная сварка.

29. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки.

30. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки.

31. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки.

32. На рисунке изображена схема:
1) получения плазменной струи, выделенной из дуги; 2) сварки в защитных газах неплавящимся электродом при прямой полярности; 3) автоматической дуговой сварки; 4) получения плазменной струи, совмещенной с плазменной струей; 5) электрошлаковой сварки.