Ультразвуковая сварка - сварка, источником энергии при которой являются ультразвуковые колебания.

Используется для сварки металлов, пластмасс, тканей, кожи, металлов со стеклом, полупроводниковыми материалами и др. Ультразвуковая сварка применяется при точечной, шовной и контурной сварке. При этом используются продольными и изгибными механические колебания. В 1969 году был собран первый полностью пластиковый автомобиль, детали которого сваривались ультразвуковой сваркой.^{[источник не указан 31 день]}

Сущность

Ультразвуковая сварка осуществляется при помощи непрерывно генерируемого ультразвука частотой 18-180 кГц. мощностью 0,01 - 10 кВт. Сварка происходит при одновременном воздействии на свариваемые поверхности механических ВЧ колебаний, внешнего давления, прикладываемого перпендикулярно к свариваемым поверхностям и теплового эффекта от ВЧ колебаний. Тепловое действие ВЧ ультразвуковых колебаний может сочетаться c дополнительным местным импульсным нагревом заготовок от отдельного внешнего источника теплоты.

При воздействии ВЧ колебаний происходит сухое трение частиц в свариваемых поверхностях. Под действием сухого трения разрушаются поверхностные пленки (оксидные и их адсорбированных газов). Затем сухое трение сменятся на чистое трение, при котором образуются узлы схватывания. Образуются общие зерна, принадлежащие двум свариваемым поверхностям и общая граница между поверхностным зернами.

Типы сварных соединений металлов при ультразвуковой сварке: внахлестку; по рельефам; с раздавливанием кромок; встык круглого элемента с плоским; крестообразное, круглых элементов; параллельное, круглых элементов; многослойных деталей и пленок; угловое и др.

Преимущества

• сварки может производиться по загрязненным поверхностям, поэтому нe требуется предварительная подготовка поверхностей - только обезжиривание;
• выделение теплоты в зоне сварки ограничено по размерам, что не допускает перегрев при сваривании пластмасс;
• неразъемного соединения при сварке пластмасс возможно на большом удалении от точки ввода УЗ энергии;
• сварка возможна в труднодоступных местах;
• отсутствие вредных выделений;
• мало время нагрева соединения до температуры сварки - доли секунды;
• допускается сварки очень тонких (до 0,001 мм.) листов.

Недостатки

• необходимость использования дорогих генераторов ультразвука;
• мал диапазон толщин свариваемых материалов;
• необходимость дополнительного внешнего сжатия деталей.

Оборудование

Для УЗ сварки используются машины, разделяющиеся на машины для точечной контурной прессовой сварки, шовной и шовно-шаговой сварки, переносные установки, такие как ручные пистолеты малой мощности. Мощность машин составляет 100 - 1500Вт. Используемая частота - 20-22 кГц.

Ультразвук в машинах возбуждается в электромеханических преобразователях, использующих магнитострикционный эффект. В качестве магнитострикционных материалов используются К49Ф2, К65, Ю14 и др^[1]. Для увеличения амплитуды УЗ колебаний используются трансформаторы упругих колебаний, волноводы, концентраторы. Коэффициент усиления таких элементов доходит до 5. Для процесса сварки на конце концентратора необходимо иметь УЗ колебание амплитудой около 30 мкм.

В СССР выпускались серии машин МТУ-4, МТУ-1,5, УЗС, МС41-П2 и др., использующие УЗ колебания для сварки ножек микросхем.

Примечания