Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Вокруг основного узла схватывания возникли отдельные небольшие участки схватывания, удлиненные в направлении ультразвуковых колебаний. С увеличением времени пропускания ультразвука ) О,?3 с площадь зашлифованного участка почти не изменяется (рис. 26, г, д), но площадь узлов схватывания начинает увеличиваться более интенсивно. При пропускании ультразвука свыше 1,06 с происходит разрушение сварного соединения с вырывом точки по всему контуру.
Проведенные измерения микротвердости поверхности зашлифованного пятна и основного металла вблизи пятна показали, что микротвердость поверхностного слоя зашлифованного пятна выше (42 — 44 Н ), чем у основного металла (28 — 30 Н„). Образование полированного пятна на свариваемьж поверхностях указывает на то, что оно возникло вследствие трения под действием высокочастотных колебаний соприкасающихся поверхностей непосредственно под контактным выступом.
13" 380 Слсццо зьяыс Впдьс сворки Ультразвуковая сварка 381 Таким образом, процесс ультразвуковой сварки происходит под действием трения, вызванного микроскопическим возвратно-поступательным перемещением частиц на трущихся поверхностях. В начальный момент действия ультразвуковых колебаний на свариваемых поверхностях возникает сухое трение.
На этой стадии на свариваемых поверхностях происходит разрушение окисных пленок и пленок из адсорбированных Кгс 50 Рис. 27. Влияние продолжительности 1 пропускания ультразвука: Х 2 а а — иа разрушающую нагрузку при срезе, кгс; б — иа площадь узлов схватывания, мм' О0 йВ 12 10 20 Рис. 25. Макроструктура мест разрушения сварных соединений меди после различного времени пропускания ультразвука газов и жидкостей.
После возникновения ювенильных поверхностей наступает вторая стадия образования сварного соединения. Процесс сухого трения переходит в чистое трение, которое сопровождается образованием узлов схватывания. Схватыванию в значительной степени способствует малая амплитуда колебаний трущихся поверхностей и возвратно-поступательный характер этих колебаний.
Металлографическне исследования сварных образцов различных металлов, сваренных при повышенных давлениях, мощности и времени, не обнаружили в зоне сварки литой структуры или воз- 2 действия на металл очень высоких темпе- кзс1зпи ратур. 22 Микроисследования мест сварки показывают, что имеются общие зерна, 20 принадлежащие обеим свариваемым поверхностям и пересекающие границу раз- 10 дела; кроме этого, образуются общие о границы между поверхностными зернами. 10 о Очевидно, в этих обоих случаях сварное соединение будет обладать прочностью, равной прочности основного металла. На рис.
27, а показана зависимость разрушающей нагрузки на точку 02 06 10 14 г, с при срезе от времени пропускания ультразвука. Испытывались медные образцы Рис. 28. Зависимость предела проч- толщиной 0,35 + 0,35 мм. Из рисунка ности при срезе сварного соединевидно что разрушающая нагрузка воз ния от продолжительности про Растает с увеличением времени пропус- пускания ультразвука кания ультразвука.
Увеличение разрушающей нагрузки объясняется расширением площади схватывания (рис. 27, б). Даже в случае минимального времени пропускания ультразвука образующееся соединение имеет высокий предел прочности, который не изменяется с увеличением времени пропускания ультразвука и площади узлов схватывания (рис. 28). Аналогичные результаты получены при испытании на срез соединения из алюминия. Средняя величина предела прочности 5,8 кгс/ммз оставалась примерно постоянной и не зависела от времени сварки.
Испытания на отрыв сварных соединений медных образцов показали высо- кий предел их прочности (около 20 кгс1ммз), очень близкий к пределу прочности основного металла, 332 Специальные виды сварки Ультразвуковая сварка 7. Температура в зоне сварки Режим сварки Толщина материала, мм Температура, 'С Время Усилие сжатия, кгс Материал 0,5+ 0,5 1,0 + 1,0 0,85 + 0,85 0,4+ 0,4 10,0+ 0,65 0,3+ 0,65 Алюминий Медь Цинк Железо Железо + константан Медь + ионстантан 0,5 1,5 0,6 0,4 1,6 1,0 200 — 300 300 — 350 100 †1 800 †9 До 730 До 450 440 220 260 19,0 40 Т,ге 0,, й)0 Показатели по типам машин Наименование показателей УЗС-2 ~ МС-4! П2-1 ~ УЗСКН-1 УЗС 20 30 Мощность, Вт Рабочая частота, кГц 44 44 60 0,02 — 1,0 0,02 — 0,250 До 0,5 Контактная сила, кгс Производительность (число точек в минуту) )ЗО ~ ЫО 215 210 Масса, кг Большие значения предела прочности ультразвуковых сварных соединений подтверждают то, что они образуются вследствие возникновения металлических связей в узлах схватывания, имеющих такую же прочность и природу, как и основной металл.
Тепловые процессы при сварке. Процесс ультразвуковой сварки сопровождается выделением тепла в зоне сварки. Образование тепла вызывается возникновением трения на контактных поверхностях и пластическими деформациями в металле, сопровождающими образование сварного соединения.
Об уровне максимальных температур, полученных при сварке разных металлов, дает представление табл. 7. Температура в зоне сварки зависит от прочностных характеристик — главным образом от твердости металла и его теплофизических свойств: теплопровод- 0,4 0,0 О,( 0,2 03 О,"г О,б туз а) 07' Рис.
29. Тепловыделение при ультразвуковой сварке: а — термические цинлы при сварке алюминия толщиной 0,5 + 0,5 мм в зависимости от продолжительности г пропускания ультразвука и усилия сжатия Р, кгс (Т', С вЂ” температура в точке на внутренней поверхности свариваемых листов); б — влияние температуры подогрева на прочность соединений алюминиевых проводников диаметром 0,1 мм с алюминиевыми пленками на ситалле () = 60 кГц; Р = 0,2 кгс; А = 1,5 мкм). На рисунке обозначены: — усилие отрыва, кгс: т — длительность ультразвуковых колебаний отр уз ности и теплоемкости, режима сварки. На рнс.
29, а показаны термические циклы при сварке алюминия толщиной 0,5+ 0,5 мм при различном давлении. Из графиков видно, что существует оптимальное давление, при котором развивается максимальная температура; дальнейшее увеличение давления приводит к увеличению скорости нарастания в начальном участке и уменьшению максимального значения температуры. Это вызвано уменьшением мощности, передаваемой в зону сварки вследствие выхода из резонанса колебательной системы, увеличепнрм площади контакта в зоне сварки и др. Работы показали, что наблюдающееся повышение температуры не является определяющим фактором, так как максимальная прочность сварных соединений достигается ранее, чем достигается максимальная температура в контакте. Предварительный подогрев изделия приводит к уменьшению длительности пропускания ультразвуковых колебаний и способствует увеличению прочности сварного соединения (рис. 29, б).
Прочность точечных и шовных сварных соединений. На рис. 30 показана зависимость прочности точечных соединений алюминиевых листов от продолжительности пропускания ультразвуковых колебаний и давления на точку Как с, г видно, прн малых давлениях прочность точки в значительной степени зависит е=гба 40 от времени прохождения ультразвука.
С повышением давления сварные соединения прочнее при меньшем времени ге l ге Ю прохождения ультразвука. При очень продолжительном пропускании ультразвука и большом давлении сварное соеди- / !Р' бггг пение некачественно вследствие значи- лг тельных деформаций основного металла и приваривания его к электроду. б При шовной сварке прочность сварных соединений обычно выше прочности основного металла, и разрушение проис- 0 ег 04 ходит по "новномУ металлУ Рис. 30. Прочность 6 точечных Сварка ультразвуком позволяет со- алюминиевых соединений при срезе единять различные металль!' хорошо в зависимости от усилия сжатия Р и продолжительности 7 пропуска- алюминий, медь, никель, удовлетворительно сварив аются нержавеющие стали.
При этом прочность сварных точечных соединений достаточно высока, разрушение соединений происходит обычно с вырывом точки по контуру как при испытаниях на срез, так и при испытаниях на отрыв. С помощью ультразвука получены соединения на ряде тугоплавких металлов — ниобии, тантале, молибдене и вольфраме. Однако недостатком сварных соединений вольфрама и молибдена является их хрупкость. Важным обстоятельством ультразвуковой сварки является возможность соединения различных металлов, которые обычными методами не соединяются, Ультразвуковые сварочные машины. Ультразвуковая сварка в последнее время нашла наибольшее применение в микроэлектронике, в основном для приварки токоотводов к интегральным схемам.
8, Технические характеристики машин для сварки деталей микротолщин Специальные виды сварки Ультразвуковая сварка В СССР разработаны и выпускаются сериями ультразвуковые машины для сварки различных элементов микросхем (табл. 8 и 9), оснащенные автоматическими устройствами (автоматически осуществляется подача проводников, сварка, обрезка проводников и т. п.), позволяющими в значительной степени увеличивать производительность. 9. Технические характеристики машин типа МТУ н КТУ, разработанных ВНИИЭСО Показатели типа машин Наименование показателей МТУ-0,4 ~ МТУ.1,5 ~ КТУ-1,5 МТУ-« До 50 Производительность (число точек в минуту) тб ~ 82 ~ 80 105 Масса, кг 20 — 25 мкм. Высокая производительность станка (до 800 сварок в час) обеспечивается автоматической подачей и обрывом проволоки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
