|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Ультразвуковая сварка металлов |
 | |
Анимация
0
Описание
Ультразвуковая сварка (УС) металлов основана на создании с помощью ультразвуковых (УЗ) колебаний состояния предельной пластичности или текучести в зоне контакта соединяемых деталей. УС применяется для соединения деталей из одинаковых или различных металлов без их плавления.
Схема установки для УС с продольными колебаниями показана на рис. 1.
Схема установки для ультразвуковой сварки с продольными колебаниями (а); область сварки с выделенной пунктиром зоной сварки С (б)
Рис. 1
Обозначение:
1, 2 - соединяемые детали;
3 - опора;
4 - сварочный наконечник;
5 - волновод-концентратор продольных колебаний;
6 - магнитострикционный преобразователь;
7 - генератор электрических колебаний.
Соединяемые детали сжимаются с силой N, нормальной к поверхности их соприкосновения, затем возбуждаются УЗ колебания с частотой от 10 до 100 кГц, направленные по касательной к поверхности соприкосновения. Колебания детали 1 с частотой f и амплитудой x вызываются сварочным наконечником 4, который прижимается к детали с силой N, направленной по оси z. Наконечник 4 действует на деталь 1 с переменной силой Txsinwt, параллельной оси х. Со стороны детали 1 на деталь 2 действует переменная сила с амплитудой, меньшей Тx. Совместное действие в зоне сварки нормальных sz и тангенциальных tx напряжений, обусловленных соответственно силами N и Tx создает условия для возникновения состояния предельной пластичности или текучести. При этом в результате колебательного движения деталей происходит их соединение за время от десятых долей секунды до единиц секунд.
Таким образом, процесс УС определяется действием сил Txsinwt и N, связанных соотношением:
Tx = mN,
где m - коэффициент трения.
Сжимающая сила N зависит от предела текучести ss свариваемого материала:
N = Sss,
где S - площадь отпечатка наконечника 4.
Чтобы обеспечить однородное напряженное состояние в зоне УС (рис. 1, б) необходимо выполнение условия:
a > 3d
где d - толщина детали 1.
При условии Tх > m·N в области С происходят процессы, связанные с сухим трением скольжения: происходит схватывание соприкасающихся вершин естественных микронеровностей соединяемых поверхностей и затем типичное для сухого трения разрушение вблизи узла схватывания. Процессы схватывания и разрушения повторяются многократно. Число узлов схватывания растет с течением времени, а металл вблизи них находится в высокопластичном состоянии, что способствует образованию сплошного соединения. В таком соединении структура металла искажена по сравнению с первоначальной и имеют место остаточные напряжения, снижающие его прочность.
В режиме Tx Ј m·N вершины соприкасающихся микронеровностей деформируются в отсутствии скольжения, т.е. процессы, характерные для сухого трения скольжения, не имеют места. Происходит лишь пластическое растекание вершин контактирующих микронеровностей, сближение соединяемых поверхностей, а затем диффузионное сращивание зерен металла обеих деталей.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Используемые естественнонаучные эффекты
 | Возникновение диффузионного потока при наличии градиента концентрации (Диффузия) |
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
| 1 | | Явления переноса |
| 1 |  | Термодинамика |
Применение эффекта
УС успешно применяется для сварки корпусов микродвигателей, игрушек, туб, банок, контейнеров для продуктов и т.п. Сварочные устройства представляют собой или ручные сварочные пистолеты для шовной сварки, или стационарные машины для сварки по контуру прерывистым или непрерывным швом. При дистанционной УС пользуются стержневыми инструментами сложной формы. УЗ сварочные инструменты выполняются из малотеплопроводных материалов с высокой механической добротностью.
Помимо установок для УС на продольных УЗ колебаниях, существуют системы для УС с помощью изгибных и крутильных колебаний.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Схема установки для УС с продольными колебаниями показана на рис. 1.
Соединяемые детали сжимаются с силой N, нормальной к поверхности их соприкосновения, затем возбуждаются УЗ колебания с частотой от 10 до 100 кГц, направленные по касательной к поверхности соприкосновения. Колебания детали 1 вызываются сварочным наконечником 4, который прижимается к детали с силой, направленной по оси z. Наконечник 4 действует на деталь 1 с переменной силой, параллельной оси х. Совместное действие в зоне сварки нормальных и тангенциальных напряжений, создает условия для возникновения состояния предельной пластичности или текучести. При этом в результате колебательного движения деталей происходит их соединение за время от десятых долей секунды до единиц секунд.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Советская энциклопедия, 1979.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |