Ультразвуковая сварка
Ультразвуковой сваркой выполняют различные виды соединений (рис. 69). Сваркой внахлест можно соединять две (рис. 69,а) или несколько (рис. 69,б) деталей, а также профили (рис. 69,в), фасонные (рис. 69,г) и пустотелые (рис. 69,д) детали. При монтаже радиоэлектронной аппаратуры ультразвуковую сварку применяют, например, для соединения цилиндрических деталей с плоскими (рис. 69,е) и торцового соединения с проволочными выводами (рис. 69,ж), когда проволочная заготовка подается в зону сварки через отверстие в инструменте или опоре и оплавляется в месте сварки. Сварку различных цилиндрических проводов можно выполнять при параллельном (рис. 69,з) или крестообразном взаимном расположении. Пустотелые выводы и контакты соединяют с платами (рис. 69,и) профильными инструментами и опорами. Применяют ультразвуковую сварку и для соединения монтажных лепестков с колпачками (рис. 69,к, л).
Перед ультразвуковой сваркой соединяемые поверхности детали очищают от загрязнений и жировых пленок. Эту операцию целесообразно выполнять в ультразвуковых ваннах. В случае невозможности применить ультразвуковую очистку эти поверхности протирают салфетками, смоченными бензином, ацетоном или слабыми щелочными растворами. Ровные и чистые поверхности свариваются быстрее и качественнее.
К особенностям операций ультразвуковой сварки относится содержание рабочего цикла. Рабочим цикл состоит из сжатия свариваемых заготовок при определенном (рабочем) усилии, собственно сварки при включенных ультразвуковых колебаниях, выдержки под рабочим или измененном усилии и освобождении сваренного материала. Время и последовательность исполнения каждого из указанных элементов рабочего цикла строго увязывается между собой и зависят от вида и свойств свариваемых материалов и акустических параметров процесса (амплитуды колебаний инструмента, частоты и мощности). Правильный выбор рабочего цикла сварки во многом предопределяет качество соединения.
Рис. 69. Соединения, выполненные ультразвуковой сваркой
Обычно при ультразвуковой сварке принимается такой цикл. Рабочее усилие прикладывается к свариваемым деталям до включения ультразвука и остается постоянным в течение всей сварки. После некоторой выдержки деталей под нагрузкой включается ультразвук и выполняется сварка. Затем выключают колебания и выдерживают детали в течение определенного времени под нагрузкой; происходит так называемая «проковка», т. е. окончательное формирование неразъемного соединения. Затем нагрузка снимается.
Практикуется, например, при сварке пластмасс изменение указанной последовательности. Вначале включают ультразвук, а затем прикладывают усилие. При этом в результате постепенного касания колеблющегося инструмента свариваемых деталей с поверхностей их интенсивно удаляют загрязнения, прежде чем наступает сварка. Снимается нагрузка после выключения ультразвука. Такой цикл обеспечивает надежное соединение материалов со значительной степенью загрязнения свариваемых поверхностей, однако при этом необходимо с большой точностью регулировать величину и время рабочего усилия.
Также вредно влияет на качество ультразвуковой сварки цикл, при котором колебания инструмента выключаются после нагрузки. При сварке пластмасс по такому циклу можно наблюдать вспучивание в зоне сварного соединения и другие дефекты.
При ультразвуковой сварке металлических материалов, когда направление колебаний инструмента совпадает с плоскостью сварки, колебания могут передаваться свариваемым деталям. Это вредно сказывается на качестве сварки (появляются трещины и другие дефекты) Для предотвращения сдвига детален при ультразвуковой сварке детали необходимо перед сваркой прочие скрепить между собой. Место крепления должно располагаться как можно ближе к зоне сварки. Для этой цели применяют прихваты и струбцины с эластичными (резиновыми) зажимными элементами. Удобны быстродействующие зажимные устройства (например, пневматические), расположенные вблизи инструмента сварочного станка и являющиеся его элементами. Такие зажимы применены, в частности, при точечной ультразвуковой сварке листовых материалов. После перемещения свариваемых детален на шаг сварки (расстояние между двумя соседними точками сварки) срабатывает зажим и прочно прижимает детали к опоре. Затем автоматически включаются колебания сварочного инструмента и рабочее усилие - происходит сварка. После заданной выдержки снимают нагрузку и ультразвуковые колебания, а затем зажим освобождает свариваемые детали для очередного их перемещения.
Такие зажимы предотвращают одновременно проворот деталей во время сварки, что наблюдается при сварке с ультразвуком. Для этих же целей применяют различные сварочные приспособления - кондукторы, которые фиксируют детали относительно друг друга и по отношению к инструменту, и также обеспечивают их крепление при сварке. Для ультразвуковой сварки миниатюрных деталей применяют «плавающие» и поворотные столы и другие специальные приспособления.
При сварке крупногабаритных листовых деталей для предотвращения их провисания и облегчения работы оператора рядом со сварочным станком располагают столы-рольганги или другие вспомогательные устройства, если таковые не предусмотрены конструкцией самого станка. Такие устройства применяют, в частности, при шовной, а нередко и точечной сварке.
