по дисциплине Электротехнологические установки (стр. 4 из 4)
Для получения качественного сварного соединения необходимо создать условия контактирования свежеочищенных участков металлов. Это может быть обеспечено при условии интенсивного перемещения деталей относительно друг друга. Величина такого перемещения находится в зависимости от амплитуды смещения сварочного наконечника Асв. Износ пленок зависит от их свойств и степени сцепления с металлом.
Классификация и основные технические требования к оборудованию для УЗС
За последние годы в СССР и за рубежом создано большое количество различных машин для УЗС металлов. Это оборудование можно классифицировать: по способу преобразования электрической энергии в механическую (магнитострикционный или пьезоэлектрический), по характеру распространения энергии в свариваемых материалах (направленный ультразвук и не неправленный), по видам дополнительных источников энергии в зоне сварки (нагрев, давление); по способу сварки (точечная, многоточечная, рельефная, шовная); по характеру установки (стационарная, переносная, подвесная); по степени автоматизации (полуавтомат, автомат) и назначению (общего применения и специализированная); по кинематической схеме и конструктивным особенностям и т. д. На данном этапе оборудование для УЗС целесообразно классифицировать и по мощности. Принимая во внимание ГОСТ 9865—68, регламентирующий выходную мощность генераторов, сварочные машины можно разбить на группы малой мощности (0,01— 0,25 кет), средней (0,4—4,0 кет) и большой (свыше 4,0 кет).
Исследование процесса сварки, оборудования, технологии УЗС и опыт эксплуатации сварочных машин в промышленности позволяют сформулировать следующие основные технические требования к механической колебательной системе:
1) большая износоустойчивость сварочного наконечника и отсутствие налипания свариваемого материала на его поверхности;
2) возможность быстрой замены сварочного наконечника или механической колебательной системы в целом;
3) надежное крепление механической колебательной системы;
4) высокие акустико-механические свойства системы (минимальные потери, хорошая смачиваемость припоями, отсутствие микротрещин в металле и его однородность и т. д.);
5) рациональный коэффициент усиления концентратора, порядок резонирующих стержней и точек сопряжения волноводных звеньев;
6) высокое качество соединения всех элементов колебательной системы;
7) достаточно большая зона доступна к сварочному наконечнику;
8) отсутствие разворачивания свариваемых деталей относительно сварочного наконечника и друг друга;
9) рациональное охлаждение электромеханического преобразователя.
Механическая часть машины (корпус, система охлаждения, привод давления и т. п.) должна иметь: достаточную жесткость корпуса, исключающую непроизвольное смещение и перекосы сварочного наконечника относительно свариваемых деталей; малую инерционность привода давления с плавным опусканием сварочного наконечника (для сварки металлов с металлизированным стеклом, керамикой, полупроводниковыми материалами). Конструкция рабочего стола должна позволять производить совмещение свариваемых изделий с необходимой точностью, а для сварки микротолщин манипуляторы, оптика, подогревательные колонки и другие устройства должны соответствовать конкретным требованиям, обусловленным типом свариваемого изделия.
Безусловно, что к машинам для УЗС в полной мере относятся и общие требования: максимальный к. п. д., минимальные габариты и вес, простота при наладке и эксплуатации, надежность в работе, высокая производительность, патентная чистота, соответствие требованиям эргономики. Немаловажным обстоятельством является стоимость оборудования.
Конструктивно-технологические особенности машины в значительной степени определяются и принятой кинематической схемой.
В зависимости от положения механической колебательной системы относительно свариваемых деталей сварочные машины можно разделить на следующие основные группы:
1) машины, в которых механическая колебательная система использована в качестве исполнительного элемента привода давления (см. рис. 1, а и. б; рис. 2, а, б, г);
2) машины, в которых резонирующий стержень механической колебательной системы используется в качестве упорного или опорного элемента и неподвижно закреплен в корпусе машины (рис. 2, б и д).
Этот признак в значительной степени определяет достоинства или недостатки сварочной машины
Анализ стабильности механической прочности сварных соединений
Установлено, что посредством УЗС можно получать соединения, удовлетворяющие самым высоким требованиям. В частности, некоторые авторы, исследуя этот вопрос, пришли к выводу, что по статической и динамической прочности сварные соединения удовлетворяют требованиям стандарта в авиастроении. Более 90% образцов при испытании на срез показали более высокие прочностные данные, чем это требуется по существующим нормам.
Наиболее показательным в этом отношении являются многочисленные примеры успешного внедрения УЗС в промышленность.
При разработке механических колебательных систем и технологии сварки ряда изделий до их промышленного освоения производилась сварка однородных, разнородных и разнотолщинных металлов. Вероятность получения разброса прочности сварных соединений подсчитывалась как математическими методами, так и экспериментально. При экспериментальных работах, особенно в заводских условиях, число контролируемых сварных соединений доводилось до 30 тыс. В лабораторных условиях, как правило, при сварке более 100 образцов практиковалось получение контрольных значений прочности соединений (по трем образцам), например через 100, 200 или 500 сварных точек.
Гистограмма прочности сварных соединений при испытании на срез наглядно характеризует устойчивость процесса сварки (рис. 6). Подавляющее большинство образцов (более 95%) имеет разброс в прочности 5—10% от среднего значения разрушающей нагрузки Рср.
Была также проведена оценка вероятности ожидаемых отклонений механической прочности сварных соединений от среднего значения Рср при сварке партий образцов. Установлено, что отклонение от среднего значения Рср не будет больше ±25% с вероятностью 0,99905.
Аналогичные результаты по механической прочности сварных соединений получены и при шовной УЗС. Результаты испытания алюминия b=0,2+0,2 мм (режим сварки: Рев = 50 кГ, v = 3 м/мин) показывают, что коэффициент вариации находится в пределах 5—10%.
Из приведенных данных следует, что процесс ультразвуковой сварки в настоящее время практически освоен. Стабильная работа колебательных систем дает разброс в прочности сварных соединений не более, чем это наблюдается при использовании контактной сварки. При этом следует заметить, что УЗС позволяет получить надежные сварные соединения разнотолщинного алюминия без предварительного снятия окисных пленок, электротехнической меди и других металлов, где использование контактной сварки практически затруднено.
Список литературы
1. Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка. Л., “Машиностроение”, 1972.
2. Золотарев Б. Б., Волков Ю.Д. Точечная сварка металлов ультразвуком. -“Сварочное производство ”, 1982, №9
3. Силин Л.Л., Баландин Г.Ф. Ультразвуковая сварка. М., Машгиз, 1982.