Обработка металла и его подготовка для сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Приведите характеристику элементов модельного комплекта, предназначенного для изготовления формы из песчано-глинистых смесей

2. На диаграмме состояния сплавов железо-углерод изобразите температурный интервал горячей обработки давлением для сталей

3. Приведите схему многоручьевого штампа и опишите технологию горячей объемной штамповки в них

4. Опишите подготовку металла под сварку, выбор режима ручной дуговой сварки и технологию ее проведения

5. Опишите сущность технологии ультразвуковой сварки, ее преимущества, недостатки и область применения. Ответ поясните схемой процесса

1. Приведите характеристику элементов модельного комплекта, предназначенного для изготовления формы из песчано-глинистых смесей

штамповка металл сварка технология

В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления.

Модельные комплекты изготовляются рабочими-модельщиками, как правило, высокой квалификации. Песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.

Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров;

2) Обладать высокой прочностью и долговечностью, т.е. обеспечивать изготовление необходимого числа форм и стержней;

3) Быть технологичным в изготовлении;

4) Обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуатации;

5) Иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта;

6) Сохранять точность размеров и прочность в течение определенного времени эксплуатации.

Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

2. На диаграмме состояния сплавов железо-углерод изобразите температурный интервал горячей обработки давлением для сталей

Диаграмма состояния железо-углерод даёт представление о строении железоуглеродистых сплавов - сталей и чугунов.

Впервые на существование в стали критических точек и на зависимость их от содержания углерода указал Дмитрий Константинович Чернов. Впоследствии свои высказывания о влиянии углерода на положение критических точек Чернов изобразил графически, воспроизведя очертание важнейших линий диаграммы железо-углерод.

Чернов определял положение критических точек на глаз, по цветам каления стали. Знаменитый французский исследователь Ф. Осмонд, воспользовавшись только что изобретённым Ле-Шателье пирометром, определил положение критических точек, описал характер микроструктурных изменений при переходе через критические точки и дал названия основных структур железоуглеродистых сплавов, употребляющихся и сейчас.

Образование твёрдых растворов при нагревании было установлено Р. Аустеном, что было доказано прямым металлографическим анализом Ле-Шателье, А.А. Байковым и Н.Т. Гудцовым.

Используя эти данные, а также разработанную теорию фазовых равновесий Д. Гиббса, голландский учёный Розебум, а также и Р. Аустен представили первый вариант диаграммы железо-углерод. Неполнота сведений, которыми располагали эти исследователи, не позволила им построить диаграмму во всех областях, отвечающих действительному фазовому равновесию. Лишь к концу XIX века немецкий учёный П. Геренс, использовавший опыт своих предшественников и новые данные по микроструктурному и термическому анализу железоуглеродистых сплавов, привёл в своей книге диаграмму железо-углерод, достаточно близко отвечающую современному варианту. Позже были внесены хоть и существенные, но не принципиальные уточнения в диаграмме железо-углерод. Дальнейшие работы по изучению диаграммы железо-углерод продолжаются и сейчас.

Диаграмма железо-углерод, как следует из названия, должна распространяться от железа до углерода. Железо с углеродом образует ряд химических соединений: Fe3C; Fe2C; FeC и др. и, следовательно, система железо-углерод должна быть отнесена к сложной форме диаграммы с химическими соединениями.

Фазы состояния сплава железо - углерод

В системе железо - углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит.

Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

Феррит - твердый раствор внедрения углерода в б-железо.

Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную - 0,006% при комнатной температуре (точка Q), максимальную - 0,02% при температуре 727° С (точка P). Углерод располагается в дефектах решетки.

При температуре выше 1392° С существует высокотемпературный феррит, с предельной растворимостью углерода около 0,1% при температуре около 1500 °С (точка I).

Свойства феррита близки к свойствам железа. Он мягок (твердость - 130 НВ, предел прочности -) и пластичен (относительное удлинение -), магнитен до 768° С.

Аустенит (г) - твердый раствор внедрения углерода в г-железо.

Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.

Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную - 0,8% при температуре 727° С (точка S), максимальную - 2,14% при температуре 1147° С (точка Е).

Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен, парамагнитен.

При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.

Цементит (Fe3C) - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), содержит 6,67% углерода.

В железоуглеродистых сплавах присутствуют фазы: цементит первичный, цементит вторичный, цементит третичный. Химические и физические свойства этих фаз одинаковы. Влияние на механические свойства сплавов оказывает различие в размерах, количестве и расположении этих выделений. Цементит первичный выделяется из жидкой фазы в виде крупных пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (при охлаждении - вокруг зерен перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов имеет большое практическое значение. Она используется для определения температур нагрева стали при различных видах термической обработки, при определении температурных интервалов для горячей обработки стали давлением (ковка, штамповка, прокатка), а также для определения температур плавления и кристаллизации стали и чугунов в литейном производстве.

3. Приведите схему многоручьевого штампа и опишите технологию горячей объемной штамповки в них

Многоручьевая штамповка является наиболее распространенной, она применяется в крупносерийном и массовом производстве, когда затраты на изготовление штампа окупаются. В массовом производстве в ряде случаев в противоположность миогоручьевой штамповке применяется такой способ штамповки, при котором отдельные ручьи, или группы ручьев выделяются в самостоятельные штампы, устанавливаемые на отдельных машинах.

Типичный многоручьевой штамп для изготовления поковки шатуна показан на рисунке. По оси штампа размещен чистовой ручей 7, справа от него - черновой 2, слева - подкатной 3. В заднем левом углу смонтирован отрубной нож 4. При многоручьевой штамповке экономится металл, повышается точность поковок и стойкость штампов.

Штамповочные ручьи бывают окончательными (чистовыми) и предварительными (черновыми). Окончательный ручей, обязательный для любого штампа, предназначен для штамповки уже готовой поковки (с облоем). Деформация в нем невелика, что позволяет повысить точность размеров поковки. Остальные ручьи применяют в различных сочетаниях в зависимости от формы поковки.

Предварительный ручей применяют при штамповке поковок сложной формы для уменьшения износа окончательного ручья. Основная деформация, необходимая для получения конечной формы поковки, происходит в предварительном ручье, повторяющем по форме окончательный ручей, но с большими радиусами закруглений и без канавки для заусенца.

Заготовительные ручьи предназначены для перераспределения массы заготовки по главным осям поковки согласно распределению массы в поковке. К ним относятся формовочный, пережимной, подкатной, протяжной и гибочный ручьи.

В формовочном ручье заготовке придается форма, приближающаяся к форме поковки в плоскости разъема штампов. При этом площадь поперечного сечения заготовки изменяется незначительно.

Пережимной ручей предназначен для уширения заготовки без ее заметного удлинения. В формовочный и пережимной ручьи заготовка поступает чаще без предварительной обработки, реже - после протяжного ручья. После обработки в формовочном и пережимном ручьях заготовка попадает в штамповочный ручей (предварительный или окончательный).

Подкатной ручей позволяет перераспределять объем металла вдоль оси заготовки в соответствии с формой поковки, т.е. увеличивать одни поперечные сечения за счет уменьшения других. Заготовка поступает в подкатной ручей либо без предварительной обработки, либо из протяжного ручья. После каждого удара в подкатном ручье заготовку кантуют. После подкатного ручья заготовка попадает чаще всего в штамповочный ручей, реже - в гибочный или формовочный.

В протяжном ручье площади поперечных сечений отдельных участков заготовки уменьшаются за счет протяжки. В этом ручье обычно осуществляется первая штамповка, после чего заготовка передается в любой другой ручей.

Гибочный ручей придает заготовке форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъема штампов, путем гиба. Гибочный ручей может применяться в любой последовательности среди заготовительных ручьев.

Отрубной ручей применяется при штамповке поковки от прутка, т.е. одна заготовка (пруток) служит для последовательной штамповки нескольких поковок. В этом случае готовую поковку отрубают от прутка отрубным ножом.

Горячая объёмная штамповка - это вид обработки материалов под давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями плоскостей, изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую плоскость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка с последующем отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, газовой резкой и т д.

4. Опишите подготовку металла под сварку, выбор режима ручной дуговой сварки и технологию ее проведения

В подготовку металла под сварку входит правка, разметка и наметка, резка и обработка кромок, холодная и горячая гибка. Правка производится преимущественно на станках, а иногда вручную. Листовой, полосовой и профильный прокат правят на вальцах, которые чаще всего имеют семь или девять валков. Вальцы оборудуются двумя роликовыми столами для загрузки и выхода металла в процессе правки. При правке листы пропускают через вальцы от 3 до 5 раз.

Наряду с машинной правкой иногда применяют ручную правку. Последнюю производят на чугунных или стальных правильных плитах ударами молота, кувалды и при помощи винтового пресса.
Правку угловой стали производят на углоправильных вальцах или на ручных винтовых прессах, а двутавров и швеллеров -- на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка и наметка. При индивидуальном производстве выправленный металл поступает на разметку, а при массовом и серийном производстве поступает для наметки. Перед разметкой и наметкой поверхность металла грунтуется меловой краской на клею.

При разметке однотипных деталей для массового и серийного производства пользуются металлическими или фанерными шаблонами. Разметка при помощи шаблонов называется наметкой. Инструментами для выполнения разметки и наметки служат чертилка из закаленной стали, кернеры, стальные линейки и угольники, стальные циркули и рейсмусы, молотки, клямеры, струбцины, стальные рулетки и др.

Резка. Резка металла на заготовки производится механическим способом на ножницах и пилах или газокислородным пламенем. Механическая резка производится в основном на ножницах и применяется преимущественно для прямолинейного реза листов толщиной до 20 мм. Наибольшее применение имеют гильотинные ножницы с ножами длиной от 1 до 3 м и пресс-ножницы с длиной ножей до 700 мм.

Для криволинейного реза толщин до 6 мм применяются роликовые ножницы с дисковыми ножами. Для прямолинейного реза больших толщин и дла криволинейного реза толщин свыше 6 мм применяется преимущественно газокислородная резка ручная, полуавтоматическая и автоматическая. Для холодной резки стержней круглого и других сечений применяются круглые (циркульные) зубчатые и фрикционные пилы.

Обработка кромок под сварку. Обработка и скос кромок под сварку производятся механическим путем на кромкострогальных и продольно-строгальных станках или газокислородным пламенем. При небольшом объеме работ иногда применяют рубку пневматическим зубилом. Гибка. Гибка листового, полосового и широкополосового металла производится на листогибочных трехвалковых и четырехвалковых вальцах. На холодную гибку поступают листы с подготовленными кромками и вырезанными отверстиями малых диаметров. Гибка профильного металла производится на правильно-гибочных прессах и роликовых гибочных станах. Наименьший допустимый радиус гибки стали в холодном состоянии рекомендуют брать равным 25-кратной толщине листа или высоте симметричного профиля. Если радиус холодной гибки меньше 25 толщин деформируемой стали, то возможны надрывы наружных волокон.

Гибка больших толщин и гибка обечаек малого диаметра, при средней толщине листа, производится горячим способом в кузнечно-прессовых цехах. Нагрев деталей производится до температуры 1000--1100°С, при которой металл легко поддается деформированию. Подготовку кромок под сварку и вырезку больших отверстий производят после горячей гибки.

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом - дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.

Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.

Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

Режим дуговой сварки -- совокупность факторов, обеспечивающих получение сварочного шва хорошего качества и заданных размеров. К таким факторам относятся род и полярность сварочного тока, его величина, тип и марка электрода, его диаметр, напряжение на дуге, положение шва в пространстве, скорость сварки.

Род сварочного тока -- постоянный или переменный -- и его полярность зависит от марки и толщинысвариваемого металла; эти данные приводятся в таблицах с характеристиками различных марок электродов. Тип и марку электрода можно также выбрать по этим таблицам.

Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемых деталей можно выбрать по табл. 2.

Таблица 2

Величина диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемого металла

При сварке многослойных швов первый шов сваривают электродом диаметром не более 4 мм, а при диаметре электрода большем этого может быть непровар корня шва.

Диаметр электрода при сварке вертикальных швов не более 5 мм, потолочных -- не более 4 мм независимо от толщины свариваемого металла. При выборе диаметра электрода для сварки угловых и тавровых соединений принимается во внимание катет шва. Диаметр электрода при катете шва -- 3...5-3...4 мм, при катете 6...8-4...5 мм.

Величина сварочного тока в зависимости от диаметра электрода печатается на упаковке электродов.

Для сварки в нижнем положении величину сварочного тока можно определить по формуле:

I_св = (40...60)d,

где I_св -- величина сварочного тока, А; 40...60 -- коэффициент, зависящий от типа и диаметра электрода; d -- диаметр электрода, мм.

При сварке конструкционных сталей:

для электродов диаметром 3...6 мм величина сварочного тока: I_св = (20 + 6d)d;

для электродов диаметром менее 3 мм: I_св = 30d,

где I_св -- величина сварочного тока, A; d -- диаметр электрода, мм.

Величина сварочного тока зависит как от диаметра электрода, так и от длины его рабочей части, состава покрытия, его положения в пространстве сварки.

Количество наплавленного при сварке металла зависит от величины сварочного тока:

Q = б_нI_свt,

где Q -- количество наплавленного металла, г; б_н -- коэффициент наплавки, г/(А*ч); I_св -- сварочныйток, А; г -- время сварки, ч.

Но при сварочном токе, недопустимом для данного диаметра электрода, электрод быстро перегревается, что приводит к снижению качества шва и разбрызгиванию металла.

При недостаточной величине сварочного тока дуга неустойчива, в шве могут быть непровары.

Напряжение дуги изменяется в интервале 16...30 В.

5. Опишите сущность технологии ультразвуковой сварки, ее преимущества, недостатки и область применения. Ответ поясните схемой процесса

Ультразвуковая сварка - изобретение, появление и первоначальное развитие которого относится к 30-40-м годам прошлого столетия. Открытие этого процесса связано с исследованием применения ультразвуковых колебаний для очистки поверхностей, соединяемых с помощью контактной сварки. Было обнаружено, что при одновременном воздействии на зону сварки определенного усилия сжатия и ультразвуковых колебаний соединение образцов осуществляется без пропускания через них сварочного тока.

На первом этапе развития ультразвуковой сварки были получены сравнительно прочные соединения из мягких алюминиевых сплавов толщиной от 0,01 до 0,2 мм.

Дальнейшему развитию ультразвуковой сварки препятствовало отсутствие полных сведений о процессах образования неразъемных соединений твердых тел под воздействием ультразвука и эффективного специализированного оборудования. Исследования, проведенные в середине 60-х гг. ХХ в. в Институте электросварки им. Е.О. Патона, ИМЕТ им. А.А. Байкова и ВНИИЭСО, позволили обосновать механизм образования соединения металлов с помощью ультразвука.

Процесс образования соединения металлов с помощью ультразвуковых колебаний в общем случае можно разбить на три стадии:

а) получение первичных «мостиков схватывания»;

б) повышение температуры до (0,3 - 0,5)ТПЛ соединяемых металлов в зоне контакта, вызывающее повышение пластичности поверхностных слоев металла, испарение пленок жира и влаги, растрескивание оксидных пленок;

в) сближение соединяемых поверхностей на расстояния, достаточные для появления межатомных взаимодействий, обуславливающих образование монолитного соединения. Отдельные исследования указывают на то, что образование соединения сопровождается интенсивным протеканием в поверхностных слоях диффузии, релаксации и в ряде случаев - плавлением металла на глубину нескольких атомных слоев.

Показано, что характер процессов, протекающих при образовании соединения, определяется физико-химическими свойствами соединяемых материалов и технологическими параметрами сварки. В конце 60-х гг. была обнаружена возможность качественной сварки полимеров с помощью ультразвука.

Практической реализацией ультразвуковой сварки пластмасс успешно занимались ряд фирм США, Англии, ФРГ и Японии. В СССР наиболее заметный вклад в этой области внесен учеными МГТУ им. Н.Э. Баумана, где выполнен цикл работ по соединению термопластов с термореактопластами и металлами. Следует отметить весьма перспективное направление использования ультразвуковой сварки в сочетании с контактной. В этом случае появляется возможность существенно снизить мощность сварочных машин, особенно при сварке металлов, имеющих небольшое электрическое сопротивление (медь, серебро, никель).

Под действием ультразвуковых колебаний в результате фрагментации поверхностных слоев в зоне контакта возрастает его электрическое сопротивление, что обуславливает эффективность тепловыделения в зоне сварки и существенно повышает скорость процессов диффузии.

Последний эффект может быть использован для интенсификации диффузионной сварки. Другим не менее важным направлением в области получения соединений с помощью ультразвуковых колебаний является комбинированный способ сварко-пайки, сочетающий ультразвуковую сварку с различными процессами пайки, особенно в тех случаях, когда исключено применение флюсов.

Для осуществления данного вида сварки было разработано специализированное оборудование, состоящее из источника генерации высокочастотных (ультразвуковых) электромагнитных колебаний, механической колебательной системы, аппаратуры управления сварочным циклом и привода сварочного усилия. Преобразование электромагнитных колебаний в механические и введение последних в зону сварки обеспечивается механической колебательной системой.

Типовые колебательные системы для ультразвуковой сварки металлов приведены на рис. 6.

Рис. 6 Схемы типовых колебательных систем: а - продольная; б - продольно-поперечная; в - продольно-вертикальная; г - крутильная

Основным звеном колебательных систем является преобразователь 1, который изготавливают из магнито-стрикционных или электрострикционных материалов (никель, пермендюр, титанат бария, ниобат свинца и др.).

Преобразователь является источником механических колебаний. Волноводное звено 2 осуществляет передачу энергии к сварочному наконечнику и обеспечивает увеличение амплитуды колебаний по сравнению с амплитудой исходных волн преобразователя, а также трансформирует сопротивление нагрузки и концентрирует энергию в заданном участке свариваемых деталей 5. Акустическая развязка 3 от корпуса машины позволяет практически всю энергию механических колебаний трансформировать и концентрировать в зоне контакта.

Сварочный наконечник 4 является согласующим волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой. Он определяет площадь и объем непосредственного источника ультразвуковых механических колебаний в зоне сварки. В зависимости от формы сварочного наконечника колебательной системы ультразвуковая сварка может быть точечной, шовной или кольцевой. С помощью ультразвука можно сваривать металлы и сплавы как между собой (в однородном или разнородном сочетании), так и с некоторыми неметаллическими материалами.

Свариваемость металла зависит от его твердости и кристаллической структуры. Свариваемость ухудшается в следующей последовательности для металлов, имеющих ГЦК, ОЦК и гексагональную решетки, а также с увеличением твердости.

Ультразвуковая сварка позволяет соединять разные элементы изделий толщиной 0,005 - 3,0 мм или диаметром 0,01 - 0,5 мм. При приварке тонких листов и фольг к деталям толщина последних практически не ограничивается.

Особые преимущества этот процесс имеет при соединении разнородных и термочувствительных элементов.

Областями использования ультразвуковой сварки являются: производство полупроводников, микроприборов и микроэлементов для электроники, конденсаторов, предохранителей, реле, трансформаторов, нагревателей бытовых холодильников, приборов точной механики и оптики, реакторов, сращивание концов рулонов различных тонколистовых материалов (медь, алюминий, никель и их сплавы) в линиях их обработки, а также автомобильная промышленность.

Соединение при этом способе сварки образуется под действием ультразвуковых колебаний (частотой 20-40 кГц) и сжимающих давлений, приложенных к свариваемым деталям.

Ультразвуковые колебания в сварочных установках получают следующим образом. Ток от ультразвукового генератора (УЗГ) подаётся на обмотку магнитострикционного преобразователя (вибратора), который собран из пластин толщиной 0,1-0,2 мм. Материал, из которого они изготовлены, способен изменять свои геометрические размеры под действием переменного магнитного поля.

Если магнитное поле направлено вдоль пакета пластин, то любые его изменения приводят к укорочению или удлинению магнитостриктора, что обеспечивает преобразование высокочастотных электрических колебаний в механические той же частоты.

Вибратор соединяется припоем (или клеем) с волноводом или концентратором (инструментом), который может усиливать амплитуду колебаний. Волноводы цилиндрической формы передают колебания, не изменяя их амплитуды, в то время как ступенчатые, конические концентраторы усиливают колебания. Размеры и форму концентратора рассчитывают с учётом необходимого коэффициента усиления. Как правило, достаточен коэффициент 5, обеспечивающий амплитуду колебаний рабочего выступа при холостом ходе 20-30 мкм. Размеры волноводной системы подбирают так, чтобы в зоне сварки амплитуды колебаний были максимальными (кривая упругих колебаний, рис. 7).

Рис. 7 Схема ультразвуковой сварки: 1 - акустический узел; 2 - инструмент (волновод); 3 - регулировочный винт опоры; 4 - свариваемые детали; 5 - вибратор; 6 - кожух

Рис. 8 Профиль поверхности: а - двух собранных медных деталей перед ультразвуковой сваркой; б - нижней детали после воздействия ультразвука

При этом методе сварки колебательные движения ультразвуковой частоты разрушают неровности поверхности (рис. 8) и оксидный слой. Совместное воздействие на соединяемые детали механических колебаний и относительно небольшого давления сварочного волновода-инструмента обеспечивает течение металла в зоне соединяемых поверхностей без внешнего подвода теплоты. В результате трения, вызванного возвратно-поступательным движением сжатых контактирующих поверхностей, нагреваются поверхностные слои материалов. Однако трение - не доминирующий источник теплоты при сварке, например, металлов, но его вклад в образование сварного соединения является существенным. Ультразвуковая сварка может применяться для соединения металла небольших толщин, широко применяется для сварки полимерных материалов. При сварке полимеров ультразвуковые колебания подаются волноводом перпендикулярно к соединяемым поверхностям, и под их воздействием возникает интенсивная диффузия - перемещение макромолекул из одной соединяемой части в другую.

Разработан процесс сварки костных тканей в живом организме, основанный на свойстве ультразвука ускорять процесс полимеризации некоторых мономеров. Так, циакрин, представляющий собой этиловый эфир цианакриловой кислоты, под действием ультразвука образует твёрдый полимер в течение десятков секунд, в то время как без ультразвука процесс полимеризации идёт несколько часов. Это явление и легло в основу соединения, или сварки, обломков костной ткани с помощью циакрина, смешанного с костной стружкой. Циакрин затвердевает и прочно соединяется с костной тканью, проникая в её капилляры под действием ультразвуковых колебаний. В результате получается прочное соединение отдельных частей кости.

Ультразвуковая сварка позволяет решить проблему присоединения к кристаллам кремния полупроводниковых приборов алюминиевых проводников-выводов, которыми осуществляется подключение приборов к внешним электрическим цепям. Диапазон геометрических размеров контактных площадок полупроводниковых приборов очень широк - от нескольких микрометров у интегральных схем и дискретных транзисторов до 400-700 мкм у мощных транзисторов и диодов. Присоединение выводов - наиболее трудоёмкая операция во всём цикле изготовления приборов.

Разработано несколько вариантов ультразвуковой сварки кристаллов с выводами: с использованием продольной, поперечной, продольно-поперечной колебательных систем.

Конкретными примерами применения ультразвуковой сварки металлов является сварка тонких элементов разнотолщинных деталей, выполненных из однородных и разнородных металлов:

· аллюминиевых электролитических конденсаторов

· выводов трансформаторов и дросселей

· электронных приборов

· радиаторов для тепловых и электронных приборов

· тары изготовленной из фольги, элементов игрушек и т.п.

Основными областями применения являются:

· автомобильная промышленности

· авиационная промышленности

· электронная промышленности

Размещено на Allbest.ru