Сущность ультразвуковой сварки. Характеристика механической колебательной системы. Прочность точечных и шовных сварных соединений. Влияние на сварку формы и материала сварочного наконечника. Физико-химический механизм разрушения обрабатываемого материала.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЭиНТ

Контрольная работа по дисциплине

«Физико-химические процессы высоких технологий»

На тему:

«Анализ ультразвуковых процессов сварки»

Выполнил:

Студент гр. Б660611 Черная Е.М.

Тула 2013

Введение

Сварка - ведущий технологический процесс в машиностроении. Объем информации в области сварки особенно увеличился в связи с появлением новых конструкционных материалов, использованием сварки в различных отраслях техники и разработкой прогрессивных способов сварки. Сварку используют для соединения металлов и неметаллов между собой и в разнородных сочетаниях. Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физико-химических, атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых тел.

Все известные в настоящее время процессы сварки металлов осуществляются за счет введения только двух видов энергии термической и механической или при их сочетании. Под сварочными процессами в настоящее время понимают достаточно широкую группу технологических процессов соединения, разъединения (резки) и локальной обработки материалов, как правило, с использованием местного нагрева изделий.

Ультразвук находит широкое применение в науке для исследования некоторых физических явлений и свойств веществ. В промышленности ультразвуковые колебания используются для очистки и обезжиривания изделий, для обработки труднообрабатываемых материалов. Установлено благоприятное влияние ультразвуковых колебаний на кристаллизующиеся расплавы -- происходит дегазация и измельчение зерна и улучшение механических характеристик литых металлов. Получены положительные эффекты при воздействии ультразвуковых колебаний с целью снятия остаточных напряжений. Широкое использование ультразвук находит с целью интенсификации многих медленнотекущих химических реакций. Известна аппаратура для контроля уровня жидкости, скоростей ее течения и т. п. Успешно используется ультразвук для контроля качества литья, сварных соединений и т. п.

При ультразвуковой сварке (УЗС) необходимые условия для образования соединения создаются в результате механических колебаний ультразвукового преобразователя. Энергия вибрации создает сложные напряжения растяжения, сжатия и среза. При превышении предела упругости соединяемых материалов происходит пластическая деформация в зоне их соприкосновения. В результате пластической деформации и диспергирующего действия ультразвука происходит удаление адсорбированных пленок жидкости, газов, органических пленок и поверхностных оксидов, происходит увеличение площади непосредственного контакта, что обеспечивает получение прочного соединения.

В сварочной технике ультразвук может быть использован в различных целях. Воздействуя им на сварочную ванну в процессе кристаллизации, можно улучшить механические свойства сварного соединения благодаря измельчению структуры металла шва и лучшему удалению газов. Ультразвук может быть источником энергии для создания точечных и шовных соединений. Ультразвуковые колебания активно разрушают естественные и искусственные пленки, что позволяет сваривать металлы с окисленной поверхностью, покрытые слоем лака и т. п. Ультразвук уменьшает или снимает собственные напряжения, возникающие при сварке. Им можно стабилизировать структурные составляющие металла сварного соединения, устраняя возможность самопроизвольного деформирования сварных конструкций со временем.

1. Анализ технологических характеристик ультразвуковой сварки.

1.1 Сущность (определение), преимущественное назначение и область применения

Одним из интересных и перспективных промышленных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС). Ультразвуковая сварка (УЗС) - это способ создания неразъёмных соединений с помощью энергии, выделяющейся в зоне контакта свариваемых деталей при прохождении через последнюю, ультразвуковых механических колебаний. Этот способ сварки характеризуется весьма ценными технологическими свойствами: возможностью соединения металлов без снятия поверхностных пленок и расплавления, особенно хорошей свариваемостью чистого и сверхчистого алюминия, меди, серебра; возможностью соединения тончайших металлических фольг со стеклом и керамикой.

Сварка металлов ультразвуком находит все более широкое применение, так как этот способ имеет ряд преимуществ и особенностей по сравнению с контактной и холодной сваркой. Особенно перспективна ультразвуковая сварка применительно к изделиям микроэлектроники. Весьма перспективна сварка ультразвуком пластмасс; этот метод широко используется в промышленности, так как обладает рядом особенностей, дающих возможность получить высококачественное соединение на многих пластмассах, сварка которых другими методами затруднена или невозможна.

Разработаны оборудование и технология ультразвуковой сварки металлов и пластмасс, успешно использующиеся в промышленности. За рубежом этот метод также находит применение в промышленности.

Ультразвуком сваривается большая половина известных термопластичных полимеров. Ультразвуковая сварка пластмасс тем более ценна, что для ряда полимеров она является единственно возможным надежным способом соединения.

Полистирол -- один из наиболее распространенных полимеров для изготовления различных изделий крупносерийного производства -- наиболее рационально сваривать ультразвуком.

Особое внимание исследователей привлекла возможность внедрения УЗС при производстве изделий микроэлектроники.

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

· алюминиевых 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

· электротехническая промышленности

Конкретными примерами изделий из жестких термопластичных материалов, сваренных с помощью УЗС являются:

· различные корпуса для электронных и электротехнических устройств-пультов дистанционного управления

· светоотражателей автотранспорта

· аккумуляторных банок, утюгов

· проходные и заборные топливные фильтры

· игрушки, поплавки

· фильтры для очистки воды

· трубопроводы сантехники

· арматура для оштукатуривания углов откосов и стен

· георешетки

· рекламные боксы и муляжи

· панели и бамперы автомобилей.

В качестве примеров изделий из мягких термопластичных материалов можно назвать:

· одежду из синтетических тканей

o медицинские халаты

o повязки

o бахилы

o чепцы

o накидки

o плащи

· различные тенты

· палатки

· респираторы

· тара и элементы упаковки

· ремни безопасности

· транспортерные ленты

· обшивки салонов транспорта

· элементы натяжных потолков

· водные и воздушные фильтры

1.2.Основные технологические схемы (способ реализации)

Общая характеристика механической колебательной системы.

Технологическое оборудование для ультразвуковой сварки, независимо от физико-механических свойств свариваемых материалов, которые являются непосредственными объектами интенсивного воздействия ультразвуковых колебаний, имеет одну структуру и состоит из следующих узлов: источника питания, аппаратуры управления сварочным циклом, механической колебательной системы и привода давления.

Важнейшим узлом, составляющим основу и специфику оборудования и технологии ультразвуковой сварки металлов и пластмасс, является механическая колебательная система. Эта система служит для преобразования электрической энергии в механическую, передачи этой энергии в зону сварки, согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением системы и геометрических размеров зоны ввода энергии с размерами излучателя, концентрирования энергии и получения необходимой величины колебательной скорости излучателя. Система должна работать с максимальным к. п. д. на резонансной частоте независимо от изменения сопротивления нагрузки.

Типовая колебательная система (рис. 1) состоит из электромеханического преобразователя 1, волноводного звена -- трансформатора или иначе концентратора колебательной скорости 2, акустической развязки системы от корпуса машины 3, излучателя ультразвука -- сварочного наконечника 4 и опоры 5, на которой располагаются...