Технология ультразвуковой сварки

Опубликовано 28.01.2011 Ведущий Валерий Харыбин

Мощные ультразвуковые колебания находят широкое применение в различных областях народного хозяйства. Одним из интересных и перспективных промышленных применений ультразвука является ультразвуковая сварка. В ультразвуковой сварке высокочастотная электрическая энергия преобразуется в вертикальное механическое движение. В ходе процесса сварки детали, которые подлежат соединению, скрепляются под давлением, а затем подвергаются высокочастотным колебаниям так, что из-за силы вибрации участок соединения испытывает напряжение. Вследствие этого стыка совместного воздействия поверхностного и межмолекулярного трения в поверхности вырабатывается теплота, рождаемая трением. Сила и вектор вибрации обычно направлены к соединяемым поверхностям под прямым углом. Оборудование для ультразвуковой сварки относительно сложное. Вся система включает в себя электронный источник питания, резонансную систему (преобразователь, усилитель, сварочный наконечник) и фиксатор детали. Усилие давления, необходимое для процесса сварки, обеспечивается прессом. Ультразвуковые колебания в сварочных установках получают следующим образом. Ток от ультразвукового генератора подается на обмотку преобразователя. Пластины преобразователя или вибратора способны изменять свои геометрические размеры под воздействием переменного магнитного поля. Если магнитное поле направлено вдоль пакета пластин, то его изменения приведут к укорочению или удлинению магнитостриктора, что обеспечивает преобразование высокочастотных электрических колебаний в механические той же частоты. Вибратор с помощью припоя соединяется с волноводом или концентратором, который может усиливать амплитуду колебаний. При данном методе сварки колебательные движения ультразвуковой частоты разрушают неровности поверхности и оксидный слой. Совместное воздействие на соединяемые детали механических колебаний и небольшого давления сварочного волновода обеспечивает течение металла в зоне соединения без внешнего подвода тепла. За счет трения, вызванного возвратно-поступательным движением сжатых контактирующих поверхностей, происходит нагрев поверхностных слоев материалов. Ультразвуковая сварка решила проблему присоединения к кристаллам кремния полупроводниковых приборов алюминиевых выводов для подключения приборов к внешним электрическим цепям. Разработано несколько вариантов ультразвуковой сварки для этой цели с использованием таких колебательных систем, как продольной, поперечной, продольно-поперечной и крутильной.