Как сварить два тончайших лепестка фольги или
приварить волосок проволоки к металлической детали? О дуговой сварке не
может быть и речи: от малейшего нагрева лепестки закрутятся и сгорят. И
многие другие способы здесь непригодны. А как соединить пластмассы -
шурупами, скобами? А если требуется неразъемное соединение? Ведь не все
детали можно отштамповать, многие узлы приходится собирать. С этим
прекрасно справляется ультразвук.
Метод ультразвуковой сварки появился сравнительно недавно, и поэтому
ультразвуковая сварка - это новый технологический способ соединения
материалов, занимающий промежуточное положение между сваркой и сваркой
давлением.
Ультразвуковая сварка - это холодная сварка, которая производится при
температуре значительно ниже температуры плавления, поэтому соединение
происходит в твердом состоянии. Такая сварка не имеет свойств и
структуры свариваемых материалов, а это очень важно, когда нужно сварить
между собой изделия из таких металлов, как молибден, цирконий, ниобий,
тантал и др.
Окончательного представления о механизме образования соединений при
ультразвуковой сварке пока нет. Одни исследователи утверждают, что
соединения с помощью ультразвука возникают в результате образования
"узкой схватывания". Проще говоря, под одновременным действием двух сил
(прижимающей и вибрирующей) одна деталь как бы "втирается" в другую.
Другие полагают, что сварка происходит в результате нагрева
поверхностного слоя трущихся друг о друга с ультразвуковой част той
деталей.
Ученые Московского высшего технического училищ^ имени Н. Э. Баумана (МВТУ),
Московского энергетического института и Института металлургии имен А. А.
Байкова применили ультразвук для сварки различных материалов. Соединение
происходит без существенного нагрева, что облегчает сварку пластмасс и
тех металлов, которые в расплавленном состоянии активно взаимодействуют
с кислородом.
С помощью ультразвуковой сварки можно соединят тонкие листы, приваривать
спиральные ребра к стержням, гофрированные листы к гладким, сваривать
миниатюрные детали приборов. И все это производится без специальной
зачистки поверхности, что делает ультразвуковую сварку незаменимой в
радиоэлектронной и приборостроительной промышленности. Лучшие результаты
получены при сварке алюминия и его сплавов. Ультразвуковая сварка может
выполняться точечным и шовным методами.
Большое место ультразвуковая сварка занимает в радиоэлектронике
(ультразвуковая микросварка). Она имеет ряд преимуществ по сравнению с
другими методами сварки при изготовлении полупроводниковых приборов в
микросхемах. На практике ультразвук начали применять и при обычной
электрической сварке. Зачастую швы бывают пористыми, неоднородными, а
следовательно, не^ прочными. Качество шва зависит от многих причин:
опыта электросварщика, электродов, величины тока в цепи и др. Особенно
высоки требования к сварочным швам когда нужно получить герметичность
или сварить детали, которые будут работать с большими перегрузками. В
принципе идея ультразвуковой обработки расплавленного металла была не
новой. Металлурги уже это делали и получали металлы без раковин, пор и
значительно мел-) козернистее, чем в том случае, если он остывал без
предварительной ультразвуковой обработки. Тот же эффект получается, если
сварку сопровождать ультразвуковым облучением. Для сварки металлов
создана серия отечественных ультразвуковых сварочных машин и аппаратов
(УЗСМ-1, V3CM-2, УЗСМ-З, УЗСА-4, УЗСА-5, УСФ-45), а также пистолетов
(УЗСП-6, УЗСП2-0,2С).
Значительное место ультразвуковая сварка занимает при соединении
пластмасс и полимерных материалов, разработанный в нашей стране метод
ультразвуковой сварки позволяет сваривать термопласты толщиной от
нескольких микрон до 10 миллиметров и более. Причем так же, как и при
сварке металлов, учитывается толщина только той детали, которая
расположена со стороны сваривающего инструмента. Ультразвуковая сварка
пластмасс происходит под некоторым давлением при вводе в свариваемые
детали ультразвуковых колебаний.
Ультразвуковая сварка полиэтиленовых тубов, коробок, банок, помимо того
что обеспечивает необыкновенную прочность, одновременно стерилизует
содержимое паковки. Колебания высокой частоты убивают микробов. В
лаборатории новых методов сварки МВТУ проделали следующий эксперимент. В
полиэтиленовом тубе заварили с помощью ультразвука обычную воду. Через
несколько месяцев туб вскрыли, оказалось, что вода такая же свежая,
словно ее только что налили из водопровода. Это свойство ультразвуковой
сварки использовали работники пищевой промышленности. На рыбоконсервных
предприятиях Мурманска, Риги, Ленинграда и других портовых городов
внедрены полуавтоматические установки для упаковки рыбных продуктов в
полиэтиленовую тару. Ранее для этой цели применялась дефицитная
алюминиевая жесть. Замена ее на пластические материалы уже дала сотни
тысяч рублей экономии.
Метод ультразвуковой сварки пластмасс привлекает все большее внимание
инженеров и технологов, поскольку он легко поддается автоматизации, по
производительности не уступает сварке токами высокой частоты, а по
количеству видов пластмасс, которые могут быть сварены, значительно
превосходит его. Ультразвуком легко свариваются полиэтилен, полистирол,
капрон, стеклопластик и другие пластмассы.
Ультразвуковая сварка пластмасс выгодно отличается от всех других
способов сварки тем, что ультразвуком -южно сваривать даже загрязненные
детали. Поэтому Ультразвуковая сварка успешно применяется для
герметизации пластмассовых упаковок пищевых продуктов, а также
лакокрасочных, горючих и смазочных материалов. Она удобна и безопасна
при упаковке легковоспламеняющихся продуктов и взрывчатых веществ: ведь
разогрев деталей при ультразвуковой сварке происходит только в месте их
контакта. Изделия из полимеров со сложно конфигурацией шва, сваренные с
помощью ультразвук проверили на прочность, и оказалось, что прочность
соединений равна прочности основного материала. А при испытании сварных
образцов на сдвиг чаще разрушался основной материал около шва.
Ультразвуковые сварочные машины находят все большее применение в
промышленности. Так, на Московской заводе плавленых сыров создана
автоматическая линия на которой пластмассовые тубы заполняют сыром и
заваривают с помощью ультразвуковой сварочной машины. На Московском
заводе малолитражных автомобилей ультразвуковую сварочную машину
применили для сварки некоторых пластмассовых деталей автомобиля
"Москвич".
Для сварки изделий из большинства термопластичных материалов Всесоюзным
научно-исследовательским институтом технологии машиностроения
разработана серия ультразвуковых сварочных аппаратов типа УЗАП, которые
применяются в различных областях промышленности. Эти аппараты производят
сварку внахлестку по всей плоскости касания сварочного инструмента.
Всесоюзном научно-исследовательским институтов электросварочного
оборудования (ВНИИЭСО) созданы ультразвуковые сварочные машины МТУ-0,4,
МТУ-0,4-3 МТУ-0,4-4, КТУ-1,5, АУС-1,5. Машина МТУ-0,4-4 пред! назначена
для сварки пластмасс и металлов. Она может быть использована при
изготовлении различных радиотехнических, электротехнических изделий
крупносерийного производства, например для сварки корпусов
микродвигателей, конденсаторов, аккумуляторов, магнитофон нов, кассет,
светильников, фильтров, игрушек.
Одним из основных атрибутов портняжной профессии до сих пор еще остается
иголка с ниткой. Но для соединения тончайших и ажурных, как паутинка,
тканей из капрона, нейлона, орлона, терилона нужны нитки, по сравнению с
которыми человеческий волос кажется канатом. При ультразвуковом шитье
нитки, естественно, не нужны. Безниточная швейная машина уже создана
Всесоюзным научно-исследовательским институтом легкого и текстильного
машиностроения. Внешне она мало чем отличается от обычной, но у нее
вместо иглы специальный наконечник, швея нажимает на педаль, включается
генератор ультразвука, и наконечник, излучая ультразвуковые волны,
проходит по ткани, успевая за считанные доли секунды надежно ее
скрепить. В зависимости от формы наконечника швы на изделиях могут быть
различных конфигураций. На этой машине можно сшить любое изделие из
синтетической ткани. Теперь работнице не нужно тратить время на
наматывание и обрез нитки, не понадобятся также сотни тысяч катушек и
миллионы километров ниток.
Ультразвуковые швейные машины открывают большие возможности для
автоматизации швейного производства. Немаловажно и другое преимущество
этого метода. Известно, что в пошивочном цехе швейной фабрики с обычной
технологией стоит непрерывный шум. А в таком же цехе с ультразвуковыми
машинами будет абсолютная тишина, если не считать шороха тканей.
"Звук, ультразвук, инфразвук" автор: И.Г. Хорбченко, Издательство
"Знание" Москва 1986 год.