Ультразвуковая сварка металлов: Ультразвуковая сварка металлов | Публикации Виндэк

Содержание

Ультразвуковая сварка металлов | Публикации Виндэк

Тарас Никифоров

Технический центр «Виндэк» (Россия, г. Подольск)

Владимир Гуреев

TELSONIC AG (Швейцария)

На мировом рынке только за последнее десятилетие объем продаж оборудования для ультразвуковой сварки увеличился в несколько раз, и эксперты пророчат ему дальнейший рост. Благодаря новым достижениям в разработке технологии данные сварочные системы позволяют решать уникальные задачи в электронной, электротехнической, автомобильной промышленности, а также при производстве аккумуляторов, конденсаторов, солнечных батарей и систем нагрева воды.

В наши дни ультразвуковая сварка металлов находит все более широкое применение и позиционируется чуть ли ни как инновационный продукт. Вместе с тем, мало кто знает, что данный метод был открыт еще в 30-40 годы прошлого столетия, причем, совершенно случайно. При подготовке поверхности алюминия к контактной сварке экспериментаторы, применившие для этой вспомогательной цели ультразвуковые колебания, неожиданно для себя отметили, что соединение металлических пластин происходит еще до пропускания через них сварочного тока. Вот так и было положено начало совершенно новому виду сварки.

Как работает?

Область применения такого метода соединения простирается в диапазоне от пластмасс до цветных металлов. Однако, независимо от свариваемых материалов, оборудование для ультразвуковой сварки традиционно состоит из высокочастотного генератора, блока управления, механической колебательной системы и привода давления.

Ультразвуковой генератор преобразует ток электрической сети в ток высокой частоты, который по получении сигнала с блока управления подается на пьезоэлементы колебательной системы. Преобразование колебаний электрического тока высокой частоты в механические и введение их в зону сварки обеспечивается механической колебательной системой. Последняя, в свою очередь, состоит из конвертера (преобразователь), бустера (усилитель) и волновода (сонотрод) и является главным узлом технологии ультразвуковой сварки.

Для доступности понимания сравним колебательную систему, обеспечивающую практическую реализацию метода, например, с автомобилем (Рис.2). Конвертер выступает в роли мотора, преобразовывая ток высокой частоты в механические колебания с соответствующей частотой. Далее бустер, действуя как коробка передач, изменяет амплитуду колебаний в зависимости от передаточного числа и переадресует их на волновод. Волновод, увеличивая при необходимости амплитуду механических колебаний высокой частоты, передает их непосредственно в зону сварки, приводя в движение верхнюю свариваемую деталь.

В основу работы пьезокерамического конвертера положен хорошо известный многим еще со школьной скамьи пьезоэлектрический эффект. При воздействии на пьезоэлемент переменного давления возникает переменное электрическое напряжение, а под воздействием переменного электрического поля возникают механические напряжения, которые вызывают упругие деформации материала в следствии чего пьезоэлемент начинает сжиматься и увеличиваться на определенную величину с частотой равной частоте тока.

Величина изменения размера пьезоэлемента соответствует амплитуде механических колебаний (Рис.3), которая зависит от мощности и конфигурации конвертера. Так, при частоте 20кГц амплитуда колебаний пьезокерамического конвектора, как правило, не превышает 10мкм. Однако, за счет увеличения амплитуды бустером и волноводом можно получить максимальную амплитуду в зоне сварки — до 70мкм. Для ультразвуковой сварки обычно используется частота от 20кГц и выше. Применение той или иной частоты зависит от материала и габаритов свариваемого изделия.

Применительно к реальным технологиям это явление может иметь очень положительный эффект. Вот и в процессе ультразвуковой сварки металлов колебательные движения волновода совместно с усилием прижатия передаются на верхнюю свариваемую деталь. Она по определению должна быть подвижной относительно нижней детали, прочно закрепленной на наковальне. В результате между деталями возникает трение с определенной частотой и амплитудой, способствующее их сращиванию между собой (Рис.4). Именно поэтому ультразвуковую сварку можно еще классифицировать, как механическую сварку трением с высокой частотой без ввода сварочного тока в зону сварки.

В процессе сварки микроскопические смещения деталей относительно друг друга вызывают стирание шероховатостей, разрушение оксидных пленок и возникновение узлов схватывания. При повышение температуры в зоне сварки, за счет трения и дальнейшей деформации свариваемых деталей, наблюдается повышение пластичности поверхностных слоев металла, вытеснение оксидных пленок и загрязнений из зоны сварки. Все это приводит к интенсивному разрастанию зон схватывания, диффузии одного материала в другой, локальному плавлению верхних атомарных слоев, появлению новых и стойких межатомных связей. Данные структурные изменения можно воочию наблюдать на фотографии микрошлифа покрытых серебром медных проводов, которые были сварены между собой при помощи ультразвука.

Плюсы применения

Ультразвуковая сварка металлов обладает уникальными технологическими свойствами, которые в практическом применении дают ей сто очков вперед на многих направлениях. Перечислим только главные из них.

Прежде всего, это возможность производить сварку без предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей и при весьма незначительном температурном воздействии, оказываемом непосредственно на них. Отсюда вытекает такое существенное преимущество ультразвуковой сварки, как умение накрепко и без печальных последствий соединять между собой термочувствительные элементы.

Более того, допустима сварка деталей разной толщины, а также разнородных металлов (медь-алюминий, алюминий-никель и др.). При ультразвуковой сварке достигаются отличные электрические свойства и незначительное переходное сопротивление.

Что очень даже существенно, прочность обеспечиваемых ультразвуком соединений приближается к 70% от прочности основного материала. Дополнительно следует отметить высокую скорость, экологическую чистоту и экономичность процесса.

Проверено практикой

Как уже было сказано, инновационная технология ультразвуковой сварки металлов благодаря своим особым свойствам находит все более широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Например, в автомобилестроении метод активно используется при соединении медных многожильных проводов жгутов электропроводки (Рис.6). В России данную технологию весьма успешно применяют, в частности, такие производители автокомпонентов, как Leoni Group, Prettl, ИВК, Завод радиоаппаратуры, ПТОО ОАО «АВТОВАЗ» и другие. Конкурентными преимуществами собственной продукции они во многом обязаны внедрению у себя ультразвуковой технологии. Так ультразвуковые системы TelsoSplice, выпускаемые швейцарской фирмой Telsonic AG, способны сваривать многожильные медные провода суммарным сечением от 0,5 до 45мм2. Также ультразвуковая сварка используется при производстве электромоторов и патронов для подушек безопасности.

Масштабное применение ультразвуковая сварка обрела в электронной и электротехнической промышленности. И ничего удивительного здесь нет. Ведь ультразвук умеет соединять как миниатюрные изделия, так и проводку большого суммарного сечения до 200мм. Впрочем, в последнем случае описываемые нами системы оснащаются генераторами мощностью в 10кВт и наделяются способностью оказывать усилие в 8000Н.

С помощью ультразвуковой технологии, например, на «Свердловском заводе трансформаторов тока» к медному контакту присоединяют многожильные провода. Тем же способом специалисты ОАО «Протвинский опытный завод «ПРОГРЕСС» приваривают многожильные медные провода к шинам электрических шкафов. Наглядной демонстрацией преимуществ ультразвуковой сварки можно назвать и ее применение в компании Bosch. В частности, там при изготовлении электродвигателей соединяют провода с контактами без снятия с них защитной эмали, что позволило полностью автоматизировать процесс сборки автомобильных электромоторчиков.Или еще примеры. Растущая потребность в солнечных батареях и системах нагрева воды повлекла за собой использование ультразвуковой шовной сварки металлов в процессе создания и такого рода устройств. Компания «Элеконд» применяет ультразвук в соединении алюминиевой фольги и контактов. Кстати будет сказать, что технология применима также и в изготовлении самой алюминиевой фольги. Но продолжим о применениях, так сказать, по прямому назначению.

При производстве литий-ионных аккумуляторов компания VARTA при помощи ультразвука сваривает между собой алюминиевую, медную и никелевую фольгу. На заводе им. Фрунзе при изготовлении предохранителей тем же способом сваривают медные и биметаллические пластины. ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, используя технологию ультразвуковой сварки, соединяет алюминиевую фольгу толщиной всего от 5мкм.

Примером уникальности метода и его нацеленности на решение сложных задач, недоступных другим технологиям, может служить и соединение медных проводников с контактами в керамической подложке (Рис. 8). Впрочем, как в оценке всего нового, не будем спешить с конечным выводом. В самом ближайшем будущем нам еще предстоит узнать, на что еще способна ультразвуковая сварка.

А о том, что это обозримая перспектива свидетельствует опыт уже упомянутой компании TELSONIC AG. Она выпускает прецизионные сварочные системы, способные работать как автономно, так и в составе автоматизированных линий. Причем, неустанно продолжает поиск новых применений. Официальным дилером этой компании в России является ООО «Технический центр «Виндэк» из подмосковного Подольска.

Подводя итог, следует сказать, что использование ультразвуковых технологий существенно облегчает получение требуемых характеристик сварного соединения и повышает эффективность производства.

Ультразвуковая сварка:оборудование, схема, технология

Метод ультразвуковой сварки был разработан в XX веке. Он предназначен для создания неразъемных соединений различных материалов. Для сваривания детали сдавливают друг с другом и подвергают воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковая сварка

Таким способом можно сваривать термопластик и большинство металлов. По сравнению с другими способами сварки, ультразвуковые установки отличаются простотой конструкции, а сам процесс — низкой себестоимостью и трудоемкостью.

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

  • нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
  • образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
  • затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

  • Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
  • Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
  • Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

  • односторонняя;
  • двусторонняя.

По методу движения волновода классифицируют:

  • Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
  • Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

  • по времени воздействия;
  • по величине осадки;
  • по величине зазора;
  • по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

  • Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
  • Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.
Схема точечной ультразвуковой сварки
Схема установки для роликовой сварки ультразвуком

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая

  • Подключают генератор ультразвука.
  • Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
  • Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
  • Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
  • В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
  • Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
  • Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.

Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:

  • не требуется защитная газовая среда;
  • нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
  • нет ограничений по форме деталей;
  • экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
  • небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
  • не требуются сварочные материалы;
  • высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
  • низкие затраты энергии.

Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Недостатки

Существуют у способа и минусы:

  • Размер заготовки ограничен 25-30 см. На больших расстояниях волны рассеиваются и поглощаются материалом.
  • Невозможность сварки деталей большой толщины.
  • Чувствительность к влажности.

Сочетание достоинств и недостатков метода позволяет применять его в самых различных производствах.

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения. Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться. Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Работа с металлическими деталями

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Прочностные характеристики шва достигают 70% от значений для исходного сплава.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:

  • высокая производительность;
  • низкая себестоимость операции;
  • герметичность швов на толстостенных заготовках;
  • отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
  • отсутствие перегрева;
  • отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
  • совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
  • универсальность по типам пластиков;
  • отсутствие расходных материалов и химикатов.
  • эстетичность и малозаметность шва.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:

  • Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
  • Сложность контроля качества шва.

Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

Для соединения пластмасс ультразвуком используется специализированное оборудование. Его основные компоненты следующие:

  • Рама, на которой закреплены все основные узлы и детали.
  • Блок питания.
  • Система управления.
  • Генератор ультразвука
  • Привод давления.
  • Преобразователь колебаний.
  • Сварочная головка.

В промышленных моделях существует также рабочий стол с механизмом подачи деталей.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки. К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники. Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:

  • точеное;
  • шовное;
  • шовно–шаговое.

Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Волновод

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва. Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения. Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:

  • Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
  • Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
  • Частота работы генератора.
  • Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
  • Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.

К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Выделение тепла при сварке ультразвуком

Тепло, выделяющееся при проведении сварочных работ, образуется вследствие пластических деформаций, а также механического трения свариваемых поверхностей. Температура нагрева не является неизменной, она определяется физико-механическими характеристиками: твердостью, теплоемкостью и теплопроводностью. Влияет также и пространственная конфигурация заготовок. Влияние этого тепла на протекание технологического процесса незначительно.

Возможности ультразвука

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва. В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации. Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Листовые и пленочные заготовки соединяют внахлест. Для заготовок в форме стрежней применяют тавровые швы.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:

  • соединяемые материалы должны быть пластичными;
  • их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
  • температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.
Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериалов
Использование ультразвуковой швейной машины

Технология проучила широкое распространение в следующих областях:

  • приборостроение;
  • электроника;
  • производство пластиковых оболочек;
  • выпуск пластмассовых изделий.

Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Ограничения

Основное ограничение, накладываемое на применимость технологии – это размер свариваемых заготовок. Он ограничен 25-30 см. Это обуславливается малой мощностью генератора и высоким затуханием и рассеянием ультразвуковых колебаний в твердой среде. При прямом увеличении мощности и амплитуды колебаний потребуется непропорциональное увеличение размеров установки и потребляемой мощности. Это сведет на нет все экономические преимущества метода.

Кроме того, материалы, свариваемые ультразвуком, должны иметь минимальную влажность, причем ка на поверхности, таки по всему объему. Если этого невозможно добиться, то следует использовать другие технологии.

Процесс ультразвуковой сварки металла

Использование сваривания ультразвуком не имеет экономического смысла и для толстостенных изделий.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка сваривает металл ультразвуковыми колебаниями, которые служат источником энергии. Такой сваркой можно варить не только металлы, но и неметаллические материалы. Применяется при шовной сварке, точечной и контурной. В этом случае применяют изгибные и продольные механические колебания. Ультразвуковая сварка сваривает металл ультразвуковыми колебаниями с частотой 20-60 кГц. Такие колебания создаются в результате подачи тока от ультразвукового генератора на обмотку магнитострикционного преобразователя, собранного из тонких пластин 0,1-0,2 мм. Материал этих пластин позволяет изменять свои геометрические размеры при воздействии переменного магнитного поля. Укорочению или удлинению магнитостриктора способствует направление магнитного поля вдоль пакета пластин, благодаря чему происходит преобразование высокочастотных электрических колебаний в механические колебания.

Ультразвуковой метод сварки

Ультразвуковой метод сварки включает в себя следующее:

  • свариваемые детали скрепляются под давлением;
  • подвергаются высокочастотному колебанию, происходит вибрация, которая вызывает напряжение в месте соединения;
  • вследствие такой состыковки на поверхности вырабатывается теплота, вырабатываемая трением, сила вектора вибрации к поверхности направлена под прямым углом;
  • высокочастотная электрическая энергия преобразуется в вертикально-механическое движение.

Высокочастотные колебания происходят при сухом трении частиц в свариваемых поверхностях, при котором разрушаются поверхностные пленки окислов. После этого начинается чистое трение, оно сильнее, образуются точки схватывания. Начинается образование зерен, принадлежащих двум поверхностям металлов, появляется общая граница.

Ультразвуковой метод сварки выполняется:

  • по рельефам;
  • внахлестку;
  • методом стыка плоского элемента с круглым;
  • путем раздавливания кромок;
  • многослойных деталей и пленок.

Амплитуда колебаний и механическая колебательная система являются очень важным технологическим параметром сварочной установки, так как они передают ультразвуковую энергию в свариваемую деталь. Для необходимой эффективной работы необходима амплитуда 30- 70 мкм.

Ультразвуковая сварка металла

Ультразвуковая сварка металла относится к одной из разновидностей полноценной сварки. Металлические кристаллы сближаются на атомное расстояние, что вызывает сильнейшее притяжение и прочное сварочное соединение без нагрева металла до температуры плавления. Такая сварка не требует припоя, соединительных проводников, последующий технологический этап очистки поверхности. Это экологически чистый способ соединения металла.

Преимущества ультразвуковой сварки металла:

  • не требуется очищать свариваемую поверхность, только от жира;
  • ограниченное, локальное нагревание;
  • доступна в трудных местах;
  • нет вредных выделений;
  • доли секунды от нагрева до сваривания;
  • свариваются очень тонкие листы до 0,001 мм.

Недостатки такой сварки:

  • диапазон толщин очень ограниченный;
  • дороговизна генераторов ультразвука;
  • дополнительное внешнее сжатие.

Технология ультразвуковой сварки: особенности, принцип действия, аппараты и оборудование

В данной статье мы разберем суть сварки ультразвуком (будем говорить преимущественно об ультразвуковой сварки металлов), рассмотрим особенности УЗ-микросварки, опишем принцип действия установок и аппаратов ультразвуковой сварки. 

Ультразвуковая сварка металлов

Технология ультразвуковой сварки представляет собой соединение деталей под воздействием ультразвуковых волн, которые преобразуются в механические колебания и вызывают пластическую деформацию плоскостей в месте их соприкосновения, одновременно разрушая оксидные пленки. Свойства металлов почти не изменяются. Установка ультразвуковой сварки состоит из следующих компонентов:

  • источник питания;
  • преобразователь;
  • сварочная головка;
  • волноводы.

Электричество преобразуется в звук высокой частоты, необходимый для сварки, головка обеспечивает сжатие рабочих деталей, волноводы передают энергию в ту точку, где сваривают поверхности.

Сфера промышленного применения данного вида сварки достаточно широка. Ее используют для соединения проволоки, фольги, термочувствительных материалов. Также используется при изготовлении мобильных телефонов, микросхем, оптических и других приборов. Современное автомобилестроение и производство звуковой техники также не обходится без сварки ультразвуковым способом. Данный метод ценят за высокую производительность, точность и прочность, а также за возможность сваривать различные сплавы, для которых обычная сварка недоступна.

Преимущества ультразвуковой сварки

Данный вид сварки широко используется и успел доказать многочисленные преимущества:

  • Отсутствие сильного нагревания позволяет сваривать даже те металлы, которые характеризуются химической активностью.
  • Сварка осуществляется с высокой скоростью.
  • Повышается прочность соединения разнородных материалов, которое при высокой температуре, сопровождающей обычную сварку, оказалось бы хрупким.
  • Устраняются технологические ограничения, касающиеся сварки алюминия или меди.
  • Толщина свариваемых ультразвуковым способом деталей не ограничена, они могут быть тонкими или даже сверхтонкими (например, фольга), причем толщина соединяемых сваркой элементов может различаться.
  • Требования к чистоте поверхностей при использовании ультразвука менее строги, чем при обычном способе сварки, допускается наличие оксидной или изоляционной пленки.
  • Сварочное усилие невелико, что позволяет избежать сильной деформации в зоне стыка.
  • Конструкция установки для УЗ сварки не отличается сложностью.

Экологическая безопасность и гигиеничность также относится к числу достоинств ультразвуковой технологии. Такая сварка требует меньших трудозатрат, ведь она может быть автоматизирована. Сварка ультразвуком не предполагает расходных материалов, что делает ее чрезвычайно экономичной.

Ультразвуковая микросварка

Одной из разновидностей ультразвуковой сварки является УЗ микросварка. Основная сфера ее применения – это микроэлектроника. Когда монтируются полупроводниковые кристаллы, между контактными площадками и выводами создаются проволочные или ленточные перемычки, которые обеспечивают электрическое соединение. Сваривать сверхтонкие детали можно только с помощью ультразвука, контролируя с помощью специальной установки его параметры:

  • мощность;
  • давление;
  • время воздействия.

Процесс сварки основан на взаимодействии электронов со смежными молекулами, соединение тончайшей проволоки происходит на уровне атомов методом диффузии. Современные аппараты для ультразвуковой микросварки позволяют максимально снизить трудоемкость процесса и расширить круг материалов, которые можно сваривать таким методом. Сварка с применением ультразвука используется не только для металлических деталей, но и для изделий из пластика при наложении точечных швов.

Установки ультразвуковой микросварки

 

Ультразвуковая сварка в микроэлектронике нашла широчайшее применение. В современном мире устройства, собранные по нанометровым техпроцессам, есть практически у каждого обывателя (например мобильный смартфон). Так, потребность в устройстве рабочего места специалиста-микросварщика становится очевидной, а необходимость в специализированном микросварочном оборудовании — все более насущной.

Разберем основные аппараты ультразвуковой микросварки.

  • Установка УМС-1АК предназначена для автоматической и полуавтоматической ультразвуковой и термозвуковой сварки золотой проволоки методом «шарик-клин» и алюминиевой, золотой проволоки методом «клин-клин». Управление автоматической установкой производится с помощью специализированной системы управления на базе персонального компьютера, позволяющая производить программирование до 100 технологических параметров: высота, длина, угол наклона перемычки и т. д.
    Установка оснащена системой машинного зрения для распознавания образов контактных площадок полупроводниковых приборов. Установка комплектуется ультразвуковым генератором с возможностью автоматической подстройки резонансной частоты в процессе сварочного импульса, при этом используются ультразвуковые пьезокерамические преобразователи с резонансной частотой 62 кГц; 108 кГц.
  • Аппарат ультразвуковой микросварки УМС-1УТ используется для ультразвуковой сварки внахлест алюминиевой и золотой проволоки «клин-клин». Установка комплектуется дополнительным ручным механическим приводом для опускания сварочной головки по оси Z с помощью – «ручки» с целью точного позиционирования сварочного электрода относительно контактной площадки и для оперативной коррекции уровня сварки с разновысотностью до 6 мм и глубиной «колодца» до 18 мм (при длине электрода 21мм, 3 мм остаются на закрепления электрода в ультразвуковом преобразователе).
  • Установка УМС-2ШК предназначена для автоматизированной термозвуковой сварки золотых проволочных выводов методом «шарик-клин», с дополнительным закреплением «клина» «шариком», с возможностью присоединения золотых шариков на контактные площадки (бампирование) и «внахлест» методом «клин-клин» Кроме того установка предназначена для автоматизированной ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки и сварки ленты.
  • Установка УЗ сварки УМС-21У используется для ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки диаметром от 100 мкм до 500 мкм внахлест методом «клин-клин». Установка изготавливается в двух вариантах: при сборке приборов проволокой диаметром от 100 до 350 мкм, отделение проволоки от второго сварного соединения происходит с помощью зажимных губок; при монтаже проволокой диаметром 400-500 мкм с обрезкой сварочной проволоки после второй сварки с помощью «ножа».
  • Установка сварки ультразвуком УМС-2ТКУ, предназначенная для точечного присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 15 до 50 мкм к контактным площадкам без корпусных диодов методом термокомпрессионной и термозвуковой микросварки (для проволочного монтажа гибридных интегральных микросхем).

Что такое ультразвуковая сварка металлов?

На данный момент существует около сотни самых разнообразных способов сварки металлов. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, особенности и сферы применения. Какие-то методы незаменимы на опасных объектах, а какие-то становятся основополагающими в практике домашних мастеров. Но существуют и такие способы сварки, о которых мы мало что слышим в силу узкого применения.

Один из таких способов — сварка ультразвуком. Ультразвуковая сварка нечасто на слуху, но она все же широко применяется при сварке микроэлектроники, проволоки, листового металла и прочих тонких или просто маленьких изделий. В этой статье мы подробно объясним, что такое ультразвуковая сварка и как работает данный метод соединения металлов.

Содержание статьи

Общая информация

Ультразвуковая сварка металлов — метод сварки, в основе которого лежит применение ультразвуковых колебательных волн. Широко применяется не только для сварки металлов, но и для соединения деталей из пластмассы, ткани, натуральной кожи. Также с помощью ультразвука вы сможете сварить стекло с металлом.  Вы можете комбинировать ультразвуковую сварку с точечной, контурной или шовной сваркой.

Интересный факт: в конце 60-х годов прошлого века с помощью ультразвуковой сварки был собран автомобиль, изготовленный из пластмассы. Именно благодаря ультразвуковому оборудованию этот проект удалось успешно завершить.

Читайте также: Ультразвуковая сварка пластмасс

Существуют даже специализированные приборы для ультразвуковой сварки. Например, большой популярностью пользуется ультразвуковая швейная машина для сварки полимеров (брезента или подобных изделий). Но про оборудование мы подробнее поговорим позже.

Технология

В работе применяется специальный ультразвуковой сварочный аппарат, который во включенном состоянии непрерывно генерирует ультразвуковые волны частотой от 18 до 180 кГц. При этом может выдавать мощность от 0,01 до 10 кВт. В итоге создаются высокочастотные колебания, которые генерируют тепло и в связке с высоким давлением сваривают детали. Дополнительно заготовка может нагреваться в месте сварки с помощью отдельного прибора, так соединение получается более качественным.


Это краткое описание. Подробное описание процесса сварки можно описать следующим образом: высокочастотные колебания сталкиваются с деталями и образуется сухое трение частиц. Если металл покрыт окисной пленкой, то под действием сухого трения она разрушается. После чего образуется чистое трение, во время которого металл плавится  и образуется сварочное соединение.

Ультразвуковая сварка металлов может выполняться с использованием самых разнообразных типов сварных соединений. Вы можете сварить две детали внахлест, раздавить кромки и сварить их, можете встык сварить круглую деталь с плоской, и так далее. Словом, возможности практически безграничны.

Достоинства и недостатки

У ультразвуковой сварки (как и у любого другого метода) есть достоинства и недостатки. Давайте рассмотрим их подробнее, чтобы вы могли понять, в каких целях стоит применять ультразвук, а в каких от этой идеи лучше отказаться.

Первое достоинство — отсутствие необходимости в тщательной подготовке металла под сварку. Единственное, что необходимо сделать — обезжирить поверхность. Все. Можно даже не удалять грязь или ржавчину. При других методах сварки подготовительный процесс отнимает много времени и сил, а вот с применением ультразвука эта проблема легко решается.

Второй плюс — местный нагрев. Металл нагревается только в том месте, где планируется сварное соединение. По этой причине исключены какие-либо деформации металла из-за избыточного нагрева. Это достоинство особенно заметно при сварке пластмассовых деталей.

Третий плюс — возможность варить даже в труднодоступных местах, при этом вся сварка производится очень быстро, ведь металл успевает нагреться менее чем за секунду. К тому же, вы без труда сварите очень тонкий металл. И говоря «тонкий» мы подразумеваем даже металлические листы толщиной не более 0,001 миллиметра. Впечатляет!

Но, поскольку наш материал объективен, мы расскажем и о недостатках. Учтите, что все они не так существенны.

Во-первых, в некоторых ситуациях все же приходится приобретать дорогие генераторы ультразвуковых волн, если бюджетные модели не справляются. Но, справедливости ради, случается это крайне редко. В нашей практике еще не было ни одного случая, когда бы недорогой ультразвуковой генератор не справился со своей работой.

Также иногда бывают ситуации, когда ультразвук не может сварить толстый металл. Эту проблему можно решить, если подбирать вогнутые детали. Они будут фокусировать ультразвук в зоне сварки и тем самым даже толстый металл быстро расплавится.

Оборудование

Раз уж мы дважды упомянули оборудование, остановимся подробнее на этой теме. Существует три типа аппаратов для ультразвуковой сварки:

  • Аппараты, выполняющие точечно-контурную сварку
  • Сварочники, выполняющие шовную или шовно-шаговую сварку
  • Мобильные (переносные) аппараты малой мощности, например, сварочные пистолеты.

При этом мощность аппарата может быть от 100 до 1500Вт, в зависимости от его цены, назначения и размеров.

На сварочных аппаратах, произведенных до конца 70-х, использовался магнитострикционный принцип генерации ультразвука. Но на данный момент такие аппараты не выпускаются, им на смену пришли установки, в которых ультразвук генерируется с помощью встроенного пьезоэлектрического преобразователя.

На данный момент такое оборудование производят многие страны Европы и мира, в том числе Россия. Качество отечественной продукции вполне приемлемо, особенно учитывая невысокую стоимость по сравнению с зарубежными конкурентами. Вообще производство ультразвуковых сварочных аппаратов началось еще в Советском союзе. Тогда такие аппараты в основном использовались для сварки микросхем. Сейчас же сфера применения стала куда шире.

Вместо заключения

Сварка ультразвуком незаменима при работе с маленькими и тонкими деталями, которые просто невозможно сварить вручную или с применением других технологий. Благодаря ультразвуку металл не деформируется и не растекается, а образует прочное соединение. Также сварка ультразвуком позволяет беспроблемно варить металлы, покрытые окисной пленкой. Например, алюминий, с которым у сварщиков обычно много проблем.

К тому же, оборудование для ультразвуковой сварки стоит не так уж дорого. Поэтому рекомендуем испробовать в своей практике этот метод соединения металлов. Если вы когда-либо выполняли ультразвуковую сварку своими руками, то расскажите об этом. Ваш опыт будет полезен для многих новичков. Желаем удачи в работе!

Ультразвуковая сварка металлов


Ультразвуковая сварка металлов

Тарас Никифоров

Технический центр «Виндэк» (Россия, г. Подольск)

Владимир Гуреев

TELSONIC AG (Швейцария)

На мировом рынке только за последнее десятилетие объем продаж оборудования для ультразвуковой сварки увеличился в несколько раз, и эксперты пророчат ему дальнейший рост. Благодаря новым достижениям в разработке технологии данные сварочные системы позволяют решать уникальные задачи в электронной, электротехнической, автомобильной промышленности, а также при производстве аккумуляторов, конденсаторов, солнечных батарей и систем нагрева воды.

В наши дни ультразвуковая сварка металлов находит все более широкое применение и позиционируется чуть ли ни как инновационный продукт. Вместе с тем, мало кто знает, что данный метод был открыт еще в 30-40 годы прошлого столетия, причем, совершенно случайно. При подготовке поверхности алюминия к контактной сварке экспериментаторы, применившие для этой вспомогательной цели ультразвуковые колебания, неожиданно для себя отметили, что соединение металлических пластин происходит еще до пропускания через них сварочного тока. Вот так и было положено начало совершенно новому виду сварки.

Как работает?

Область применения такого метода соединения простирается в диапазоне от пластмасс до цветных металлов. Однако, независимо от свариваемых материалов, оборудование для ультразвуковой сварки традиционно состоит из высокочастотного генератора, блока управления, механической колебательной системы и привода давления (Рис.1).

Ультразвуковой генератор преобразует ток электрической сети в ток высокой частоты, который по получении сигнала с блока управления подается на пьезоэлементы колебательной системы. Преобразование колебаний электрического тока высокой частоты в механические и введение их в зону сварки обеспечивается механической колебательной системой. Последняя, в свою очередь, состоит из конвертера (преобразователь), бустера (усилитель) и волновода (сонотрод) и является главным узлом технологии ультразвуковой сварки.

Для доступности понимания сравним колебательную систему, обеспечивающую практическую реализацию метода, например, с автомобилем (Рис.2). Конвертер выступает в роли мотора, преобразовывая ток высокой частоты в механические колебания с соответствующей частотой. Далее бустер, действуя как коробка передач, изменяет амплитуду колебаний в зависимости от передаточного числа и переадресует их на волновод. Волновод, увеличивая при необходимости амплитуду механических колебаний высокой частоты, передает их непосредственно в зону сварки, приводя в движение верхнюю свариваемую деталь.

В основу работы пьезокерамического конвертера положен хорошо известный многим еще со школьной скамьи пьезоэлектрический эффект. При воздействии на пьезоэлемент переменного давления возникает переменное электрическое напряжение, а под воздействием переменного электрического поля возникают механические напряжения, которые вызывают упругие деформации материала в следствии чего пьезоэлемент начинает сжиматься и увеличиваться на определенную величину с частотой равной частоте тока.

Величина изменения размера пьезоэлемента соответствует амплитуде механических колебаний (Рис.3), которая зависит от мощности и конфигурации конвертера. Так, при частоте 20кГц амплитуда колебаний пьезокерамического конвектора, как правило, не превышает 10мкм. Однако, за счет увеличения амплитуды бустером и волноводом можно получить максимальную амплитуду в зоне сварки — до 70мкм. Для ультразвуковой сварки обычно используется частота от 20кГц и выше. Применение той или иной частоты зависит от материала и габаритов свариваемого изделия.

Применительно к реальным технологиям это явление может иметь очень положительный эффект. Вот и в процессе ультразвуковой сварки металлов колебательные движения волновода совместно с усилием прижатия передаются на верхнюю свариваемую деталь. Она по определению должна быть подвижной относительно нижней детали, прочно закрепленной на наковальне. В результате между деталями возникает трение с определенной частотой и амплитудой, способствующее их сращиванию между собой (Рис.4). Именно поэтому ультразвуковую сварку можно еще классифицировать, как механическую сварку трением с высокой частотой без ввода сварочного тока в зону сварки.

В процессе сварки микроскопические смещения деталей относительно друг друга вызывают стирание шероховатостей, разрушение оксидных пленок и возникновение узлов схватывания. При повышение температуры в зоне сварки, за счет трения и дальнейшей деформации свариваемых деталей, наблюдается повышение пластичности поверхностных слоев металла, вытеснение оксидных пленок и загрязнений из зоны сварки. Все это приводит к интенсивному разрастанию зон схватывания, диффузии одного материала в другой, локальному плавлению верхних атомарных слоев, появлению новых и стойких межатомных связей. Данные структурные изменения можно воочию наблюдать на фотографии микрошлифа покрытых серебром медных проводов, которые были сварены между собой при помощи ультразвука (Рис.5).

Плюсы применения

Ультразвуковая сварка металлов обладает уникальными технологическими свойствами, которые в практическом применении дают ей сто очков вперед на многих направлениях. Перечислим только главные из них.

Прежде всего, это возможность производить сварку без предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей и при весьма незначительном температурном воздействии, оказываемом непосредственно на них. Отсюда вытекает такое существенное преимущество ультразвуковой сварки, как умение накрепко и без печальных последствий соединять между собой термочувствительные элементы.

Более того, допустима сварка деталей разной толщины, а также разнородных металлов (медь-алюминий, алюминий-никель и др.). При ультразвуковой сварке достигаются отличные электрические свойства и незначительное переходное сопротивление.

Что очень даже существенно, прочность обеспечиваемых ультразвуком соединений приближается к 70% от прочности основного материала. Дополнительно следует отметить высокую скорость, экологическую чистоту и экономичность процесса.

Проверено практикой

Как уже было сказано, инновационная технология ультразвуковой сварки металлов благодаря своим особым свойствам находит все более широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Например, в автомобилестроении метод активно используется при соединении медных многожильных проводов жгутов электропроводки (Рис.6). В России данную технологию весьма успешно применяют, в частности, такие производители автокомпонентов, как Leoni Group, Prettl, ИВК, Завод радиоаппаратуры, ПТОО ОАО «АВТОВАЗ» и другие. Конкурентными преимуществами собственной продукции они во многом обязаны внедрению у себя ультразвуковой технологии. Так ультразвуковые системы TelsoSplice, выпускаемые швейцарской фирмой Telsonic AG, способны сваривать многожильные медные провода суммарным сечением от 0,5 до 45мм2. Также ультразвуковая сварка используется при производстве электромоторов и патронов для подушек безопасности.

Масштабное применение ультразвуковая сварка обрела в электронной и электротехнической промышленности. И ничего удивительного здесь нет. Ведь ультразвук умеет соединять как миниатюрные изделия, так и проводку большого суммарного сечения до 200мм2 (Рис.7). Впрочем, в последнем случае описываемые нами системы оснащаются генераторами мощностью в 10кВт и наделяются способностью оказывать усилие в 8000Н.

С помощью ультразвуковой технологии, например, на «Свердловском заводе трансформаторов тока» к медному контакту присоединяют многожильные провода. Тем же способом специалисты ОАО «Протвинский опытный завод «ПРОГРЕСС» приваривают многожильные медные провода к шинам электрических шкафов. Наглядной демонстрацией преимуществ ультразвуковой сварки можно назвать и ее применение в компании Bosch. В частности, там при изготовлении электродвигателей соединяют провода с контактами без снятия с них защитной эмали, что позволило полностью автоматизировать процесс сборки автомобильных электромоторчиков.Или еще примеры. Растущая потребность в солнечных батареях и системах нагрева воды повлекла за собой использование ультразвуковой шовной сварки металлов в процессе создания и такого рода устройств. Компания «Элеконд» применяет ультразвук в соединении алюминиевой фольги и контактов. Кстати будет сказать, что технология применима также и в изготовлении самой алюминиевой фольги. Но продолжим о применениях, так сказать, по прямому назначению.

При производстве литий-ионных аккумуляторов компания VARTA при помощи ультразвука сваривает между собой алюминиевую, медную и никелевую фольгу. На заводе им. Фрунзе при изготовлении предохранителей тем же способом сваривают медные и биметаллические пластины. ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, используя технологию ультразвуковой сварки, соединяет алюминиевую фольгу толщиной всего от 5мкм.

Примером уникальности метода и его нацеленности на решение сложных задач, недоступных другим технологиям, может служить и соединение медных проводников с контактами в керамической подложке (Рис. 8). Впрочем, как в оценке всего нового, не будем спешить с конечным выводом. В самом ближайшем будущем нам еще предстоит узнать, на что еще способна ультразвуковая сварка.

А о том, что это обозримая перспектива свидетельствует опыт уже упомянутой компании TELSONIC AG. Она выпускает прецизионные сварочные системы, способные работать как автономно, так и в составе автоматизированных линий. Причем, неустанно продолжает поиск новых применений. Официальным дилером этой компании в России является ООО «Технический центр «Виндэк» из подмосковного Подольска.

Подводя итог, следует сказать, что использование ультразвуковых технологий существенно облегчает получение требуемых характеристик сварного соединения и повышает эффективность производства.

windeq.ru

Технология и оборудование ультразвуковой сварки металлов (1часть)

Ультразвук находит широкое применение в науке для исследования некоторых физических явлений и свойств веществ. В технике ультразвуковые колебания используют для обработки металлов и в дефектоскопии.

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 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 снижает или снимает собственные напряжения и деформации, возникающие при сварке. Им можно стабилизировать структурные составляющие металла сварного соединения, устраняя возможность самопроизвольного деформирования сварных конструкций со временем.

В качестве источника энергии при сварке металлов ультразвук еще не нашел широкого применения, хотя этот способ имеет ряд преимуществ и особенностей по сравнению с контактной и холодной сваркой.

При сварке ультразвуком неразъемное соединение металлов образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. В принципе этот метод сварки имеет много общего с холодной сваркой сдвигом.

Для получения механических колебаний высокой частоты обычно используется магнитострикционный эффект, состоящий в изменении размеров, некоторых металлов и сплавов под действием переменного магнитного поля. Для ультразвуковых преобразователей обычно используют чистый никель или железо-кобальтовые сплавы. Изменения размеров магнитострикционных материалов очень малы: так, для никеля магнитострикционное удлинение составляет 40-10-6. Поэтому для увеличения амплитуды смещения и концентрации энергии колебаний, а также Для передачи механических колебаний к месту сварки используют волноводы или концентраторы, которые в большинстве случаев имеют сужающуюся форму.

Эксперименты показывают, что для сварки металлов достаточно иметь волноводы с коэффициентом усиления около 5, при этом амплитуда на конце волновода при холостом ходе должна быть 20—30 мкм. Магнитострикционный преобразователь и волноводы должны быть рассчитаны и изготовлены на заданную частоту ультразвукового генератора.

Основной узел машины для выполнения точечных соединений с помощью ультразвука — магнитострикционный преобразователь (рис. 8).

Рис.8. Схема установки для точечной сварки ультразвуком:1—магнитострикционный преобразователь;2— диафрагма;3 — механизм нажатия;4 — выступ;5 — маятниковая опора;6 — волновод;7 — кожух водяного охлаждения;8 — изделие

Его обмотка питается током высокой частоты от ультразвукового генератора. Охлаждаемый водой магнитострикционный преобразователь 1 изготовлен из пермендюра (К49Ф2), он служит для превращения энергии тока высокой частоты в механические колебания, которые передаются волноводу 6. На конце волновода имеется рабочий выступ 4. При сварке изделие 8 зажимают между рабочим выступом 4 и механизмом нажатия 3, к которому прикладывают усилие, необходимое для создания давления в процессе сварки.

Сварка происходит при включенном преобразователе. Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод на рабочий выступ 4 в виде горизонтальных механических перемещений высокой частоты. Длительность процесса сварки зависит от свариваемого металла и его толщины, для малых толщин она исчисляется долями секунды.

Основные узлы машины для выполнения шовных соединений при помощи ультразвука (рис. 9): вращающийся магнитострикционный преобразователь 1 н волновод 2. Конец волновода имеет форму ролика 3. Изделие 5, подлежащее соединению, зажимают между вращающимся роликом 3 волновода и холостым роликом 4, Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод на ролик, который вращается вместе с волноводом.

Рис.9.Схема установки для роликовой сварки ультразвуком:1—магнитострикционный преобразователь; 2 — волновод; 3 — сваривающий ролик;4 — прижимной ролик; 5 — изделие; 6 — кожух преобразователя; 7 — подвод тока от ультразвукового генератора;8 — привод; 9 — подвод охлаждающей воды

Изделие, зажатое между роликами, перемещается, и одновременно создается герметичное соединение.

Сварка по контуру, разработанная в МВТУ — МЭИ, обеспечивает получение герметичного шва практически самого сложного контура. Простейший ее вид — сварка по кольцу. В этом случае конический штифт, вставляемый в волновод, имеет форму трубки (рис. 10). При равномерном поджатии деталей к сваривающему штифту получается герметичное соединение по всему контуру.

Процесс ультразвуковой сварки происходит при воздействии сдвигающих высокочастотных колебаний, давления, приложенного перпендикулярно к поверхности листа, и теплового эффекта, сопровождающего процесс сварки. В результате в зоне сварной точки наблюдается небольшая пластическая деформация.

Исследование процесса образования сварного соединения при ультразвуковой сварке медных пластин толщиной 0,35 + 0,35 мм показывает, что при малом времени пропускания ультразвука (менее 0,05 с) сварка не происходит.

Рис.10.Схема установки для ультразвуковой сварки по контуру:1— волновод;2 — сменный полый штифт; 3 — сменный прижимной штифт; 4 — прижимная опора; 5 — свариваемое изделие

Рис.11. Макроструктура мест разрушения сварных соединений меди после различной продолжительности пропускания ультразвука. Х16

После разъединения образцов на их поверхности непосредственно под сваривающим выступом наблюдается пятно, имеющее полированную поверхность (рис. 11, а). Диаметр полированного пятна возрастает при увеличении времени сварки (рис. 11, а—д). При пропускании ультразвука в течение 0,1 с в местах контакта обнаруживаются не только зашлифованные поверхности, но и вы- рывы металла, свидетельствующие об образовании прочных соединений, так называемых узлов схватывания. На рис. 11, б виден один узел схватывания на зашлифованной поверхности.

Пропускание ультразвука в течение 0,73 с привело к дальнейшему увеличению площади зашлифованного пятна, при этом площадь узла схватывания также возросла. Вокруг основного узла схватывания возникли отдельные небольшие участки схватывания, удлиненные в направлении ультразвуковых колебаний. С увеличением времени пропускания ультразвука более 0,73 с площадь зашлифованного участка почти не изменяется (рис. 11, г, д), но площадь узлов схватывания начинает увеличиваться более интенсивно. При пропускании ультразвука свыше 1,06 с происходит разрушение сварного соединения с вырывом точки по всему контуру.

Проведенные измерения микротвердости поверхности зашлифованного пятна и основного металла вблизи пятна показали, что микротвердость поверхностного слоя зашлифованного пятна выше (Н50 42—44), чем у основного металла (Н50 28—30). Образование полированного пятна на свариваемых поверхностях указывает на то, что оно возникло вследствие трения под действием высокочастотных колебаний соприкасающихся поверхностей непосредственно под контактным выступом.

Таким образом, процесс ультразвуковой сварки происходит под действием трения, вызванного микроскопическим возвратно-поступательным перемещением трущихся поверхностей.

www.prosvarky.ru

Ультразвуковая сварка металлов и пластмасс

Ультразвуковая сварка металлов и пластмасс  – эта еще одна разновидность классической сварки давлением. Данный технологический процесс основан на сжимании двух заготовок, свариваемые кромки (плоскости) которых вибрируют (смещаются в тангенциальном направлении) с ультразвуковыми (до 40 КГц) частотами.

В итоге, при контакте «деталь в деталь», на кромках шва возникает пластическая деформация, перетекающая в объединение кристаллических решеток или полимерных цепочек стыкуемых элементов.

В данной статье мы разберем процесс ультразвуковой сварки с физической и технологической точки зрения. Кроме того, на этой странице вы сможете найти описание типового оборудования, необходимого для сварки заготовок ультразвуковыми колебаниями. А в завершении мы разберем технологические приемы реализации этого процесса.

Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов: суть процесса

Процесс ультразвуковой сварки основан на совмещении тангенциальных колебаний и вертикальной нагрузки в зоне контакта двух деталей.

В результате такого воздействия истираются микронеровности, покрывающие контактные поверхности, и разрушается оксидная пленка.

Кроме того, возникает эффект перетекания кинетической энергии возвратно-поступательных колебаний в тепловое излучение, расплавляющее поверхностные слои деталей. И в этих условиях, даже относительно небольшая вертикальная нагрузка приводит к образованию межкристаллических (у металла) или межмолекулярных (у полимера) связей, скрепляющих соединяемые детали.

Таким образом, все установки ультразвуковой сварки функционируют на основе термомеханической технологии получения неразъемного соединения. Причем такие аппараты не нуждаются во внешнем нагреве. Выделяемой при трении деталей энергии вполне достаточно для образования новых межатомных или межмолекулярных связей.

Где используют ультразвуковую сварку?

Ввиду дороговизны оборудования классическое применение ультразвуковой сварки – монтаж элементов металлоконструкций – было бы экономически неоправданным. Однако с помощью этой технологии удается сваривать не только металлы, но и полимеры, и даже органические соединения.

Поэтому ультразвуковая технология используется в приборостроении, электронике и прочих отраслях, где есть спрос на эффективные способы сопряжение металлических и неметаллических элементов.

Кроме того, ультразвуковой способ подходит и для сварки материалов с чрезвычайно прочной оксидной пленкой. Хороший пример такого случая — ультразвуковая сварка алюминия, покрытого тугоплавким оксидом (температура плавления более 2000 градусов Цельсия). В данном случае ультразвуковые аппараты действуют более эффективно, чем классическая аргонодуговая технология.

А еще, существует особая технология ультразвуковой сварки костной ткани, использующая в качестве присадочного материала эфир цианакриловой кислоты. Введенный в разлом кости циакрин твердеет под действием ультразвука и образует высокопрочный шов между обломками органической ткани.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Работающая на ультразвуке сварочная установка состоит из следующих блоков:

  • Генератора ультразвуковых колебаний, формирующего переменное электромагнитное поле, частота которого выходит за пределы 20 КГц.
  • Вибратора, трансформирующего волновые колебания в механическую вибрацию. Вибратор состоит из пакета пластин (толщиной не более десятой части миллиметра), изготовленных их особого материала, который меняет линейные габариты под действием магнитного поля. В итоге, магнитное поле, передаваемое от генератора на пластины, то удлиняет, то укорачивает их размер и электромагнитная волна перетекает в механическую вибрацию.
  • Вибратор соединяется волноводом конической или цилиндрической формы, который транслирует механическую вибрацию на поверхность внешней детали. Причем конический волновод работает еще и как резонатор, усиливая амплитуду и повышая эффективность процесса.

Помимо указанных блоков в конструкцию аппарата входит еще и  особый сварочный стол, на котором покоятся соединяемые детали. Причем аппарат ультразвуковой сварки транслирует  вибрацию на внешнюю деталь в продольном, продольно-поперечном или  в продольно-вертикальном направлении. Кроме того, возможно и взаимное кручение стыкуемых элементов.

В завершении описания оборудования следует отметить, что стыкуемые детали попадают на рабочий стол аппарата в следующей последовательности: вниз укладывают толстую деталь, на которую помещают тонкую заготовку. Соотношение толщины верхней и нижней заготовок может достигать значения 1/1000.

Технологические приемы сварки ультразвуком

В процессе сварки ультразвуком используют следующие варианты стыковки деталей:

  • Сопряжение внахлест, когда поверх одной плоской заготовки укладывают аналогичную.
  • Сопряжение по рельефу, когда нижняя плита соприкасается с рельефной поверхностью верхней детали.
  • Сопряжение по кромкам, когда торцы изделий либо накладываются друг на друга, либо стыкуются под углом.
  • Сопряжение «крест-накрест» и тавровое сопряжение, когда два прутка накладываются внахлест, при несовпадении осей стыкуемых деталей, или когда торец прутка стыкуют с плоскостью.
  • Многослойное сопряжение, когда стыкуют больше двух заготовок.

Кроме того, существует и схема параллельной сварки двух прутков (вдоль оси), прутка и плоскости.

Указанные варианты соединения реализуются за счет трансляции колебаний в продольном (внахлест, рельеф), продольно-поперечном (встык под углом) или крутящем направлении (тавровое или прямое стыковое направление).

steelguide.ru

Технология и оборудование ультразвуковой сварки металлов (4часть)

Установки типа УЗС (рис. 16) и УЗС-2 предназначены для присоединения круглых (диаметром 0,03—0,1) и плоских проводников толщиной до 0,1 мм из пластичных металлов (золота, алюминия) к тонким золотым, алюминиевым и медным пленкам, напыленным на диэлектрические подложки. Установки комплектуются ламповыми ультразвуковыми генераторами.

Полуавтомат МС41П2-1 предназначен для соединения деталей микросхем в круглом и плоском корпусах ультразвуковой сваркой золотыми и алюминиевыми проводниками диаметром 20—25 мкм. Высокая производительность станка (до 800 сварок в час) обеспечивается автоматической подачей и обрывом проволоки. В полуавтомате для повышения стабильности прочностных показателей использован сопутствующий подогрев. Полуавтомат состоит из следующих узлов: сварочной головки, кассеты с проволокой, ультразвукового генератора, блока регулирования температуры подогрева, манипулятора и микроскопа МБС-2.

Электрическая схема управления машиной выполнена на транзисторных конических элементах с бесконтактной коммутацией цепей. Ультразвуковой генератор на транзисторах имеет автоматическую подстройку частоты, чем достигается стабильность амплитуды колебания сварочного инструмента. Кинематическая схема полуавтомата МС41П2-1 приведена на рис. 17.

Корпус сварочной головки 1 может перемещаться вертикально в направляющих. Ее подъем и опускание осуществляются кулачком 2. В установленном положении сварочная головка фиксируется стопором. Механическая колебательная система 6 укреплена в корпусе на оси 5. Поворот системы достигается с помощью кронштейна 8 от кулачка 12, который поворачивается от перемещения тяги 13 при нажатии на педаль 14. Обратный ход кулачка происходит под действием пружины 12. Начальное положение сварочного наконечника 7 относительно свариваемой детали регулируют перемещением ползуна 9 с роликом 10 в пазу кронштейна 8. Усилие сжатия регулируют ручкой 3 механизма 4 давления.

Установка для ультразвуковой сварки с импульсным косвенным нагревом УЗСКН-I (рис. 18) предназначена для изготовления полупроводниковых приборов, тонкопленочных и полупроводниковых интегральных схем.

Рис. 16. Установка УЗС

Рис.17.Кинематическая схема полуавтомата МС41П2-1

В установке использован комбинированный цикл — ультразвуковая сварка в сочетании с импульсным косвенным нагревом. Установка предусматривает возможность сварки как комбинированным циклом с любой последовательностью импульсов ультразвука и нагрева и с разной длительностью смещения моментов их включения, так и сварке только ультразвуком или только косвенным нагревом. Свариваемые элементы нагреваются за счет теплопередачи от сварочного инструмента (пуансона), нагреваемого импульсом проходящего через него тока промышленной частоты (50 Гц).

Для осуществления токоподвода к сварочному инструменту применена конструкция «расщепленного» преобразователя ультразвуковых колебаний, в котором волновод разрезан на две равные части, между которыми расположен тонкий слой изоляции (рис. 19). Сварочный инструмент в виде V-образной иглы вставляется в отверстие на рабочем конце «расщепленного» волновода между его обеими частями и стягивается винтом для обеспечения хорошего акустического и электрического контакта.

На установке УЗСКН-1 можно приваривать круглые (диаметром 0,03—0,1 мм) и плоские (толщиной до 0,05 мм) проводники из алюминия, золота, меди к контактным площадкам из золота, алюминия, меди, тантала, никеля, напыленные на диэлектрические полупроводниковые подложки.

Опыт эксплуатации сварочных ультразвуковых установок показал, что этот метод наиболее перспективный в микроэлектронике, так как обеспечиваем получение высоконадежных соединений, исключает общий разогрев изделия, позволяет соединять трудносвариваемые обычными методами сочетания материалов и т. п.

ВНИИЭСО разработан ряд ультразвуковых сварочных машин типа КТУ и МТУ (табл. 7). Акустический узел (рис. 20) этой серии машин состоит из резонирующего стержня со сварочным наконечником 1, концентратора с магнитострикционным преобразователем 2 с обмоткой. Диаметр контактной площади наконечника определяется технологическими требованиями к сварной точке.

Рис.18.Установка для ультразвуковой сварки с импульсным косвенным нагревом УЗСКН-1

Рис.19.Преобразователь ультразвуковых колебаний к установке УЗСКН-1

Рис.20. Акустический узел машины МТУ-0,4

Технические характеристики машин типа МТУ и КТУ

Показатели

МТУ-0,4

МТУ-1,5

КТУ-1,5

МТУ-4

Мощность, кВт

0,4

1,5

1,5

4,0

Частота, кГц

22,0

22,0

22,0

18,0

Усилие сжатия, кгс

6—60

15—150

15—120

50—550

Толщина свариваемых металлов (медь), мм

0,01—0,2

0,1—0,5

0,1—0,5

0,3—1,2

Масса машины, кг

76

82

80

105

Примечание.Производительность машин до 60 точек в минуту.

Сварочный наконечник изготовлен из высоколегированной стали, применение которой исключает налипание свариваемых металлов (медь, алюминий) на наконечник и не требует зачистки даже после сварки 5—20 тыс. точек. Усилие сжатия свариваемых деталей создается приводом давления. Акустический узел в горизонтальном направлении может перемещаться специальным приводом.

Принцип построения механической колебательной системы сварочной головки ультразвуковых сварочных клещей КТУ-1,5 (рис. 21) аналогичен системе, принятой в сварочных ультразвуковых машинах.

Имеющийся опыт применения сварки ультразвуком выявил следующие преимущества этого способа:

Рис.21. Сварочная головка клещей КТУ-1,5

Рис.22. Медные проводники диаметром 0,3 мм, покрытые лаковой изоляцией, приваренные с помощью ультразвука к клеммной колодке

1. Сварка ультразвуком происходит в твердом состоянии без существенного нагрева места сварки, что позволяет соединять химически активные металлы или пары металлов, склонные образовывать хрупкие интерметаллические соединения в зоне сварки.

2. Возможны соединения тонких и ультратонких деталей, приварка тонких листов и фольги к деталям неограниченной толщины, сварка пакетов из фольги.

3. Снижены требования к чистоте свариваемых поверхностей, в связи с чем возможна сварка плакированных и оксидированных поверхностей и вообще сварка металлических изделий, поверхности которых покрыты различными изоляционными пленками.

4. Небольшие сдавливающие усилия (10—250 кгс 98—2450 Н) вызывают незначительную деформацию поверхности деталей в месте их соединения (вмятина, как правило, не превышает 5—10%).

5. Применяется оборудование малой мощности и несложной конструкции (если, например, для контактной точечной сварки алюминия толщиной 1 мм необходима машина мощностью 100—150 кВА, то при сварке ультразвуком аналогичного соединения — всего 5—2,5 кВА).

Ультразвуковая сварка нашла достаточно широкое применение для соединения тонких деталей из однородных и разнородных материалов в приборостроении и радиоэлектронной промышленности.

Рис.23. Контакты, приваренные к контактным пружинам с помощью ультразвука

Рис.24.Сварные корпусы приборов типа П6

www.prosvarky.ru

Технология ультразвуковой сварки

Одним из эффективных способов сварки конструкций из разных твердых материалов является способ соединения под действием ультразвуковых колебаний. Он позволяет сваривать не только однородные материалы, но и отличные по составу сплавы. Это достигается посредством подачи в область сварки механической колебательной энергии.


Ультразвуковую сварку металлов проводят под действием стержневой системы колебаний. В составе ее оборудования – концентратор ультразвука, оснащенный сварочным наконечником, и преобразователь резонанса. Детали, подвергаемые сварке, сжимают с силой, зависящей от разновидностей соединяемых изделий и их толщин. Этот способ применяется в сооружениях несущих конструкций авиации, автомобильной и некоторых других отраслей промышленного производства. Он актуален для металлов, склонных к образованию хрупких соединений, а также в приварке тонколистных обшивок.


Ультразвуковая сварка – уникальный способ получения соединений. Его главной отличительной особенностью считается возможность соединять материалы с минимумом переходов сопротивления электричества. Причем он не требует специальной обработки поверхностей заготовок перед сваркой, не нужно очищать их от лаков и пленочных оксидов. Еще при использовании ультразвука возможно соединение изделий с толщинами, в сотни раз большими, чем у других способов сварки.

 

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

 

Наиболее широкий спектр использования у ультразвуковой сварки полимеров. К ее достоинствам следует отнести невозможность перегрева материалов, способность соединять кромки в местах с трудным доступом и изделий, имеющих инородные покрытия. Помимо этого сварка ультразвуком способствует обработке материалов, обладающие небольшим интервалом в ходе кристаллизации.


Принцип работы оборудования для ультразвуковой сварки пленок полимеров следующий. Свариваемые листы накладываются друг на друга и сильно прижимаются к опоре. К ним с требуемым усилием подводится сварочный инструмент, имеющий соединение с устройством преобразования ультразвука. Оно приводится к действию с включением генератора. От напряжения, действующего с частотой ультразвука, растет полимерная эластичность. Причем в сварке тонколистных пленок она распространяется на весь объем детали между опорой и инструментом, а у изделий с большими толщинами – только на зону контакта свариваемых кромок. Для лучшего сцепления при соединеии крупных заготовок на их кромки могут специально наноситься неровности.

 

 

В начале ультразвуковой сварки пластмасс происходит физическое взаимодействие поверхностей с активацией молекул полимера из-за разрывания химических связей. Следующим этапом служит химическое реагирование свариваемых материалов между собой, которое переходит впоследствии во взаимное проникновение. Деформации полимерных материалов под действием частоты ультразвуках провоцируют их нагревание до температуры, необходимой для кристаллического расплавления либо перехода пластмассы в вязкотекучее состояние. Одновременно начинается диффузный процесс отдельных частей макромолекулы с перемешиванием вязкотекучих составов соединяемых полимеров. Свариваемость материала определяется размерами таких частей, чем они больше, тем лучше качество сварного шва. Прочность получаемого соединения определяется как физико-механическими характеристиками объектов сварки, так и возможностями аппарата ультразвуковой сварки.


Необходимые предпосылки для формирования качественного сварного шва создаются под действием механики колебаний ультразвукового преобразователя. Полученная таким образом энергия вибрации образует напряжения среза и сжатия (растяжения), которые способствуют превышению предельной упругости полимеров. При ее достижении, в районе соприкосновения соединяемых пластмасс образуется пластическая деформация. Ее результатом, а также влияния ультразвуковых колебаний, служит расширение областей непосредственного контакта с одновременным удалением с них газов, поверхностных окислов, органических и жидкостных пленок. Все это содействует прочности образуемого шва.

 

Основные области применения ультразвуковой сварки

 

Использование установок ультразвуковой сварки в промышленном производстве позволяет производить соединение довольно тонких листов, проволок и фольги. Это особенно актуально при сваривании материалов разного состава. Изготовление полупроводниковых приборов, элементов микроэлектроники, тонкой механики, оптики, нагревателей бытовой техники невозможно без использования свари ультразвуком. Также этот способ незаменим при сращении краев рулонов тонких медных, никелевых и алюминиевых листов.

 

 

 


Уникальные возможности технологии ультразвуковой сварки способствуют соединению пластичных металлов типа золота, никеля, меди, серебра, алюминия друг с другом и менее пластичными или твердыми материалами. Так, металлические элементы могут привариваться к керамическим, стеклянным и полупроводниковым изделиям. Не менее ценна сварка ультразвуком по отношению тугоплавких металлов, например вольфрама, циркония и ниобия. Данный метод позволяет соединять две металлические детали через прослойку, которая может содержать третий металл. Например, два стальных изделия можно сварить через алюминиевую прослойку. Технология соединения металлов, имеющих покрытие различными оксидами, лаками либо полимерами, получила большое распространение в ультразвуковой сварке проводов.

 

 

Чаще всего этот вид сварки применяют в нахлесточных соединениях с разной конструкцией его составляющих. Операция сварки производится беспрерывными или выполненными по замкнутым контурам швами, одной либо несколькими точками. Реже осуществляют соединения тавровым способом, например, проволоки и плоскости. Для этого осбой формовке подвергают конец проволочной части изделия. Также возможно применение ультразвукового способа для одномоментной сварки пакета из нескольких деталей.


Краткий период пребывания материала в условиях высоких температур способствует производству соединений высокого качества для металлов, способных образовывать интерметаллиды. Загрязняясь посторонними включениями в ходе сварки, материалы могут изменять свои свойства. В отличие от других способов, высокая химическая однородность соединения ультразвуком сообщает свариваемому материалу хорошие гигиенические качества, что широко используется при ультразвуковой сварке тканей.

 

 

Но при всех своих достоинствах, сварка ультразвуком имеет определенные сложности. Так, на практике бывает трудно контролировать колебательную амплитуду – один из важнейших показателей этого процесса. Применяя этот вид сварки, необходимо учесть вероятность усталостного разрушения полученного шва и то, что заготовки во время работы способны менять свое положение относительно друг друга. На размягченных поверхностях деталей инструменты могут оставлять вмятины. Известны случаи приваривания материала заготовки к оборудованию, что способствует его быстрому изнашиванию. Имеются определенные сложности в ремонте ультразвуковых установок, так как они являются частью неразборной конструкции, конфигурации и габариты которой строго рассчитываются.

 

 

О наших сварочных аппаратах — Sonobond Ultrasonics

Более 60 лет инноваций и лидерства

Компания Sonobond Ultrasonics (тогда известная как Aeroprojects) изобрела ультразвуковую сварку металлов в 1960 году. Система Ведж-Рид. С тех пор компания продолжает лидировать в отрасли, разрабатывая инновационное оборудование для ультразвуковой сварки цветных металлов.

Аппараты для ультразвуковой сварки металлов Sonobond создают прочные, точные, высокопроводящие твердотельные соединения без использования тепла, тока или расходных материалов.Наша система Wedge-Reed достигает этого за счет создания высокочастотной вибрации, в то время как сварное изделие находится под умеренно высоким усилием зажима. Система устраняет напряжение изгиба, вызванное другими ультразвуковыми сварочными аппаратами, обеспечивает более прочные сварные швы, чем обжимные или паяные системы, и устраняет металлургические дефекты, возникающие при сварке плавлением. Он также уникальным образом соединяет оксидированные или луженые металлы – всего за один импульс и без предварительной очистки. Никакой другой ультразвуковой сварочный аппарат не имеет такой возможности.

Щелкните здесь, чтобы загрузить бесплатную грунтовку для ультразвуковой сварки металлов Sonobond. Он содержит подробное объяснение процесса и принципов ультразвуковой сварки металлов, а также полезную информацию об оборудовании и областях применения.

Уникальная система соединения Sonobond «Wedge-Reed»

Аппараты для точечной сварки металлов Sonobond имеют важное преимущество перед другими типами оборудования для ультразвуковой сварки металлов, поскольку они используют уникальную запатентованную систему соединения Wedge-Reed.

Эта система обеспечивает максимальную эффективность сварки металлов за счет сочетания низкой амплитуды вибрации и высокой вибрационной силы. Надежность обеспечивается использованием сдвиговой вибрации, параллельной поверхности сварки. Напряжение изгиба устраняется за счет размещения силовой линии непосредственно над поверхностью сварки.

Этот метод склеивания позволяет соединять тонкие материалы с тонкими или тонкими с толстыми, включая соединения разнородных металлов. Он обеспечивает соединения с хорошей тепло- и электропроводностью при сварке большинства оксидов и луженых металлов.Никакого специального процесса очистки не требуется.

Щелкните здесь, чтобы загрузить бесплатное сравнение систем ультразвуковой сварки металлов от Sonobond. Этот технический паспорт содержит подробное описание двух систем, используемых для ультразвуковой сварки металлов — запатентованной системы Wedge-Reed компании Sonobond и системы бокового привода наших конкурентов. Сравнение конструкции и работы обеих систем; их возможности, амплитуда и силовые различия; а также важность системы согласования и импеданса нагрузки.

 

Ресурсы по ультразвуковой сварке металлов

Загрузите бесплатную копию «Ультразвуковая сварка металлов: УЧЕБНИК». Наш 15-страничный буклет охватывает такие темы, как оборудование, области применения, принципы работы и процедуры, связанные с этим быстрым, надежным твердотельным процессом.

Загрузите бесплатный обзор пяти самых популярных сварочных аппаратов для металлов.

 

Загрузите бесплатную копию «Сравнение систем ультразвуковой сварки с клиновидным и боковым приводом».» Система Wedge-Reed для ультразвуковой сварки металлов основана на инженерных соглашениях, которые обеспечивают УНИКАЛЬНУЮ возможность сварки луженых и оксидированных проводов и наконечников. фотографии приложений и отзывы

Загрузите бесплатную копию нашего PowerPoint «Ультразвуковая точечная сварка металлов» для технического резюме, фотографий приложений и отзывов Версия в формате PDF также доступна для загрузки.

Загрузите нашу бесплатную копию презентации PowerPoint под названием «Сборка аккумуляторов для электромобилей, зарядных станций и систем хранения энергии».

«Почему система ультразвуковой сварки металлов Sonobond превосходит системы конкурентов?»

Загрузите нашу бесплатную брошюру под названием «Ультразвук для металлов». В нем содержится подробная информация об опыте, оборудовании и возможностях Sonobond в области ультразвуковой сварки металлов, а также о важных преимуществах нашей запатентованной системы Wedge-Reed.

Широкий спектр важных областей применения

Ультразвуковые сварочные аппараты Sonobond используются для сварки многожильных проводов между проводами и проводами с клеммами, например, в жгутах электрических проводов и сборных шинах.

Применяются для сварки выводов литий-ионных аккумуляторов, конденсаторов с фольгой, тонкой алюминиевой или медной фольги, электрических контактов. Они играют важную роль в производстве предохранителей/автоматических выключателей, модулей зажигания, стартеров и фотогальванических панелей.Ультразвуковые сварочные аппараты Sonobond также часто используются для закрытия труб ОВКВ, заменяя методы обжима и пайки.

Нажмите здесь, чтобы загрузить нашу бесплатную брошюру «Ультразвук для металлов», содержащую обзор опыта, оборудования и возможностей Sonobond в области ультразвуковой сварки металлов.

Посмотреть металлическую сварку демонстрационного видео

Vídeo de Soldadores Metálico

Обеспечение технологии сварки как пластмассы и металлы

Крепление, шить и склеивание некоторые из популярных методов, которые мы используем для соединения двух материалов.Однако нельзя отрицать тот факт, что сварка дает наилучшие результаты.

Сварные швы обеспечивают прочное соединение, которое длится значительно дольше, чем большинство других форм соединений. В настоящее время используется множество способов сварки. Каждый тип отличается по-своему и используется в зависимости от требований и типа используемого материала.

Одним из самых современных методов сварки является ультразвуковая сварка.

СВЯЗАННЫЕ С: ПОДВОДНАЯ СВАРКА: ОДНА ИЗ САМЫХ ОПАСНЫХ ПРОФЕССИЙ В МИРЕ

Ультразвуковая сварка использует ультразвуковую вибрацию для соединения различных материалов.Одним из самых больших преимуществ ультразвуковой сварки является то, что ее можно использовать не только с металлами, но и с термопластами.

При воздействии ультразвуковой вибрации на точки контакта высокая вибрация вызывает плавление материала. Типичный частотный диапазон, используемый при ультразвуковой сварке, составляет от от 15 до 40 кГц .

Поскольку ультразвуковое сварочное оборудование может концентрировать вибрацию в очень ограниченном месте, сварка получается очень точной.

Детали ультразвуковой сварки

Ультразвуковые сварочные аппараты созданы для эффективного преобразования электроэнергии в механические колебания.Машины оснащены микропроцессором, который считывает температуру и соответствующим образом регулирует нагрев.

Некоторые другие компоненты, входящие в состав аппарата:

Источник питания: Высокочастотный ультразвуковой сварочный аппарат требует источника питания высокого напряжения.

Преобразователь: Преобразователь принимает ток высокого напряжения и преобразует его в высокочастотные колебания.

Усилитель: Он работает как усилитель, поглощая высокие частоты и делая их еще более мощными.

Сонотрод или рожок: Сонотрод или рожок, как его обычно называют, является средой между свариваемыми материалами и машиной. Он фокусирует ультразвуковые колебания в определенной точке.

Свариваемые материалы обычно закрепляют на наковальне или приспособлениях, удерживающих их вместе. К машине часто присоединяется пневматический пресс, чтобы можно было передать давление на материалы с помощью рога.

Как ультразвуковая сварка расплавляет материалы?

Ультразвук используется при сварке для создания небольших, но быстрых вибраций.Когда рупор или сонотрод прикреплены к материалам, ультразвуковые колебания заставят материалы колебаться примерно на полмиллиметра или около того при движении вперед и назад.

Такого незначительного движения достаточно, чтобы расплавить материал, потому что скорость вибрации довольно высока. Эти вибрации заставляют материалы тереться друг о друга, и в результате трения между ними выделяется тепло.

Вы можете воспроизвести подобное окружение, быстро потирая руки.Вы почувствуете тепло, выделяющееся между ладонями.

А если продолжать быстро тереть, становится довольно неудобно. Представьте себе тепло, выделяющееся внутри материалов, когда они трутся друг о друга со скоростью, которую трудно уловить человеческому глазу!

Трение повышает температуру до такой степени, что точки контакта между материалами плавятся, прокладывая путь для молекулярной связи. Вот как ультразвуковая сварка сваривает пластмассы.

Однако при сварке металлов есть небольшая разница.Ультразвуковая сварка используется для нагрева металла до одной трети его температуры плавления.

В этот момент молекулы двух металлов будут пересекать друг друга, создавая прочную молекулярную связь. В металлах нет плавления.

Преимущества ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка имеет много преимуществ по сравнению с традиционными технологиями сварки. Многие отрасли промышленности используют ультразвуковую сварку из-за этих специфических комбинаций достоинств.

Не требует внешнего источника тепла: Основным преимуществом ультразвуковой сварки является отсутствие необходимости во внешнем источнике тепла. Тепло самогенерируется между материалами.

Fast: Поскольку частота вибрации очень высока, ультразвуковая сварка является одним из самых быстрых методов сварки, доступных в отрасли.

Возможность автоматизации: Ультразвуковая сварка несложна во многих отношениях, поэтому ее легко автоматизировать.Ультразвуковая машина оснащена датчиками, которые постоянно контролируют температуру.

Чистое и прочное соединение: Контактные поверхности плавятся/плавятся при сварке, что дает очень чистое и прочное соединение.

О чем следует помнить при использовании ультразвукового сварочного аппарата

Ультразвуковая сварка очень эффективна при герметизации или сварке пластмасс. Однако, вы не можете сваривать все виды пластика.

Как и металлы, пластмассы также бывают разных видов.И очень важно следить за тем, чтобы свариваемые пластмассы были химически совместимы.

Если попробовать сварить полиэтилен и полипропилен, они могут расплавиться, но химической связи не будет. Химическая связь важна для создания прочных сварных соединений.

Еще один фактор, который следует учитывать при сварке любого материала с помощью ультразвуковой сварки, — это сохранение однородной площади контакта. При сварке металлов ультразвуковые колебания распространяются параллельно плоскости.

Недостатки ультразвуковой сварки

Как и все процессы соединения, ультразвуковая сварка также имеет некоторые недостатки, которые могут повлиять или не повлиять на вас в зависимости от вашего варианта использования.Однако вы должны понимать их.

Ограничено только соединениями внахлестку: Ультразвуковая сварка может использоваться только для сварки соединений внахлестку. Ее нельзя использовать для других типов соединений, так как для этого потребуются специально разработанные рупоры и приспособления, и опять же, успех не гарантировано.

Ограниченная область сварки: Мы обсудили, как ультразвуковая сварка создает высоко локализованные сварные швы. Следовательно, вы не можете ожидать, что сварка обеспечит более крупные соединения, чем площадь 250×250 мм 2 .

Нельзя сваривать толстые и твердые металлы: Толстые и твердые металлы не вибрируют так сильно, как тонкие и мягкие. Это предохраняет их от механических колебаний.

Ультразвуковая сварка используется в различных областях. Один из лучших примеров его использования — спортивная обувь. Соединения, которые вы видите в верхних частях, выполнены не сшиванием, а ультразвуковой сваркой.

Ультразвуковая сварка обеспечивает гораздо лучшую отделку, чем сшивание или склеивание.

СВЯЗАННЫЕ: МОЩНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ ТЕПЕРЬ ПОДХОДИТ ДЛЯ СВАРКИ БЛАГОДАРЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯМ

Ультразвуковая сварка термопластов распространена в медицинской промышленности, автомобильной промышленности и производстве бытовой техники. Поскольку для надежного соединения не требуются дополнительные материалы, ультразвуковая сварка не увеличивает общий вес готового изделия.

Ультразвуковая сварка — это технология, появившаяся в 1940-х годах, но она по-прежнему используется для создания чистых и прочных соединений между различными материалами.Разработки в области ультразвуковой сварки все еще ведутся, чтобы увеличить масштабы ее использования.

Ультразвуковая сварка металлов | Бельгийский институт сварки npo

Принцип работы

Заготовки удерживаются вместе за счет относительно небольшой статической силы. Наконечник сонотрода находится в непосредственном контакте с одной из свариваемых деталей. Другая заготовка крепится к наковальне так, чтобы она не могла двигаться во время сварки.

Ультразвуковые колебания

Система посылает небольшие линейные циклические движения на кончик сонотрода (рис. 1), так называемые ультразвуковые колебания.Эти вибрации гарантируют, что зубчатый рисунок сонотрода вдавливается в верхнюю заготовку, позволяя эффективно передавать ультразвуковую энергию на поверхность сварки. В результате сонотрод и верхняя деталь будут вибрировать с одинаковой фазой и амплитудой. Эти вибрации создают тепло трения между свариваемыми материалами. Это гарантирует, что материалы станут пластичными, что позволит верхнему компоненту легко соединиться с нижним компонентом. По этой причине соединение создается в точке зацепления кончика сонотрода.

Для металлов процесс обычно состоит из 2 фаз: во-первых, оксидные слои удаляются с металлических поверхностей, так что между металлическими частями получается прямой контакт, затем атомы могут связываться в области контакта. Ультразвуковая сварка может выполняться на самых разных металлах и пластмассах, включая комбинации разнородных металлов или материалы с покрытием (см. рис. 2).

Рисунок 1: Принцип работы ультразвуковой сварки (Источник: Alpha bvba)

Рисунок 2:  Ультразвуковая сварка меди с медью с серебряным покрытием  (Источник: Alpha bvba)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Металлы

Многие металлы могут быть соединены ультразвуковой сваркой.Возможные комбинации материалов показаны в таблице свариваемости (см. рис. 3). Материалы не должны быть слишком толстыми, а ультразвуковая сварка лучше всего подходит для мягких металлов, таких как цветные материалы и их сплавы, или материалов, покрытых медью, золотом, серебром или никелем.

Рисунок 3: Комбинации материалов, свариваемых ультразвуковой сваркой (Источник: Alpha bvba)

Рисунок 4: Ультразвуковая сварка электронных устройств: медь с медью с золотым покрытием (Источник: Alpha bvba)

 

Сварочное оборудование

Ультразвуковой сварочный аппарат состоит из следующих компонентов:

  • пресс удерживает обе части вместе с определенным усилием во время сварки.
  • наковальня, на которую помещаются компоненты. Форма наковальни такова, что вибрации доводятся до места сварки.
  • источник вибрации состоит из пьезоэлектрического преобразователя, усилителя и сонотрода. Sonotride передает вибрации на заготовку (рис. 5).
  • источник переменного тока высокой частоты. Частота соответствует частоте сварки; 20, 30, 35 или 40 кГц.
  • система для позиционирования или подачи деталей.

Рисунок 5: Сонотрод для ультразвуковой сварки (Источник: Belgisch Instituut voor Lastechniek)

 

По умолчанию процесс работает продольно.Трение линейное. Существуют и другие варианты процесса, в которых трение применяется аксиально или радиально. В этом случае возможна сварка с меньшими вибрациями или с очень высокой мощностью в центральной точке.

Рисунок 6: Продольная и торсионная ультразвуковая сварка (Источник: Alpha bvba)

 

преимущества процесса:

  • экономически интересный процесс,
  • подходит для трудно свариваемых металлов или разнородных материалов,
  • быстрый процесс,  
  • температура плавления материала не достигается, поэтому его можно сваривать с ограниченным количеством подводимого тепла,
  • материалы рядом со сварным швом не подвержены влиянию низкой тепловложения,
  • параметры сварки для контроля качества доступны через программное обеспечение,
  • также можно сваривать маленькие или тонкие детали,
  • подходит для автоматизации
  • экологический процесс: без дыма, сварочного дыма или присадочных материалов,
  • высокая прочность сварного шва.

Рисунок 7: Ультразвуковая сварка меди с алюминиевой фольгой (Источник: Alpha bvba)

 

Ограничения :

  • Только для мягких металлов.
  • Защита органов слуха в мастерской обязательна. Используемые частоты выше воспринимаемых человеком частот. Однако могут возникать случайные субгармонические колебания, вызывающие неприятный звук. При сварке в диапазоне от 15 до 20 кГц (все еще слышно) возможно повреждение слуха.
  • Сварной шов имеет типичный вид с ребрами из-за потертостей и вдавливаний.
  • Только для соединений внахлест.
  • толщина свариваемого шва зависит от материала. Однако можно сваривать тонкие материалы с толстыми (см. рис. 8).

Приложения

Уже существует множество применений ультразвуковой сварки; в упаковочной промышленности, электронике, автомобильной, медицинской или аэрокосмической промышленности. Примерами применения являются медно-никелевые соединения для аккумуляторов, кабелей, сборных шин или соединителей.Интересным применением является сварка взрывоопасных или горючих продуктов, когда продукт уже находится в упаковке.

Рисунок 8: Ультразвуковая сварка 50 мм2 алюминия и меди (Источник: Alpha bvba)

Рисунок 9:  Ультразвуковая сварка алюминиевой крышки аккумуляторного отсека с медным проводником (Источник: Telso nic)


  

Рисунок 10: Ультразвуковая сварка медных кабелей (Источник: Alpha bvba) и уплотнение кабеля (Источник: Telsonic)

 

Разнородные материалы

Этот процесс также подходит для соединения разнородных материалов, например.грамм. сварка алюминия с медью, алюминия со сталью или пластика с металлом. Технология ультразвуковой сварки также используется для сварки пластмасс, очистки, резки/штамповки или просеивания.

Рисунок 11: Приварка медной фольги (30 мкм) к никелированной медной шине для элемента батареи (Источник: Alpha bvba)

Сварка металлов (ультразвуковая) | Ультразвуковые резонаторы

  • Точечная сварка
  • Сварка швов

  • Фигурки
    • Рис 1.Аппараты ультразвуковой сварки металлов — типовые конфигурации оборудования
    • Рисунок 2. Сменный металлический сварочный наконечник для клинового сварочного аппарата
    • Рис. 3. Металлический сварочный рожок с боковым приводом, поддерживаемый двумя вертикальными элементами
    • Рисунок 4. Стальной металлический сварочный рожок с боковым приводом и встроенной свариваемой поверхностью
    • Рисунок 5. Металлический сварочный рожок с боковым приводом со сменной шайбой
    • Рис. 6. Полярное крепление для сварочного аппарата с боковым приводом
    • Рис 7.Жесткое крепление с использованием гибкой диафрагмы и ограничительного кольца
    • Рис. 8. Жесткое крепление с использованием узлового крепления корпуса
    • Рисунок 9. Микросвязывание (обычно > 60 кГц)
    • Рисунок 10. Устройство для сварки швов с креплением на полюс
    • Рисунок A1. Размеры сменной металлической сварочной шайбы
    • Рисунок A2. Размеры сменного наконечника металлической шайбы с припаянной износостойкой вставкой

  • Столы
    • Таблица 1.Сводная информация о характеристиках инструментального материала (износ и адгезия)
    • Таблица 2. Компоненты шовного сварочного аппарата с полярным креплением

Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс соединения двух металлических деталей с применением ультразвуковой вибрации в режиме сдвига (скребка). Ультразвуковая вибрация вытесняет поверхностные оксиды и загрязняет границы раздела двух частей, тем самым обеспечивая плотный контакт металла с металлом, из которого происходит сварка. Температура сварки относительно низкая и не связана с плавлением.

Ультразвуковая сварка металлов больше всего подходит для более мягких металлов (алюминий, медь, латунь и т. д.), хотя можно также сваривать более твердые материалы (например, титан). Разнородные материалы (например, медь с алюминием) можно сваривать, если их твердость примерно одинакова. Ультразвуковая сварка металлов может использоваться с материалами с высокой электропроводностью, для которых контактная сварка не подходит.

На рис. 1 (Al‑Sarraf[1], стр. 9) показаны две основные конфигурации сварки металла — система клиновидного язычка и система бокового привода.

Рисунок 1. Аппараты для ультразвуковой сварки металлов — типичные конфигурации оборудования

Ригельная система

Система Wedge-reed была разработана Aeroprojects (патент Jones[4] 2,946,119, 1960) и в настоящее время используется Sonobond Ultrasonics (преемником Aeroprojects). Привод этой системы состоит из горизонтально установленного преобразователя и клиновидного рупора; Рупор припаян к вертикально установленному резонансному язычку.Рупор изгибает язычок, который, в свою очередь, приводит в движение сменный приварной наконечник с конусной посадкой (рис. 2) на свободном конце язычка. Требуемое сварочное усилие прикладывается к массе, расположенной на противоположном конце берда.

В зависимости от применения система может быть оснащена двумя коллинеарными противоположными язычками, один из которых действует как наковальня. Они работают в противофазе, тем самым эффективно удваивая амплитуду сварки и доступную мощность.

Эта система работает с относительно большой силой и малой амплитудой.

Рисунок 2. Сменный металлический сварочный наконечник для клинового сварочного аппарата

Система бокового привода

После разработки системы Wedge-reed компания Aeroprojects впоследствии разработала систему бокового привода (патент Johnes [5] 3,209,447, 1965). Позднее компания Branson Ultrasonics разработала систему поперечного привода с изгибно-резонансными опорными элементами в пучностях (патент Shoh[1] 3,752,380, 1973 г., рис. 3).Дальнейшие разработки и вариации этой системы (особенно в способах крепления) используются и сегодня.

Рис 3. Металлический сварочный рог с боковым приводом (16), поддерживаемый двумя вертикальными элементами (30 футов и 32 фута)
(патент Shoh[2] 3,752,380)

Рупор может быть цельным (обычно из закаленной стали, рис. 4) или может иметь сменный многолепестковый сварочный наконечник (патент Holze[1] 3 813 006; см. рис. 5 и Приложение A; см. установку).Ультразвуковой пакет часто устанавливается в какой-либо цилиндрической оболочке (например, полярное крепление на рисунке 6), которая позволяет вращаться вокруг оси пакета (полярной), так что многолепестковый наконечник может быть правильно ориентирован по отношению к заготовке. Из-за своей осевой симметрии эта компоновка также хорошо подходит для шовной сварки. (Примечание. Бустер на рис. 6а показан в неправильной ориентации. Шпилька должна быть обращена к датчику.)

Двойной привод

Рис 4.Стальной металлический сварочный рожок с боковым приводом и цельной сварочной поверхностью
(Stanasel[1], стр. 53)

 

 

Сравнение систем

Качество сварки

Качество сварки определяется многими факторами (главным образом, в том числе управлением процессом с помощью источника питания, что выходит за рамки данного обсуждения).Одной из областей, в которой две системы несколько отличаются, является применение движения наконечника. В обеих системах наконечник применяет сдвигающие движения к заготовке. Однако, кроме того, наконечник Wedge-Reed также имеет некоторое колебательное движение из-за изгиба трости. Неизвестно, в какой степени это может повлиять (возможно, улучшить) на качество сварки.

Коллапс амплитуды?

Зажимное усилие

Согласно документации по продуктам Sonobond, «Система Wedge-Reed отличается низкой амплитудой вибрации и высокой силой вибрации, подходящей для сварки металлов.Для сравнения: «Система бокового привода характеризуется высокой амплитудой вибрации и низкой силой вибрации, подходящей для сварки пластмасс». изгибающий момент на муфте, ограничивающий статическую силу. Это делает боковую система привода, неспособная обеспечить приемлемые сварные швы для луженых или окисленных проводов и клемм.»

Примечание –  Система бокового привода характеризуется ориентацией рупора относительно свариваемой детали, а не методом, которым рупор поддерживается .

Системы боковой поддержки привода

В патенте Shoh 3,752,380 (рис. 3) показана система бокового привода, в которой рупор (16) со сварным наконечником (40) поддерживается между двумя вертикальными (резонансными при изгибе) элементами (30 и 32). В этой конструкции на наконечнике отсутствует изгибающий момент. Следовательно, допустимая сила зажима ограничена только прочностью опорных элементов. (Также см. — патент Джонса [5] 3 209 447, в котором рассматривается тот же вопрос; патент Роберта [3] 6 078 125 обсуждается здесь.)

В системе бокового привода, в которой рупор является консольным (рис. 1, внизу; рис. 5), усилие зажима вызывает вертикальное и, возможно, горизонтальное отклонение сварочного наконечника. Из-за кантилевера вертикальное отклонение слегка наклонит сварочную поверхность наконечника по отношению к наковальне (как открывание ножниц). Величина отклонения и результирующего смещения будет зависеть от жесткости штабеля и опорной конструкции, а также от силы зажима.

Для многих применений (например, для герметизации труб) это отклонение не вызовет проблем. Кроме того, если наконечник закруглен, это может не быть проблемой, поскольку наконечник по существу самоориентируется. Однако для некоторых применений, таких как сращивание проводов и заделка проводов, может потребоваться более тщательное выравнивание. Например, в патенте Patrikios[1] 8 113 258 говорится, что «положение сварочного наконечника должно поддерживаться в пределах 3 микрон (0,001 дюйма)» (столбец 1, строка 42). (Обратите внимание, что 3 микрона (3 * 10 90 207 – 6 90 208 м) переводятся в 0.0001 дюйма, а не 0,001 дюйма, поэтому указанное требование неясно. Однако любое требование довольно жесткое.)

Когда рупор консольный, существуют методы уменьшения вертикального отклонения рупора.

  • Используйте очень жесткую опору. Например, в патенте Патринкиоса [1] 5772100 (рис. 7) показана конструкция с воротником (102), который опирается на узел рупора через поверхность 108. Этот хомут удерживается неподвижно, так что поверхность 108 ограничивает вертикальное отклонение рупора. Воротник изолирован ультразвуком от рупора с помощью диафрагмы (100) в пучности рупора, подобно диафрагме с полярным креплением в патенте Shoh [3] 3,955,740.(Интересно, что в патенте Partikios патент Shoh не упоминается как предшествующий уровень техники.) Подобно полярному креплению, эта конструкция не ограничивает поперечное (осевое) движение рупора. По сравнению с полярным креплением эта конструкция имеет три дополнительных преимущества:
    • В полярной установке бустер должен быть настроен так, чтобы он соответствовал длине корпуса, или, в качестве альтернативы, корпус должен быть подогнан под существующую длину бустера. Поскольку в конструкции Patrikios задняя диафрагма не используется, длина бустера не ограничена.Таким образом, можно использовать любой готовый бустер.
    • В полярной монтировке диаметр бустера ограничен внутренним диаметром корпуса. Так как дизайн Патрикиоса не имеют оболочку, окружающую ракету-носитель, ее диаметр не ограничен.
    • Поскольку требуется только одна противоузловая диафрагма, усилитель может быть исключен, а стек может быть короче. Это предполагает, что коэффициент усиления рупора достаточен для обеспечения требуемой амплитуды сварки, когда рупор приводится в действие непосредственно датчиком.
    • С другой стороны, если эта конструкция соответствует рисунку 7 (т. е. любая поверхность за поверхностью 108 превышает диаметр 108), то рупор можно заменить, только полностью сняв кольцо с диафрагмы. Поскольку полярная монтировка не имеет воротника вокруг рупора, рупор можно легко заменить, и можно использовать рупор любого диаметра.
  • В другом монтажном устройстве патент Патрикиоса[1] 8,113,258 (рис. 8) ограничивает как поперечное, так и боковое отклонение сварочного наконечника.Оболочка (28) жестко устанавливается между двумя узлами (сужением 18а и 18b) на полноволновом рупоре (17). Это устраняет несколько гибкие диафрагмы полярного крепления и связанные с ними соединения, которые в противном случае способствуют податливости при изгибе.
  • Используйте жесткий материал для звукового сигнала и/или усилителя. Например, модуль Юнга для стали почти вдвое больше, чем для титана. Обратите внимание, однако, что сталь имеет потери при высоких амплитудах, поэтому это необходимо учитывать. Также можно использовать монель.
  • Используйте жесткий материал для изолирующих диафрагм.Обычно используется титан, но его можно заменить сталью, если ее усталостная долговечность приемлема. (Первоначальные полярные диафрагмы были рассчитаны на пиковую амплитуду 10 микрон при частоте 20 кГц. Однако это было сделано без использования FEA для анализа напряжения (Culp[0]), поэтому коэффициент запаса неизвестен, но может быть большим.)

Вышеприведенное показывает, что возможно очень жесткое крепление сварочных аппаратов с боковым приводом. Следовательно, при надлежащей конструкции, ограничивающей прогибы, система бокового привода по своей природе не уступает системе клиновидного язычка в своей способности воспринимать высокое усилие зажима.

 

Примеры усилия зажима

Требуемое усилие зажима зависит от области применения.Ниже приведены некоторые избранные примеры.

Регулировка амплитуды сварочного наконечника

Система бокового привода позволяет использовать гудки и бустеры различного усиления. Это позволяет механически регулировать амплитуду сварочного наконечника с помощью этих компонентов (а не с помощью источника питания), чтобы при необходимости источник питания мог работать почти на полной мощности. Похоже, что Wedge-reed не допускает таких альтернативных конфигураций.

Сварочные поверхности обычно (но не обязательно) имеют насечки, чтобы «захватить» металлическую заготовку.Проблемы включают прилипание сварочных поверхностей к заготовке («прилипание») и износ зубцов. Эти проблемы могут быть смягчены в системе Wedge-Reed из-за ее меньшей амплитуды.

Настройка

В большинстве систем бокового привода используется сменный наконечник с шайбой (рис. 4) или рупор со встроенной свариваемой поверхностью (рис. 4), а не вертикально ориентированный наконечник (рис. 3, объект 40), который ввинчивается, запрессовывается или крепится аналогичным образом. . Когда сварочная поверхность в таких системах нуждается в очистке или замене (например,например, из-за прилипания или износа), новая поверхность сварки, как правило, изначально не будет параллельна поверхности заготовки. Если эта неправильная ориентация значительна, то весь ультразвуковой пакет необходимо повернуть вокруг своей оси, чтобы получить правильную ориентацию. (Для сменного наконечника шайбы эту проблему можно решить, используя во время установки приспособление для выравнивания. В качестве альтернативы, наконечник можно прикрепить к рогу — см. Патринкиос [2], патент 8,113,258.) Напротив, свариваемая поверхность клиновидного Наконечник язычка всегда ориентирован параллельно наковальне, поэтому при замене наконечника регулировка не требуется.

Сварочный наконечник Wedge-reed имеет охватываемый конус Морзе, который запрессован в сопряженный охватывающий конус в вертикальном язычке. (Конус Морзе является самофиксирующимся с внутренним углом приблизительно 3 °.) Таким образом, во время установки наконечник может вращаться вокруг своей оси, чтобы выровняться с гнездом наковальни. Это позволяет ориентировать приспособление в наилучшем положении по отношению к оператору или заготовке. Для системы бокового привода ориентация наконечника фиксирована по отношению к рупору, поэтому гнездовое крепление должно быть ориентировано по отношению к фиксированному наконечнику.Это может быть не оптимальной ориентацией крепления гнезда.

Доступность

Глубина горловины. Сварочный аппарат с клиновидным язычком имеет С-образный зажим между сварочным наконечником и наковальней. Глубина горловины этого С-образного хомута может быть сделана довольно большой (с учетом только соображений жесткости), чтобы можно было сваривать детали с большими поперечными размерами (например, листовые детали). Фактически, если бы сварочная головка и наковальня были установлены на отдельных тележках, размер заготовки был бы ограничен только длиной перемещения тележки.В системе бокового привода размер боковой части ограничен возможным вмешательством в рупор или опоры изоляции.

Досягаемость. Если сварка должна производиться внутри полости (например, на дне банки), то сварочный аппарат с клинообразным язычком имеет преимущество благодаря увеличенному радиусу действия. (Это предполагает, что сварочная поверхность системы бокового привода не предназначена для вибрации при изгибе — например, в соответствии с микросклеиванием на рис. 9.) Теоретически радиус действия сварочного аппарата с клиновидным язычком можно увеличить, просто добавив дополнительную изгибающую половинку. волны на тростник.

Техническое обслуживание и износ

Для системы бокового привода, показанной на рис. 5, рупор обычно изготавливается из Ti-6Al-4V. При высоких нагрузках ультразвуковой сварки поверхность рупора, примыкающая к сварочному выступу наконечника, может испортиться. Компания Branson Ultrasonics решила эту проблему, заменив сплав Ti-6Al-4V на Ti-7Al-4Mo. Другим решением является замена титанового рупора на рупор из закаленной стали.

В качестве альтернативы, система бокового привода может использовать цельный стальной рупор со встроенной свариваемой поверхностью (см. рис. 4). Затем, однако, необходимо заменить весь рупор, когда поверхность сварки изнашивается и ее уже невозможно восстановить. Система Wedge-reed не имеет этих проблем, поскольку и наконечник, и язычок изготовлены из закаленной стали, а конусный наконечник можно легко заменить.

Адаптивность

С добавлением подшипников и контактных колец система бокового привода может быть преобразована в ротационный сварочный аппарат (рис. 10).Это невозможно с системой Wedge-reed.

Длина сварного шва.

Инструменты

Инструментальные материалы

Хорошие инструментальные материалы должны иметь следующие характеристики —

  • Высокая износостойкость. Высокая износостойкость обычно характеризуется сочетанием высокой ударной вязкости и высокой твердости. Эти свойства должны сохраняться при повышенных температурах сварки.
  • Неадгезивный. Инструменты не должны прилипать или прилипать к заготовкам.(Частично это может зависеть от конструкции рабочих поверхностей инструмента, например зубцов.)
  • Обоснованный убыток. Если инструмент наконечника является неотъемлемой частью рупора (рис. 4), то потери на рупоре должны быть разумными при амплитуде сварки. (См. потери стали.)

Обратите внимание, что производительность инструмента зависит как от материала инструмента, так и от его взаимодействия с материалом заготовки. Следовательно, инструмент, который хорошо работает с одним материалом заготовки, не обязательно будет хорошо работать с другим материалом заготовки (см. таблицу 1).Что касается твердости, Блосс [1] (стр. 96) обнаружил, что «отношение требуемой твердости инструмента к твердости сварочного материала четко не определено». Например, рассмотрим сварку заготовок из нержавеющей стали 304 (таблица 1) — кованый вольфрам (HV 356) имел «удовлетворительные» характеристики, тогда как M2 (HV 926; твердость 2,6x) имел «плохие» характеристики.

В следующем разделе обсуждается несколько материалов, которые прошли оценку износа и адгезии для ультразвуковой оснастки. Этот список материалов не является исчерпывающим, поэтому могут быть доступны и другие (возможно, более качественные) материалы.

В таблице 1 приведены сводные данные об износе и адгезии для различных материалов инструментов, которые были исследованы Блоссом[1] (стр. 89).

Таблица 1. Сводная информация о характеристиках материалов инструмента (износ и адгезия)
Заготовка
Материал
М2
(HV 926)
350M
(HV 778)
Элкон 100Вт
(HV 432)
Кованый W
(HV 356)
W-25Re
(HV 509)
W-La
(HV 440)
ТЗМ
Ал 7075 Хорошо Хорошо ——— ——— ——— ———  
С.П. Ти Ярмарка Хорошо ——— Ярмарка ——— ——— Ярмарка
Ти-6Ал-4В Ярмарка Плохой ——— Ярмарка ——— ——— ———
Нержавеющая сталь 304 Плохой Бедный ——— Ярмарка Ярмарка ——— Бедный
Нержавеющая сталь 410 ——— Бедный Ярмарка Ярмарка Ярмарка Хорошо ———
Никель 625 Плохой Бедный Бедный Бедный ——— ——— ———
Никель 718 ——— Плохой Бедный Бедный ——— ——— ———

Примечания к таблице —

  1. Приведенные ниже ссылки взяты из Bloss[1], если не указано иное.Дополнительную информацию смотрите там. Блосс отмечает: «Трудно сравнивать характеристики инструментов из-за разных материалов, которые они использовали для сварки, разных параметров сварки, использованных во время испытаний, и непостоянного количества циклов сварки, применяемых к каждому инструменту».
  2. Твердость по Виккерсу HV определена экспериментально; см. таблицу Блосса 3, с. 46. ​​
  3. Материалы, выделенные курсивом, оказались многообещающими или используются при сварке трением с перемешиванием (FSW), требования которой аналогичны ультразвуковой сварке металлов.
  4. AISI M2 (5 % Mo, 6 % W, 2 % V) — наиболее часто используемый инструментальный материал из-за его высокой твердости и хорошей износостойкости. Однако компонент ванадия в M2 легко образует соединения с алюминиевыми заготовками, способствуя прилипанию наконечников. Кроме того, при сварке современных материалов, таких как титан, инструменты M2 быстро изнашиваются и легко сцепляются с некоторыми материалы. (стр. 28, 70) Упрочнен до 60-65 RC закалкой от 1200°С; не закаленный. (стр. 61) HV 926.
  5. 350M = мартенситностареющая сталь AISI марки 18Ni (18 % Ni, 12 % Co, 4.8% Мо). Наконечники, изготовленные из стали 350M, имеют повышенный срок службы и износостойкость. свыше M2 при сварке AHSS (усовершенствованных высокопрочных сталей) и UHSS (сверхвысокопрочных сталей). (стр. 28) Он показал хорошие результаты при сварке технически чистого (CP) титана, но при работе с другими материалами заготовок возникали проблемы с залипанием наконечника. (стр. 71) Дисперсионное твердение при 500°C в течение 8-12 часов. (стр. 61) HV 778.
  6. Elkon 100W = слитки порошка чистого вольфрама, прессованные и спеченные путем прокатки и обжатия.(стр. 45) Прочность связи между частицами вольфрама была недостаточной. (стр. 76) HV 432.
  7. Wrought-W = чистый кованый вольфрам с повышенной прочностью и пластичностью по сравнению с Elkon 100W из-за повышенной деформации и механической обработки. (стр. 45) Однако чистый вольфрам по-прежнему имеет плохую пластичность при комнатной температуре (стр. 27), поэтому были опробованы сплавы W-25Re и W-La. ХВ 356.
  8. W-25Re = вольфрам-25% рения. Улучшенная пластичность и прочность по сравнению с чистым вольфрамом. (стр. 27) Чрезвычайная прочность и коррозионная стойкость.(стр. 45) HV 509.
  9. W-La = запатентованный вольфрамово-лантановый сплав. По-видимому, он обладает улучшенной пластичностью благодаря легирующим элементам и усиленной ковке и штамповке. (стр. 86) HV 440.
  10. Вольфрам и его сплавы дороги и их трудно обрабатывать обычными способами. Кроме того, эти материалы имеют высокую плотность, поэтому полный наконечник был бы слишком тяжелым для работы в допустимом диапазоне частот ультразвукового сварочного оборудования. По этим причинам небольшие вставки из этих материалов припаивались к заготовкам сварочных наконечников М2.(стр. 59) Однако паяные соединения были проблематичными. (стр. 90) Вставки W-La изначально были припаяны паяльной фольгой Incusil ABA, но во время сварки паяные соединения разрушились. Более поздние вставки припаивались BNi-9 (более высокотемпературный и высокопрочный припой), что оказалось более удовлетворительным. (стр. 104)
  11. Инструментальная сталь
  12. T1 (не показана выше) была протестирована, но ее характеристики были хуже, чем у инструментальной стали 350M. (стр. 28)
  13. Керамика имеет очень высокую твердость, но низкую ударную вязкость. (стр. 30)

Sonobond порекомендовал Udimet 700 компании Stittsworth[1] (стр.12) для сварки более «твердых» материалов (по сравнению с алюминием и медью). Наковальня закалена до HRC 60–64 (стр. 30). (Примечание — эта рекомендация 1973 года может быть устаревшей.)

Жесткая «керамическая» вставка Брэнсона.

Шаблоны оснастки

Накатка. Блосс[1] (стр. 27) предлагает накатку примерно в ½ толщины материала для сварки усовершенствованных сплавов более толстых толщин. Концы получившихся мужских накаток сплющиваются. В нижней части накатки был добавлен небольшой радиус для улучшения усталостные свойства.(стр. 71)

Текстуры. Блосс[1] (стр. 89) предполагает, что инструмент без наката может быть возможен в ситуациях, когда возможны высокие усилия зажима (т. е. когда имеется достаточная мощность сварки, чтобы избежать остановки). Тогда износ можно было бы лучше контролировать, а наконечник можно было бы периодически полировать.

Stittsworth[1] (стр. 12, 25) использовал EDM (электроэрозионную обработку) для создания текстурированных поверхностей сварки (шероховатость 250 RMS). Полученные наконечники использовались в оборудовании Sonobond Wedge-reed для сварки тонких (~0,0 мм) сварных швов.13 мм) медные и алюминиевые полосы и провода.

Обработка

Некоторые инструментальные материалы трудно обрабатывать «обычными» средствами. Для этих материалов Блосс[1] использовал лазерную обработку, шлифовку и электроэрозионную обработку (электроразрядную обработку).

Амплитуда сварки

Блеск — 58 микрон

В данном контексте шовная сварка определяется как сварка, при которой рог и заготовка перемещаются относительно друг друга для создания непрерывного или полунепрерывного сварного шва.В типичном устройстве весь ультразвуковой пакет вращается, поскольку цилиндрический диск или цилиндрический рупор выполняет сварку. Однако возможен и невращающийся рупор, особенно для сварки фольги. Оборудование может быть сконструировано таким образом, что рожок перемещается по заготовке, или заготовка может двигаться под стационарным рожком, подобно работе швейной машины. Шов может быть узким или широким.

Если ультразвуковой стек должен вращаться, можно адаптировать боковой привод, добавив подшипники и электрические токосъемные кольца (например,г., рисунок 10). Wedge-reed не может быть адаптирован.

Примечание. Сварка швом требует, чтобы биение поверхности сварки было достаточно небольшим. Это несколько сложно в конструкции полярного крепления на рисунке 10 из-за допусков наложения поверхностей раздела между рупором (52) и диафрагмой (39a), а также между диафрагмой (39a) и оболочкой (28). Более подходящей является конструкция, показанная на рисунке 8, в которой отсутствуют диафрагмы.

Таблица 2.Компоненты сварочного аппарата с полярным креплением
Артикул № Описание
16 Преобразователь
18 Бустер
20 Рог (звонок)
28 Полярная оболочка
38, 40 Заглушки
39А, 39Б Мембраны (настроенные)
44 Подшипник
52 Поверхность сварки

Если верхняя заготовка относительно тонкая (например,например, фольги), то поверхность сварки рупора может быть как гладкой, так и иметь легкий травленый или текстурный рисунок. Для более толстых заготовок может потребоваться более агрессивная поверхность свариваемой поверхности рога.

Рога

Если эта стопка предназначена для вращения, рупоры могут быть либо адаптацией обычных резонаторов, либо могут быть спроектированы так, чтобы вибрировать в каком-либо изгибном режиме.

См. также — Ультразвуковое аддитивное производство (УАМ).


В этом приложении показаны типичные размеры металлических сварочных наконечников с частотой 20 кГц для патента Holze[1] 3 813 006 на рис. 5 (от Bloss[1]).Рисунок накатки на наконечнике и форма сварочного выступа зависят от конкретного применения сварки.

Рисунок A1. Размеры сменной металлической шайбы
(патент Holze 3,813,006)
Рисунок A2.Размеры сменного наконечника металлической шайбы с припаянной износостойкой вставкой
(см. патент Holze 3,813,006)

Понимание ультразвуковой сварки

НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Рис. 1
Хотя средства, с помощью которых вибрации в клиновидной системе и отличаются от системы с боковым приводом, получаются те же самые результаты.

Ультразвуковые колебания используются для сварки металлов и пластмасс с 1950-х годов.Для ультразвуковой сварки металлов твердотельный характер процесса, а также другие преимущества привели к широкому применению в электронной, автомобильной, аэрокосмической, бытовой и медицинской промышленности. Различные особенности ультразвуковой сварки металлов, а также последние тенденции в разработке процессов ведут к более широкому использованию этого процесса в ряде отраслей промышленности.

Системы ультразвуковой сварки

При ультразвуковой сварке ультразвуковые колебания создают относительное движение, подобное трению, между двумя поверхностями, удерживаемыми вместе под давлением.Движение деформирует, сдвигает и сглаживает локальные неровности поверхности, рассеивая оксиды и загрязняющие вещества на границе раздела, чтобы обеспечить контакт металла с металлом и сцепление между поверхностями. 1, 2 Процесс является твердофазным, что означает, что он происходит без плавления или плавления основных металлов.

На рис. 1 показаны два основных типа систем, используемых для ультразвуковой сварки металлов, а также показаны детали локального поведения в зоне сварки. Система бокового привода включает ультразвуковой преобразователь, усилитель и рупор/сонотрод.Источник питания подает высокочастотную электрическую энергию на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя. Типичная рабочая частота составляет 20 кГц, но возможна частота 30 кГц и выше. Эта вибрация передается через усилительную секцию, которая может быть предназначена для усиления вибрации, а затем передается на рупор/сонотрод, который передает вибрации на заготовки.

НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Рис. 2a
Показанная здесь сварочная система с боковым приводом подает высокочастотную электрическую энергию на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя. Фото предоставлено EWI.

Заготовки, обычно два тонких листа металла в простом соединении внахлестку, прочно зажимаются между сонотродом и жесткой наковальней под действием статической силы. Верхняя заготовка прижимается к движущемуся сонотроду за счет рифленого рисунка на поверхности сонотрода. Точно так же нижняя заготовка прижимается к наковальне с помощью рифленого узора на наковальне. Ультразвуковые колебания сонотрода, которые параллельны поверхностям заготовки, создают относительное движение, похожее на трение, между поверхностью раздела заготовок, вызывая деформацию, сдвиг и сплющивание неровностей, отмеченных ранее.

Компоненты сварочной системы размещены в корпусе, который захватывает сварочную сборку в критических точках, чтобы не гасить ультразвуковые колебания и обеспечивать средства приложения силы и перемещения сборки для приведения сонотрода в контакт с заготовками. и применить статическую силу. Пример сварочного аппарата с боковым приводом показан на рис. 2A .

Второй тип системы ультразвуковой сварки металлов известен как клиновидный. Ключевым элементом этой системы является пьезоэлектрический преобразователь, приводящий в действие бустер, который называется клином из-за его отличительной формы (но в остальном играет ту же роль, что и ранее описанный бустер).Затем клин приводит вертикальный стержень (трость) в изгибную вибрацию. Затем вибрация на конце язычка передается через сонотрод на язычке на заготовки (см. , рис. 2B ).

Расположение заготовки аналогично системе бокового привода — она зажимается между сонотродом и наковальней под действием статической силы. Наковальня клино-язычковой системы не жесткая (как при боковом приводе), а предназначена для небольшого изгиба под действием ультразвуковых колебаний.Хотя способ, которым вибрации производятся в клиновидном язычке, отличается от бокового привода, результаты те же: колебательное движение сонотрода, параллельное поверхностям заготовки, создает относительное движение, подобное трению на заготовках. интерфейс.

Это видно при более детальном рассмотрении зоны сварки ( Рисунок 1 ), который показывает, что две системы производят одинаковый эффект в зоне сварного соединения тонкой области пластически деформированного материала, где твердотельная связь между заготовками, без расплавления материалов.

Системы ультразвуковой сварки аналогичны устройствам для точечной сварки, поскольку они обеспечивают соединение на небольшой площади деталей (обычно порядка 40 мм 2 ). Также возможно производить ультразвуковой сварной шов путем непрерывного проката твердого диска с ультразвуковой вибрацией по заготовкам. Другие типы систем ультразвукового соединения включают крутильные колебания и ультразвуковое микросоединение, широко используемые в электронной промышленности для соединения тонких проводов со схемами и микрочипами, где размеры сварных швов порядка 0.150 мм 2 .

Параметры ультразвуковой сварки

ЩЕЛКНИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИИ, ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ его

На процесс сварки может влиять ряд параметров, таких как частота ультразвука, амплитуда вибрации, статическая сила, мощность, энергия, время, материалы, геометрия детали и инструменты.

Ультразвуковая частота. Ультразвуковые сварочные преобразователи предназначены для работы на определенной частоте от 15 до 300 кГц для различных систем и приложений.Большинство систем сварки металлов работают на частоте от 20 до 40 кГц, причем 20 кГц является наиболее распространенной частотой.

Амплитуда вибрации. Амплитуда вибрации сварочного наконечника напрямую связана с энергией, подводимой к сварному шву. Амплитуды ультразвуковых колебаний довольно малы — 10, 30 или 50 микрон на сварном шве и редко превышают 100 микрон (приблизительно 0,004 дюйма). В некоторых сварочных системах амплитуда является зависимой переменной; то есть это связано с мощностью, приложенной к системе.В других системах амплитуда является независимой переменной, которую можно задавать и контролировать в источнике питания через систему управления с обратной связью.

Статическая сила. Сила, воздействующая на заготовки через сварочный наконечник и наковальню, создает тесный контакт между противоположными поверхностями, когда начинаются колебания сварного шва. Величина усилия, которая зависит от материалов и толщин, а также размеров получаемого шва, может составлять от десятков до тысяч ньютонов.Например, для сварки 40 мм 2 в алюминии серии 6000 может потребоваться усилие 1500 Н, в то время как 10 мм 2 сварных швов в листе мягкой меди толщиной 0,5 мм может потребовать только 400 Н.

Мощность, энергия и время. Несмотря на то, что мощность, энергия и время указаны как отдельные параметры сварки, их лучше всего рассматривать вместе, поскольку все они тесно связаны между собой. Когда выполняется сварка, напряжение и ток от источника питания создают электрическую энергию, которая поступает на преобразователь во время цикла сварки.Подведенная энергия представляет собой площадь под кривой мощности сварки. Большинство источников сварочного тока оцениваются по пиковой мощности, которую они могут обеспечить, и она варьируется от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт. Установлено, что в большинстве случаев время сварки составляет менее одной секунды. Исходя из постоянной выходной мощности, 0,4-секундный сварной шов от сварщика мощностью 2 кВт выделит 800 Дж энергии.

Материалы. Охватывает широкий спектр вопросов и параметров, связанных с ультразвуковой сваркой металлов. Во-первых, это тип материала или комбинация материалов.Было обнаружено, что большинство материалов и комбинаций материалов в той или иной степени пригодны для сварки, хотя для большинства из них обычно отсутствуют данные о конкретных параметрах сварки и характеристиках. Свойства материала, включая модуль, предел текучести и твердость, являются ключевым фактором.

Вообще говоря, мягкие сплавы, такие как алюминий, медь, никель, магний, золото, серебро и платина, легче всего свариваются ультразвуком. Более твердые сплавы, такие как титан, железо и сталь, аэрокосмические сплавы на основе никеля и тугоплавкие металлы (молибден и вольфрам) сложнее.

Характеристики поверхности материала — это еще один параметр, включающий отделку, оксиды, покрытия и загрязнения.

Геометрия детали. Форма свариваемых деталей играет важную роль, доминирующим фактором является толщина детали. Вообще говоря, тонкие детали имеют больше шансов на успешную ультразвуковую сварку. Увеличение толщины детали, в частности части, контактирующей со сварочным наконечником, требует большей площади сварочного наконечника, большей статической силы и более высокой мощности сварки.Максимально достижимая толщина будет зависеть от материала и доступной мощности источника сварочного тока.

Инструменты. Инструмент, состоящий из сонотрода/сварочного наконечника и наковальни, служит для поддержки деталей и передачи ультразвуковой энергии и статической силы. В большинстве случаев наконечник инструмента обрабатывается как неотъемлемая часть цельного сонотрода (см. , рисунок 2A ), но в некоторых случаях используются съемные наконечники инструмента. Контактные поверхности инструментов обычно имеют механически обработанные рифленые узоры канавок и площадок или другую шероховатость поверхности для улучшения захвата заготовки.

В то время как контактные поверхности наконечника сварного шва и наковальни обычно плоские, наконечник сварного шва может иметь небольшую выпуклую кривизну для изменения контактных напряжений.

Ультразвуковая сварка

НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Рисунок 3е

Ультразвуковая сварка применяется в электротехнической/электронной, автомобильной, аэрокосмической, бытовой и медицинской отраслях.В настоящее время наиболее широкое применение в этих отраслях связано со сплавами меди, алюминия, магния и связанных с ними более мягких металлов, включая золото и серебро. Некоторые примеры:

  • Соединения медных проводов в якорях двигателей ( рис. 3A ).
  • Жгуты проводов, которые распределяют электрические сигналы и питание по всей конструкции кузова автомобиля и требуют множества ответвлений и объединений плетеных и одножильных проводов различных размеров. Аналогичные приложения, хотя и в меньшем масштабе, можно найти в производстве бытовой техники (, рис. 3B, ).
  • Упаковочные изделия, требующие ультразвуковой сварки, торсионной или обычной точечной сварки. Сварка кручением используется для герметизации многих типов цилиндрических контейнеров, содержащих высокореакционноспособное или термочувствительное содержимое, а также для приварки шпилек ( рис. 3C ).
  • Соединения в батареях и топливных элементах из тонких медных, никелевых или алюминиевых пластин, слоев фольги или металлических сеток и пенопластов. Рисунок 3D представляет собой аккумуляторную батарею, запаянную шовной сваркой, включая крепление клемм.Шовная сварка также широко используется для герметичного сшивания пищевых и кулинарных пакетов из фольги и для сращивания рулонов фольги при их изготовлении.
  • Несколько тонких пленок, позволяющих комбинировать тонкую и толстую фольгу ( Рисунок 3E ). Простая электрическая клемма, приваренная точечной сваркой, показана на рис. 3F , а медные контакты на клеммной пластине показаны на рис. 3G .

Будущее ультразвуковой сварки

Будущая тенденция использования ультразвуковой сварки связана с конструкционными автомобильными и аэрокосмическими приложениями, соединением тонколистового алюминия и других легких металлов.Осуществимость процесса была продемонстрирована для закрывающих панелей как на вертолетах, так и на самолетах.

Разрабатываются более мощные сварочные комплексы мощностью 5 кВт и выше. Это позволит сваривать более сложные материалы и более толстые соединения.

Исследования, ведущие к лучшему пониманию этого процесса сварки, проводятся в нескольких промышленных и университетских лабораториях, чтобы определить весь спектр материалов и приложений, которые реально могут быть соединены.Некоторый прогресс достигается в конфигурациях суставов, помимо наиболее распространенных соединений внахлестку; в качестве примера сообщалось о достижении стыковых сварных швов. Более широкое использование технологических датчиков может позволить контролировать и улучшать качество соединения.

Недавно появившееся применение ультразвуковой сварки — аддитивное производство, при котором тонкие металлические ленты свариваются вместе с чередующимися операциями механической обработки для производства цельнометаллических деталей. Это приложение может иметь специальное применение в области быстрого прототипирования.

Преимущества
  • Сварка тонких и толстых комбинаций материалов.
  • Отлично подходит для Al, Cu и других материалов с высокой теплопроводностью, которые часто трудно соединить процессами плавления.
  • Сваривает оксиды и загрязнения, что является атрибутом действия, подобного трению на границе раздела.
  • Твердотельный процесс, который не плавит материалы.
  • Успешно соединяет множество комбинаций разнородных материалов.
  • Сварка без присадочных металлов или газов.
  • Быстро и легко автоматизируется.
Недостатки
  • Ограничено суставами внахлестку.
  • Ограничена по толщине шва.
  • Сложная работа с высокопрочными материалами высокой твердости.
  • Подлежит деформации материала под оснасткой.
  • Может создавать слышимый шум из-за резонанса деталей.
  • Процесс, незнакомый многим инженерам.

Д-р Карл Графф — технический лидер в области ультразвука, а Мэтт Блосс — инженер проекта в Институте сварки Эдисона, 1250 Arthur E. Adams Drive, Columbus, OH 43221, 614-688-5000, [email protected]

практическое исследование совместимости, маркировки деталей и режимов управления

Ультразвуковая сварка металлов, запатентованная в 1960 году, подверглась значительным исследованиям, и в технологии были достигнуты успехи. Благодаря этим достижениям процесс превратился в практический производственный инструмент.Хотя ультразвуковая сварка металлов имеет много преимуществ, включая скорость, эффективность, длительный срок службы инструмента, есть несколько проблем. Например, слипание инструмента и детали (прилипание), маркировка деталей и отсутствие постоянства и предсказуемости прочности сварного шва — это проблемы, с которыми в настоящее время сталкивается промышленность при ультразвуковой сварке металлов. Для решения этих проблем процесса ультразвуковой сварки металлов были проведены различные эксперименты на образцах из алюминиевого сплава 5754. Эти эксперименты включали замену постоянной амплитуды профилированием амплитуды и размещение буферных листов из меди и цинка между инструментом (рупором) и верхней частью перед ультразвуковой сваркой.Кроме того, были проведены эксперименты по сравнению постоянства прочности сварного шва для трех режимов контроля: энергии, высоты (высоты столба) и времени. Их результаты были проанализированы и сравнены с точки зрения прочности сварного шва, однородности сварного шва и качества сварного шва. Было замечено, что амплитудное профилирование привело к увеличению прочности сварного шва, однако маркировка детали и сцепление инструмента с деталью не уменьшились. Путем согласования амплитуды с различными фазами сварки цикл сварки был оптимизирован для получения относительно прочных сварных швов, а время цикла сварки было сокращено.Например, за счет запуска цикла сварки с относительно высокой амплитудой пики неровностей срезаются, нагрев и размягчение сопрягаемых поверхностей выполняются быстро и эффективно. Затем, уменьшая амплитуду в конце цикла сварки, сдвиг сварного шва уменьшается, а повреждение сварного шва сводится к минимуму, что приводит к относительно прочным сварным швам. Очень простые модели, основанные на фрикционном нагреве, могли достаточно хорошо прогнозировать рассеивание мощности. Когда эти модели были объединены с одномерным решением теплового потока, начальные температуры линии соединения были точно предсказаны.Однако предсказанные температуры отличались от измеренных температур в зависимости от времени цикла. Считается, что это отклонение произошло из-за слишком упрощенных предположений, использованных для моделирования процесса. Например, предположение о том, что процесс можно смоделировать с помощью одномерного теплового потока в полубесконечном теле, вскоре после начала процесса сварки оказалось ложным. инструмент (рожок) и верхняя часть до процесса ультразвуковой сварки уменьшали сцепление инструмента с деталью и маркировку детали.Однако было замечено, что использование буферных листов несколько снизило прочность сварного шва, особенно это было заметно для более толстых (3 мм) деталей и медных буферных листов. Также было замечено, что цинковые буферные листы не снижали прочность сварного шва так сильно, как использование медных буферных листов. в режиме высоты и энергии.

границ | Современные достижения в ультразвуковой сварке алюминиевых композитов с металлической матрицей

Графический реферат. Краткий обзор процесса и последовательности ультразвуковой сварки для соединения алюминиево-металлического матричного композита.

Введение

Алюминий, самый распространенный металл в земной коре, хорошо известен своей коррозионной стойкостью и низкой плотностью, что позволяет использовать его в авиационной промышленности (Wu et al., 1996; Reddy et al., 2009; Ramnath et al. и др., 2014; Равитея и др., 2014; Шинде и др., 2020). Кислородные связи с чистым алюминием довольно прочны, он образуется в виде глинозема из бокситовой руды.Он подвергается процессу окисления при воздействии внешней атмосферы и образует покрытие из оксида алюминия (Al2O3). Трудно превзойти эту защиту по сравнению с чистым алюминием при хранении на открытом воздухе. Он имеет более высокую температуру плавления, чем чистый алюминий, если взять его в идеальных условиях. Коррозионно-стойкий характер, вызванный присутствием глинозема на поверхности чистого алюминия, является благом для промышленности. Усиление частицами алюминия улучшает его механические свойства.Кроме того, это дает преимущество при сварке алюминиевого листа, которая обычно была сложной из-за присутствия оксида алюминия, который действовал как защитный экран на алюминиевой поверхности. Алюминий — это металл, доступный в изобилии, и с армирующими частицами в качестве замены он может стать альтернативой во многих областях промышленного применения, от деталей бытовой техники до крупномасштабной тяжелой электротехнической промышленности, авиационной и аэрокосмической промышленности и т. д. В связи с этим рост спрос и особые свойства и определенное сходство с некоторыми металлами, процессы, связанные с алюминием, требуют дополнительных исследований.Кроме того, это может создать возможности для многих процессов, где некоторые дорогостоящие и снижают использование и потери редких металлов, особенно в автомобильной промышленности (Surappa, 2003).

Ультразвуковая сварка набирает обороты, приобретая свое значение в потенциальной промышленной революции и технологических достижениях. Процесс ультразвуковой сварки предназначен для соединения одинаковых или разнородных металлов и пластмасс (Мария, 2014). В этом процессе используется энергия вибрации и относительное движение двух одинаковых или разнородных металлических листов, а процесс сварки происходит со сплавлением металлических листов в точке, где наконечник сонотрода концентрируется и будет испытывать тепло трения.На рис. 1 показана общая блок-схема процесса.

Рисунок 1. Структура обзора для понимания ультразвуковой сварки алюминия MMC.

Для подготовки алюминия к сварке используются различные типы армирующих композитов. Каждое армирование в виде частиц имеет свои отличительные свойства и зависит от используемого метода или процесса и областей применения. Металлическая матрица армируется необходимыми композитами (Chak et al., 2020). Обычно это диборид титана (TiB2), карбид бора (B4C), карбид кремния (SiC) и т. д. Для армирования в виде частиц обычно используется процесс литья с перемешиванием. Кроме того, это метод in-situ, который дает нам лучший интерфейс между частицами и матрицей и термодинамически стабильный результат.

Смеси и частицы более деликатны. Процесс литья с перемешиванием является экзотермическим, когда реакции происходят во время выделения тепла трения, что дает нам самостабилизирующийся результат, как только тепло трения вступает в игру (Laha et al., 2004; Дауд, 2005 г.; Муньос-Моррис и др., 2005 г.; Пал, 2005; Сукумаран и др., 2008 г.; Махеш и др., 2011; Бхандаре и Сонаване, 2013 г.; Кумар и др., 2013; Инегбенебор и др., 2016; Аннигери Вереш Кумар, 2017 г .; Хорикири и др., 2017; Сривьяс и Чару, 2018 г.; Ванам и др., 2018; Кумар Шарма и др., 2020).

Подробности процесса

Усиление алюминиевой матрицы

Наиболее эффективным и используемым процессом является литье с перемешиванием (Segal, 1995; Etter et al., 2003; Ruch et al., 2006; Saravanan et al., 2007; Инь и др., 2008 г.; Коцимски и др., 2009 г.; Раму и Баури, 2009 г.; Сюэ и др., 2011 г.; Альхашми и Нганбе, 2015 г.; Ли и др., 2016; Kumar and Birru, 2017) для армирования в виде твердых частиц. Сравнение различных методов армирования карбида кремния в металлическую алюминиевую матрицу сравнивается в таблице 1. Кроме того, для формирования металлической матрицы используется несколько методов, и они имеют различные размеры и формы; Кроме того, когда их объемные доли различаются, они склонны повреждать арматуру, а стоимость этих методов может варьироваться в зависимости от требований (Amouri et al., 2016; Джейкришнан и др., 2017; Пракаш и др., 2018).

Сообщалось об увеличении прочности на растяжение композита с алюминиевой матрицей после добавления карбида кремния (Hashim et al., 2001). По мере постепенного увеличения содержания карбида кремния в весовых % регистрируется положительное изменение предела прочности при растяжении. С карбидом кремния, 0 % по весу, предел прочности при растяжении составил 28,5 МПа, а при 5 % по весу и 20 % по весу SiC композит показал предел прочности при растяжении 59,4 и 77,56 МПа соответственно, но при 10 % по весу SiC он показал снижение прочности на растяжение.Добавление SiC показало меньший износ матричного композита. Кроме того, железо, кремний, марганец, медь, магний и алюминий могут увеличить смачиваемость алюминиевой матрицы (Rahman and Rashed, 2014). В частности, железо придает матрице особые свойства, которые включают в себя равномерное распределение армирования, повышенную прочность на растяжение и зернистую структуру.

Bodukuri et al., 2016, обнаружили, что добавление SiC и B4C может вызвать изменение плотности (Bodukuri et al., 2016).Наблюдались четыре типа плотностей: кажущаяся, утрясная, зеленая, спеченная. Было три комбинации, а именно:

(1) 90% алюминия, 8% карбида кремния и 2% карбида бора;

(2) Алюминий 90%, карбид кремния 5%, карбид бора тоже 5%;

(3) Содержание алюминия 90 %, карбида кремния 3 % и карбида бора 7 %.

Среди приведенных выше комбинаций образец со вторым условием дал наилучшие результаты. Он показал кажущуюся плотность 1.4, плотность утряски 1,7, плотность сырого материала 2,8 и плотность после спекания 2,9. Следовательно, это исследование показало, что процентное содержание карбида бора также играет жизненно важную роль. Твердость уменьшалась по мере уменьшения содержания карбида бора в процентах. В таблице 2 показано сравнение механических характеристик различных видов арматуры для АМС, Шриватсан и др. (1991) обсудили некоторые стандартные процедуры просеивания после армирования частицами. Затем происходит смешивание или смешивание, когда мы обычно добавляем смазку в виде порошка.Затем он переходит к сжатию, которое поможет нам создать и закрепить полученную смесь в требуемую форму. Затем он может обрабатывать поверхность окончательно полученной матрицы. Процесс дегазации будет происходить таким образом, чтобы мы удалили все захваченные газы из матрицы и продолжили бы процесс ковки, экструзии или прокатки (Яшпал и др., 2017). На рис. 2 показана дальнейшая обработка после литья алюминиевой матрицы с кремнием в качестве армирования.

Таблица 2. Сравнение механических характеристик различных видов арматуры для АМС.

Рис. 2. Дальнейшие процессы после литья алюминиевых сплавов с добавкой карбида кремния методом литья с перемешиванием.

Ультразвуковая сварка

В процессе ультразвуковой сварки используется преобразователь частоты, который потребляет мало энергии и преобразует его в механическую энергию высоких частот. На рис. 3 показана установка для ультразвуковой сварки. Он имеет зажимное или пневматическое усилие, приложенное вместе с преобразователем или пьезоэлектрическим преобразователем, который преобразует высокочастотную электрическую мощность, подаваемую ультразвуковым генератором, в колебательное движение или вибрационную энергию, которая далее подается на рупор, концентрирующий наконечник сонотрода на сварном шве. область.Металлические листы, подлежащие сварке, удерживаются на наковальне, которая будет неподвижной (Tsujino et al., 1996; Truckenmüller et al., 2006; Suresh et al., 2007; Ultrasonic Welding, 2009; Yashpal et al., 2017).

Рис. 3. Установка для ультразвуковой сварки.

Затем происходит выделение тепла, которое за счет этого выделяемого тепла, свариваемые листы будут испытывать плавление, которое соединит их. Следовательно, используя ультразвуковые частоты, мы можем сваривать два одинаковых или разных тонких металлических листа.Для алюминиевого листа без армирования в виде частиц предел толщины 2,5–3 мм является значительным. Но когда мы добавляем армирующие частицы в виде композитов, у нас могут возникнуть трудности с использованием металлического листа той же толщины, что и возможная в общем случае, вероятно, из чистого алюминиевого листа. В процессе ультразвуковой сварки толщина заготовки из твердого материала обычно ограничивается 1 мм (Hassan et al., 2009; Panteli et al., 2012; Wagner et al., 2013).

Сварочное давление является наиболее важным фактором, который может повлиять на результат любого полученного сварного шва, его прочность, или изделие может быть повреждено, если давление имеет тенденцию быть чрезмерным.Усилие зажима или усилие сварки также имеет огромное значение, поскольку с помощью тензодатчика необходимо откалибровать усилие сварки для прямого сравнения производимых усилий сварки, это значение варьируется в разных машинах.

При ультразвуковой обработке отверстия и селективность SiCp/Zn-Al фильтров молекул металла срезаются, и предполагается, что дисперсия частиц SiC одинакова как для больших, так и для малых размеров (Truckenmüller et al., 2006). Механический привод используется для создания внешнего вихря воды, чтобы хорошо перемешать металлическую жидкость, помочь переместить гладкие детали и удерживать формы на месте в подвеске; активно смешанный растворитель увеличивает риск возникновения ловушек и утечек газа, создавая высокую пористость в расплавленном материале.Кавитация организует, улучшает мелкие воздушные мешочки, удары и падения в воду под воздействием мощных циклических ультразвуковых волн. Эти большие воздушные карманы замерзают и всплывают за пределы бассейна из-за затопления. Таким образом, происходит устранение растворенных в воде газов. Ответственно малый размер закрытых луковиц и их больший размер; при кавитации в воде ее можно быстро понизить, чтобы сделать объем более объемным; к сожалению, в соединении, образованном этой металлической начинкой, все еще возникают напряжения (Янг и Ли, 2007; Вагнер и др., 2013; Яшпал и др., 2017).

Кроме того, это говорит о том, что внутри наполнителя образуется чисто ультразвуковая кавитация. Диспергирование агломерата и предотвращение новой коагуляции частиц карбида кремния, не все газы можно удалить (Panteli et al., 2012). Процесс изготовления и классификация процесса сварки, используемого для соединения композита, показаны на рисунке 4, а полимера — на рисунке 5.

Рисунок 4. Процесс производства, классификация сварочного процесса, используемого для соединения композитов.

Рисунок 5. Производственный процесс, классификация сварочного процесса, используемого для изготовления полимеров.

Параметры процесса

Обсуждаемые параметры процесса основаны на обзорах литературы и сборе данных из различных исследовательских работ, проведенных на сегодняшний день. Эти параметры, возможно, побудят исследователей понять и следовать шагам, которые, как правило, дают идеальный результат, независимо от стоимости. Основные результаты литературы представлены в разделе «Результаты», что объясняет, почему эти параметры являются оптимальными.

(1) Алюминий подвергается пассивации, а связь между алюминием и кислородом очень прочная, и ее может быть трудно разрушить. Ультразвуковая кавитация — это процесс, который можно использовать для удаления оксидных слоев с поверхности алюминия, что является довольно эффективным процессом по сравнению с другими процессами, если рассматривать их на уровне поверхности.

(2) Будет выполнен процесс литья с перемешиванием алюминия, полученного с добавлением твердых композитов, таких как SiC.Самый чистый интерфейс алюминиевого сплава MMC получается в процессе литья с перемешиванием. Некоторые добавки могут включать молибден, титан и т. д. в небольших количествах.

(3) После того, как мы получим литой алюминий MMC, следующим шагом будет установка ультразвукового сварочного аппарата. Мы будем держать заготовки над наковальней и прижимать кончик рожка к поверхности. Нам нужно проверить, правильно ли выровнены заготовки или не удерживаются ли они над наковальней.

(4) Перед сваркой необходимо отрегулировать усилие срабатывания в зависимости от типа используемого металла.И эффект давления, прикладываемого к месту сварки, будет определять, была ли прочность сварного шва и была ли она успешной, или все еще требуется увеличение давления для плавления для успешного соединения.

(5) Частота, используемая для процессов сварки, составляет 15–40 кГц, что является оптимальным для пластмасс и некоторых металлов, но алюминий MMC имеет более высокую прочность на растяжение, частота для процесса может достигать 70 кГц (Ким и др., 2017).

(6) Он имеет преобразователь частоты, который использует малую мощность и начинает преобразовывать в электрическую энергию высоких частот.Получив электрическую мощность высокой частоты, мы увидим, как преобразователь в конечном итоге преобразует эту подаваемую высокочастотную электрическую энергию в вибрационную энергию.

(7) Эта вибрационная энергия направлена ​​на рупор, и под этим рупором у нас есть наконечник сонотрода, который будет концентрироваться на поверхности заготовки для сварки. Наконечник сонотрода в конечном итоге будет генерировать теплоту плавления в точке его концентрации.

(8) Во время этого тепловыделения заготовки (обычно пластины или листы алюминия) в конечном итоге будут испытывать плавление среди своих выровненных поверхностей, между которыми наконечник сфокусирован, удерживаясь над наковальней, здесь наковальня статична для концентрации энергии за счет средство инструментального профиля, которое крепится к наковальне (Tee et al., 1999; Сиддик и Гассемия, 2009 г.; Цудзино и Сугимото, 2014 г.; Рана и Бадхека, 2018).

Результаты

Процесс ультразвуковой сварки очень часто используется для изготовления алюминиевых сплавов (Daniels, 1965; Suresh et al., 1993; Yang et al., 2006; Bhandare and Sonawane, 2013). MMC, который должен использоваться для процессов, связанных со структурой, также включает керамические волокна, такие как карбид кремния. Ожидаемые результаты каждого элемента в MMC не применимы непосредственно для армирования керамических волокон в MMC.В игру вступают физические характеристики, наряду с механическими, термическими, а также химическими свойствами. Эта температура и ориентация волокна также являются основными факторами, влияющими на усиление керамических волокон в отношении направления сварки, причем каждое свойство имеет свою доминирующую роль в той роли, которую они играют при ультразвуковой сварке MMC. Температура оказывает значительное влияние на процесс, потому что ее необходимо держать в центре внимания во время формирования соединения, чтобы избежать чрезмерной пластической деформации на границе раздела во время необходимого процесса образования соединения.Ориентация волокна имеет основополагающее значение в процессе изготовления, поскольку также учитываются его изотропные свойства в отношении доступа к сварке. Следовательно, учитывая все параметры, таким образом, будет получен конечный продукт, представляющий собой сваренные заготовки из алюминия с использованием ультразвуковой сварки. Тем не менее, это применимо для некоторых случаев толщины алюминия, которая будет варьироваться до менее или равной 1 мм, потому что, если мы попытаемся использовать систему с более твердой заготовкой такой же толщины, как и в случае чистого алюминия, тогда она будет работать. в конечном итоге не сможет завершить процесс сварки или в некоторых случаях может повредить ультразвуковой сварочный аппарат, особенно наконечник (Ma et al., 2020). В таблице 3 показано отношение времени (с) ультразвуковой вибрации к прочности на сдвиг (МПа).

Таблица 3. Время ультразвуковой вибрации (с) в зависимости от прочности на сдвиг (МПа).

Мы знаем, что алюминий является металлом с высокой коррозионной стойкостью; из-за присутствия глинозема, который имеет более высокую температуру плавления, чем у чистого алюминия, и мы усиливаем алюминий, потому что он увеличивает прочность алюминиевой матрицы, чтобы мы могли использовать его в различных областях, где нам нужно заменить традиционные методы, которые все еще используются и являются серьезной причиной истощения ценного металла, который может быть легко заменен алюминием, а также указывает на обилие алюминия, присутствующего в земной коре (Бодунрин и др., 2015).

Смешивание алюминия и кремния происходит с помощью литья с перемешиванием, что дает нам алюминий с армирующими частицами с соответствующей и однородно диспергированной смесью композитов внутри металлической матрицы (Хмелев и др., 2016; Сарраф и Акрави, 2016). ; Гао и др., 2018). Мы должны увидеть эффект процесса ультразвуковой сварки, когда мы возьмем более прочную и алюминиевую матрицу, смешав ее с кремнием. Процесс ультразвуковой сварки должен выполняться с заготовкой толщиной около 1 мм или менее 1 мм (толщина зависит и варьируется от металла к металлу, пластика или любого другого материала, если он используется, поскольку ультразвуковая сварка также работает). для разнородных металлов) в случае алюминия MMC, чтобы избежать нарушения процесса сварки.Если сообщается о каком-либо сбое, причины могут быть связаны с реализованными параметрами процесса. Кроме того, алюминий с армированными композитами теперь намного прочнее, чем местный или чистый алюминий, и состоит из добавленного карбида кремния, что увеличивает его прочность на растяжение. В некоторых случаях также добавляют молибден, чтобы избежать снижения пластичности металла (Tsujino et al., 2002; Yang and Li, 2007; Siddiq and Ghassemieh, 2010; Salih et al., 2015).

Композиты с керамической матрицей, где керамика является матрицей, в которой может иметь место армирование.Композиты с металлической матрицей, где металл является матричной фазой, которая будет армирована. Композиты с алюминиевой металлической матрицей (AMMC), где металлическая матрица представляет собой алюминий, а армирующие частицы содержат в основном керамику. Например, борат титана, карбид кремния, карбид бора и т. д. Когда дело доходит до получения результата в процессе ультразвуковой сварки, мы должны быть очень осторожны с некоторыми факторами, участвующими в этом процессе, которые могут положительно повлиять на процесс ультразвуковой сварки. и отрицательно (Neppiras, 1965; Benatar, Gutowski, 1989; Gunduz et al., 2005; Рабии и др., 2008 г.; Мацуока и Имаи, 2009 г.; Саркари Хоррами и др., 2015). В Таблице 4 показан состав арматуры в различных типах алюминиевых матриц.

Таблица 4. Состав армирования в различных типах алюминиевых матриц.

Армирующие частицы могут влиять на конечные результаты. Таблица 4. В процессе ультразвуковой сварки возникает высокая сила трения, создаваемая наконечником сонотрода из-за наличия сухого трения, на границе раздела сварки соединения двух металлов, которое является тангенциальным к поверхности заготовки. испытывает быстрое повышение температуры на своей поверхности (Xu et al., 2005; Харичандран и Сельвакумар, 2016 г.; Чаубей и др., 2020 г.; Мадхукар и др., 2020). Кроме того, если сила недостаточна во время операции, она может не передавать ультразвуковые колебания, которые должны генерировать теплоту плавления за счет фрикционного движения наконечника сонотрода. Изменения поверхности сварки листа в микроструктурном масштабе после проведения сварки будут вызывать возбуждение частиц, что может привести к плавлению металлов (Xu et al., 2005).

Трибологический характер алюминиевой матрицы, армированной частицами, можно сделать вывод в соответствии с недавними исследовательскими работами и обзором литературы в разделе «Армирование алюминиевой матрицы». армированные композитные частицы. Кроме того, значительно увеличивается твердость алюминиевой матрицы. Наряду с этим следует избегать внутренних интерметаллидных связей.Добавление молибдена является одним из доступных вариантов, который существенно увеличивает прочность на растяжение и обеспечивает однородное распределение частиц по металлической матрице (Sudha et al., 2013). Пластичность алюминиевой металлической матрицы может быть нарушена после добавления композитов, которые в основном представляют собой керамические частицы, поэтому можно использовать более жесткие металлические частицы, чтобы предотвратить ситуацию с скомпрометированной пластичностью, которая также может привести к выходу компонента из строя. изготовлены с использованием этой металлической матрицы с армированием частицами.Чрезмерное добавление SiC также будет причиной разрушения алюминиевой MMC, так как это может снизить пластичность. Добавление карбида кремния в ограниченном количестве (до 10% по весу) (Babalola et al., 2019) также обеспечивает снижение поверхностного износа (Gopal et al., 2012; Sudha et al., 2013; Yuvaraj et al., 2015). ; Taherzadeh Mousavian et al., 2016; Lionetto et al., 2017, 2018; Babalola et al., 2019; Garg et al., 2019).

В этом обзоре мы в основном сосредоточились на алюминиевой MMC. Потому что нам нужна сила в большинстве областей, в которых мы видели использование компонентов на основе алюминия в различных отраслях промышленности.В срочном порядке мы сосредоточились на ультразвуковой сварке алюминиевого сплава MMC и обычно армируем его карбидом кремния, который используется чаще (Bobić et al., 2009; Kala et al., 2014; Raju et al., 2015; Maurya et al. , 2016). В таблицах 5–7 показаны зависимости инфильтрационного давления от теплопроводности в секунду при различных температурах.

Скорость диффузии в алюминиевой матрице прямо пропорциональна температуре и давлению инфильтрации, то есть скорость диффузии также будет увеличиваться вместе с увеличением давления и температуры инфильтрации.Кроме того, это показывает, что может существовать оптимальное значение давления, при котором мы можем наблюдать максимальную теплопроводность. Хотя сообщается об увеличении температуры инфильтрации, это оптимальное давление будет постепенно снижаться (см. Таблицы 5–7; Zhang et al., 2014).

Процесс литья с перемешиванием начинается с предварительного нагрева заготовки в течение часа до 700°C (Venkatesh et al., 2019). Следующим шагом является перегрев в течение трех четвертей часа с последующим добавлением солей или того, что мы называем армирующими ингредиентами, включая карбид кремния или борат титана и т. д.наряду со значительным количеством молибдена. Следующим процессом является механическое перемешивание и ультразвуковая вибрация с последующим удалением шлака после завершения основного процесса. Физические методы, такие как скол проволочной щеткой, удаляют ненужные или случайно попавшие компоненты в матрицу. Это последний этап: заливка снизу, которая выполняется с использованием ковшей и стопорного стержня для эффективной заливки. После завершения всех процедур, упомянутых выше, мы получим результат литья с перемешиванием металлической алюминиевой матрицы.Сначала он может быть дополнительно экструдирован, а затем подвергнут механической обработке в соответствии с требованиями.

Факторы, влияющие на наши результаты ультразвуковой сварки, которые повлияют на конечный продукт сварки:

(1) Конструкция соединения является наиболее важной частью обсуждения, когда мы сталкиваемся с ультразвуковой сваркой полученного сварного шва. Конструкция соединения по-разному влияет на геометрию, в зависимости от механической обработки поверхности, внешнего вида и возможности литья.Наиболее распространенные и наилучшие результаты, полученные при ультразвуковой сварке, получены в соединениях внахлестку (Leng et al., 2017). Проверка конструкции для производства (DFM) всегда обязательна перед началом процесса и в таких случаях для предотвращения таких проблем, связанных с конструкцией, которые могут вызвать проблемы со сварочным устройством, а также с компонентом сложной конструкции, свариваемым с этим конкретным сварочное устройство, здесь ультразвуковое сварочное устройство (Poli, 2001).

(2) Диапазоны частот, задействованные в процессе сварки, могут оказывать неблагоприятное воздействие на процесс, который обычно находится в диапазоне от 15 до 40 кГц, это обычный диапазон для пластмасс, для металлов он может достигать 70 кГц.Прочность сварки увеличивается с увеличением времени сварки при любых условиях, при частоте 40 кГц прочность сварки меньше, чем при частоте 20 кГц (Kim et al., 2017). Это происходит из-за теплоты трения между металлическими листами в точке, где концентрируется кончик рупора, а диффузия алюминия лучше происходит при 20 кГц, чем при 40 кГц. Этот параметр определит комплектацию устройства, которая отлично подойдет для использования в любом случае. Например, для хрупких и небольших компонентов или деталей с очень малыми допусками потребуются высокие частоты, которые помогут приложить давление в точке с большей точностью и избежать неблагоприятного воздействия ультразвуковых колебаний.Кроме того, давайте рассмотрим компоненты среднего размера или более заметные, низкие частоты до 15 кГц, где результат процесса, т. е. качество сварки, является подходящим (Daoud, 2004; Yang, 2008; Elangovan et al., 2009; Yan). и др., 2011).

(3) Тип используемого материала является фактором, который может существенно повлиять на конечный результат. Прочность металлического листа будет влиять на полученный сварной шов. Температура, зарегистрированная во время процесса ультразвуковой сварки на границе раздела сварных швов, должна быть меньше температуры плавления, зарегистрированной для алюминиевого сплава (Siddiq and Ghassemieh, 2008).Толщина также является здесь важным фактором; когда речь идет об алюминии с армированием, из-за присутствия таких композитов, как карбид кремния, может быть сообщено об увеличении прочности на разрыв, поэтому обычно используемый алюминий (чистый или местного качества) имеет предел толщины 3 мм, который можно сваривать тогда как в случае алюминиевой ММС оптимальная толщина составляет всего 1 мм (Wang et al., 2016). Кроме того, если принять во внимание армирование металлической матрицы и увеличение прочности, несомненно, снизится предел толщины используемой заготовки примерно до 1 мм или ниже.

(4) Параметры процесса ультразвуковой сварки также могут изменяться и влиять на окончательную сварку. Амплитуда, подобная настройке, должна быть отрегулирована соответствующим образом, так как амплитуда увеличивается, толщина интерметаллида увеличивается, а триггер принудительно устанавливает настройку времени (рис. 6) и настройки, связанные с энергией или расстоянием. В частности, ограничения должны быть установлены таким предписанным образом, иначе это даст значительный результат (Daoud, 2004). Настройка амплитуды предназначена для управления амплитудой вибрации.Настройки времени — это настройка или ограничение времени вибрации во время ультразвуковой сварки. Сила срабатывания определяет соответствующее давление, которое должно быть приложено к заготовке во время ультразвуковой сварки. Параметры имеют решающее значение, потому что, если во входные данные будут введены неверные или недостаточные параметры, это может вызвать проблему в сварочной установке и привести к дефектам в полученном сварном шве (Sharma et al., 2019).

Рис. 6. Зависимость между временем сварки и сварочным давлением при различных усилиях сдвига.

(5) Рупор, используемый в процессе ультразвуковой сварки, является неотъемлемой частью. В процессе его изготовления необходимо использовать материал, обладающий акустическими свойствами и высокой усталостной прочностью. Обязательными свойствами материала рога должны быть долговечность и долговечность. Использование титана целесообразно.

Чжу и др. (2011), провели этот эксперимент для анализа механических свойств, метод испытания на сдвиг был выбран для окончательного определения разрушения вокруг точки сварки для оценки эффективности сварки, а также прочности и прочности связи сварного шва с матрицей из алюминиевого сплава.Поверхность наконечника сонотрода не была идеальной и представляла собой поверхность для шлифовки песка. Вероятность того, что атомные связи в зоне сварки могут быть меньше или вообще отсутствуют, высока, когда прочность сварного шва очень низкая или если требуемое время сварки, необходимое для сварки заготовки, было недостаточным. Согласно графику на Рисунке 6, прочность сварного соединения снижается после достижения определенного срока (Zhu et al., 2011).

Когда дело доходит до результатов теста на отслаивание, есть несколько моментов, которые являются выводами относительно графика (Рисунок 6):

Ожидается, что цель сварки алюминиевого MMC с любым другим металлом будет сложной, и прочность сварного шва может быть снижена, если операция сонотрода, т.е.е., приложенной энергии вибрации будет недостаточно для получения прочного сварного шва.

Наряду с коротким временем сварки может существовать вероятность наличия остаточных оксидов на поверхности сварного шва, поскольку присутствие оксидов может снижать прочность сварного шва. В частности, во время сварки газы могут захватываться из-за высокой температуры сварочной ванны. Отсутствие мер предосторожности может привести к возникновению этой проблемы в первую очередь (Siddiq and Ghassemieh, 2008; Zhu et al., 2011; Sharma et al., 2019).

Заключение

В этой статье кратко описаны производственные стратегии, наиболее часто используемые для производства AMC. Чаще всего используются смешение и порошковая металлургия. Вспомогательные конструктивные меры, такие как экструзия, прокатка и производство, эффективно обновляются для улучшения механических свойств. Достижения в области инноваций в области вторичной переработки для AMC все еще остаются открытой областью, в которой должны быть возможны некоторые ограничительные изменения на случай потенциального промышленного бума (Tee et al., 1999; Мордюк и др., 2014; Тони Томас и др., 2014).

Механические свойства

Aluminium MMC зависят от типа сетки, сил (простых, разнообразных, скорости, размера, потока в раме), смачиваемости и отклика во время цикла формования. В качестве армирующего элемента в алюминиевых ГМК используются механические и сельскохозяйственные отходы. Меньше работы было сделано над улучшенным наномолекулярным соединением, которое требует дополнительных испытаний цикла образования и обновления механических свойств нанокомпозитов (Mavhungu et al., 2017; Гарг и др., 2019; Сингх и др., 2020).

• Некоторые методы скрининга и моделирования были разработаны таким образом, что они позволяют прогнозировать механические свойства. Комбинация нескольких демонстрационных процедур предсказывает реакцию с большей точностью и надежным качеством, чем отдельная методика.

• AMC эффективно используются в космических инновациях, аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, электротехнике и электронике и других приложениях.Также считается необходимым выбрать оценку для изучения того, что AMC используется в значительных масштабах, поскольку она эффективна (Yang et al., 2004; Rao and Padmanabhan, 2012; Patel et al., 2015; Ramanathan et al., 2019). .

• Текущая проблема эффективного удаления покрытия из оксида алюминия все еще существует, поскольку оксид алюминия (Al2O3) трудно превзойти пассивирующий слой; это благо и проклятие для промышленности. Глинозем помогает алюминию противостоять коррозии даже в экстремальных условиях, если он используется в идеальных условиях (Agarwal et al., 2002; Раджа и Раджа, 2014 г.; Гарг и др., 2019). И глинозем является проклятием по фундаментальной причине, поскольку мы знаем, что глинозем имеет более высокую температуру, чем чистый алюминий. Технология удаления глинозема была протестирована с использованием ультразвуковой кавитации или добавления гидроксида натрия (Dimitescu et al., 2018; Mehrabian et al., 2018; Nayebi et al., 2018; Long et al., 2019; Park et al. , 2019). Но даже в случае реализации современные отрасли потенциально могут столкнуться с большими затратами на производство компонентов на основе алюминия и удаление глинозема.Это будет в первую очередь стоимость машины, включая ее энергопотребление и техническое обслуживание, если мы рассматриваем машину, которую мы используем, полностью удаляя покрытие из оксида алюминия, гипотетически пока (Griffiths and Turnbull, 1994). Исследования в этой области по-прежнему необходимы с точки зрения сокращения затрат, и исследования по внедрению «бережливого производства + шесть сигм» также могут быть проведены для сокращения потерь и повышения эффективности работы.

• У алюминия блестящее будущее в сварке из-за его плотности, авиационная промышленность процветает, а обилие алюминия и алюминия с армированием внесет значительный вклад в замену некоторых редких металлов во многих областях исследований и во многих частях промышленности (Srinivasan and Senthil Kumaran, 2020; Srinivasan et al., 2020). В ближайшем будущем индексы, связанные с потреблением стали, могут победить, но максимальное изобилие алюминия под земной корой поможет миру сохранить себя в будущем.

• Ультразвуковое сварочное устройство требует обширных исследований для рупора и наконечника сонотрода, для использования более толстых металлических деталей (например, листов, пластин и т. д.) и для облегчения будущих проектов, связанных с разнородными металлами или более твердыми металлами устранить проблемы, связанные с толщиной.Металлическая матрица, армированная алюминием, если принять во внимание, потребует очень большой исследовательской работы на более низких частотах, что поможет создать огромную силу трения и позволит сплавлять более толстые металлы.

Вклад авторов

SS и KS: концептуализация, методология, программное обеспечение и формальный анализ. Y-CH: проверка, надзор, управление проектом и получение финансирования. SS, KS и UC: расследование. UC и RM: ресурсы и курирование данных.SS, UC и RM: написание — подготовка первоначального проекта. KAr и KAp: написание-обзор, редактирование и визуализация. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование частично финансировалось Министерством науки и технологий Тайваня, грант №. МОСТ 109-2221-Е-197-011 и МОСТ 109-2622-Е-197-007-СС2.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сокращения

алюминий, алюминий; MMC, Композиты с металлической матрицей; SiC, карбид кремния; Al2O3, оксид алюминия; SC, литье с перемешиванием; ПМ, порошковая металлургия; SQ, литье под давлением; CC, композитное литье; ЦГ, центробежное литье; EMS, литье с электромагнитным перемешиванием; PI, инфильтрация без давления; АРБ, накопительная рулонная склейка; IC, литье по выплавляемым моделям; ISPM, In situ порошковая металлургия; HT, термическая обработка; р, Частицы.

Ссылки

Агарвал А., МакКечни Т. и Сил С.(2002). Распылительное формование наноструктурированного оксида алюминия. JOM 54, 42–44. дои: 10.1007/bf02709093

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Альхашми, Х.А., и Нганбе, М. (2015). Литье под давлением ламината из алюминиевых матричных композитов, армированных углеродным волокном. Матер. Дизайн 67, 154–158. doi: 10.1016/j.matdes.2014.11.034

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Алтинкок, Н., и Кокер, Р. (2004). Нейросетевой подход к прогнозированию прочности на изгиб и поведения при упрочнении армированных частицами (Al-Si-Mg)-алюминиевых матричных композитов. Матер. Дизайн 25, 595–602. doi: 10.1016/j.matdes.2004.02.014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Алтинкок, Н., и Кокер, Р. (2006). Моделирование предсказания свойств растяжения и плотности в композитах с металлической матрицей, армированных частицами, с использованием нейронных сетей. Матер. Дизайн 27, 625–631. doi: 10.1016/j.matdes.2005.01.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Амури К., Каземи С., Момени А. и Казази М.(2016). Микроструктура и механические свойства композитов Al-nano/micro SiC, полученных методом литья с перемешиванием. Матер. науч. англ. А 674, 569–578. doi: 10.1016/j.msea.2016.08.027

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Аннигери Виреш Кумар, Великобритания (2017). Метод литья с перемешиванием композитов с металлической алюминиевой матрицей: обзор. Матер. Сегодня проц. 4, 1140–1146. doi: 10.1016/j.matpr.2017.01.130

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бабалола, П.О., Инегбенебор, А.О., Болу, К.А., и Джон, С.И. (2019). Сравнение механических характеристик алюминиевых композитов, отлитых в песчаные и металлические формы. Междунар. Дж. Мех. англ. Технол. 10, 1671–1681.

Академия Google

Барадесваран, А., и Элая Перумал, А. (2014). Исследование механических и износостойких свойств гибридных композитов Al 7075/Al2O3/графит. Композ. Часть Б англ. 56, 464–471. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.08.013

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бенатар, А.и Гутовски Т.Г. (1989). Ультразвуковая сварка графитовых композитов ПЭЭК АРС-2. Полим. англ. науч. 29, 1705–1721. doi: 10.1002/pen.7602

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бхандаре, Р. Г., и Сонаван, П. М. (2013). Приготовление композита с алюминиевой матрицей методом литья с перемешиванием. Междунар. Дж. Инж. Доп. Технол. (IJEAT) 3, 61–65.

Академия Google

Бобич, Б., Митрович, С., Бабич, М., и Бобич, И. (2009).Коррозия алюминия и цинко-алюминиевых сплавов на основе металломатричных композитов. Трибол. Инд. 31, 44–53.

Академия Google

Бодукури, А. К., Эсварая, К., Раджендар, К., и Сампат, В. (2016). Изготовление композита с металлической матрицей Al–SiC–B4C методом порошковой металлургии и оценка механических свойств. Перспектива. науч. 8, 428–431. doi: 10.1016/j.pisc.2016.04.096

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бодунрин, М.О., Аланеме, К.К., и Чоун, Л.Х. (2015). Гибридные композиты с алюминиевой матрицей: обзор принципов армирования; механические, коррозионные и трибологические характеристики. Дж. Матер. Рез. Технол. 4, 434–445. doi: 10.1016/j.jmrt.2015.05.003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чак В., Чаттопадхьяй Х. и Дора Т. Л. (2020). Обзор методов изготовления, армирования и механических свойств композитов с алюминиевой матрицей. J. Изготовитель. Обработать. 56, 1059–1074. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.05.042

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чаубей А., Двиведи Р., Пурохит Р., Рана Р. С. и Чоудхари К. (2020). Экспериментальная проверка композитов с алюминиевой матрицей, армированных частицами SiC, изготовленных в процессе литья с перемешиванием с помощью ультразвука. Матер. Сегодня проц. 26, 3054–3057. doi: 10.1016/j.matpr.2020.02.634

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Дауд, А.(2004). Износостойкость сплава 2014 Al, армированного непрерывными углеродными волокнами, изготовленными методом инфильтрации под давлением газа. Матер. лат. 58, 3206–3213. doi: 10.1016/j.matlet.2004.06.012

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Дауд, А. (2005). Микроструктура и свойства при растяжении сплава 2014 Al, армированного непрерывными углеродными волокнами, изготовленными методом инфильтрации под давлением газа. Матер. науч. англ. А 391, 114–120. doi: 10.1016/jmsea.2004.08.075

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Дэвид Раджа Селвам, Дж., Робинсон Смарт, Д.С., и Динахаран, И. (2013). Синтез и определение характеристик композитов Al6061-Fly Ashp-SiCp методами литья с перемешиванием и композитного литья. Energy Procedia 34, 637–646. doi: 10.1016/j.egypro.2013.06.795

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Димитеску, А., Бабиш, К., Алекусан, А. М., и Чиву, О. (2018). Подготовить к пайке алюминиевые образцы ультразвуковой очисткой. Конф. IOP. сер. Матер. науч. англ. 400:022021. дои: 10.1088/1757-899x/400/2/022021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Элангован, С., Семер, С., и Пракасан, К. (2009). Распределение температуры и напряжения при ультразвуковой сварке металлов — исследование на основе МКЭ. Дж. Матер. Обработать. Технол. 209, 1143–1150. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.032

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эттер Т., Папакириаку М., Шульц П. и Угговитцер П.Дж. (2003). Физические свойства композитов графит/алюминий, полученных методом инфильтрации под давлением газа. Углерод 41, 1017–1024. doi: 10.1016/s0008-6223(02)00448-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гао М., Канг Х., Чен З., Го Э., Пэн П. и Ван Т. (2018). Влияние содержания армирования и обработки старением на микроструктуру и механическое поведение композитов B4Cp/6061Al. Матер. науч. англ. А 744, 682–690. doi: 10.1016/j.msea.2018.12.042

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гарг П., Джамвал А., Кумар Д., Садасивуни К.К., Хуссейн К.М. и Гупта П. (2019). Прогресс в исследованиях композитов с алюминиевой матрицей: производство и применение. Дж. Матер. Рез. Технол. 8, 4924–4939. doi: 10.1016/j.jmrt.2019.06.028

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гопал, К. У. Б., Шринивас, Р. К. В., и Васудева, Б. (2012). Влияние процентного армирования B4C на свойства растяжения композитов с алюминиевой матрицей. Int J Mech Eng. Роб. Рез. 1, 290–295.

Академия Google

Гриффитс, А. Дж., и Тернбулл, А. (1994). Исследование поведения электрохимической поляризации композитов 6061 с металлической алюминиевой матрицей. Коррос. науч. 36, 23–35. doi: 10.1016/0010-938x(94)-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гундуз И., Андо Т., Шаттак Э., Вонг П. и Думанидис К. (2005). Усиленная диффузия и фазовые превращения при ультразвуковой сварке цинка и алюминия. Скр. Матер. 52, 939–943. doi: 10.1016/j.scriptamat.2004.12.015

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Харичандран, Р., и Сельвакумар, Н. (2016). Влияние нано/микрочастиц B4C на механические свойства композитов с металлической алюминиевой матрицей, изготовленных с помощью процесса ультразвукового затвердевания с помощью кавитации. Арх. Гражданский мех. англ. 16, 147–158. doi: 10.1016/j.acme.2015.07.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хашим, Дж., Луни, Л., и Хашим, М.С.Дж. (2001). Повышение смачиваемости частиц в литом алюминиевом матричном композите. Дж. Матер. Процесс. Технол. 119, 329–335.

Академия Google

Хассан, А. М., Альрашдан, А., Хаяджне, М. Т., и Майяс, А. Т. (2009). Прогнозирование плотности, пористости и твердости композитных материалов на основе алюминия и меди с использованием искусственной нейронной сети. Дж. Матер. Процесс. Технол. 209, 894–899. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.066

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хорикири Г., Китазуми Т., Натори К. и Танака Т. (2017). Улучшение механических свойств полутвердых алюминиевых сплавов марки АА7075 методом равноканального углового прессования. Procedia Eng. 207, 1451–1456. doi: 10.1016/j.proeng.2017.10.912

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Инегбенебор, А. О., Болу, К. А., Бабалола, П. О., Инегбенебор, А. И., и Файоми, О. С. И. (2016). Разработка композита с металлической матрицей из карбида алюминия и кремния путем литья с перемешиванием. Кремний 10, 343–347. doi: 10.1007/s12633-016-9451-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джейкришнан, Дж., Джаянти Натан, С., и Картик, М. Р. (2017). Изготовление и определение характеристик композитов с металлической матрицей на основе диборида алюминия и титана с использованием метода литья с перемешиванием. Междунар. Дж. Мех. англ. Технол. 8, 13–18.

Академия Google

Кала, Х., Мер, К.К.С., и Кумар, С. (2014). Обзор механических и трибологических свойств литых с перемешиванием алюминиевых матричных композитов. Procedia Mater. науч. 6, 1951–1960. doi: 10.1016/j.mspro.2014.07.229

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хмелев В.Н., Сливин А.Н., Абрамов А.Д., Вакар М.Е., Нестеров В.А. (2016). «Развитие технологии ультразвуковой сварки ручным инструментом», Материалы 17-й Международной конференции молодых специалистов по микро/нанотехнологиям и электронным приборам (ЭДМ) 2016 , Новосибирск. doi: 10.1109/edm.2016.7538741

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ким, В.Х., Канг, Э.Дж., и Парк, Д.С. (2017). Оценка сварочных характеристик ультразвуковой сварки металлов частотой 20 кГц и 40 кГц. Конф. IOP. сер. Матер. науч. англ. 248:012013. дои: 10.1088/1757-899x/248/1/012013

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Коцимски Дж., Артур В., Кустрон П., Чертов А.М., Маев Р.Г., Корженёвски М. и др. (2009). «Моделирование распространения ультразвуковых волн в многослойной среде для контактной точечной сварки», в материалах Proceedings of the IEEE International Ultrasonics Symposium 2009 , Рим.doi: 10.1109/ultsym.2009.5441580

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар Шарма, А., Бхандари, Р., Ахервар, А., и Пинка-Бретотан, К. (2020). Изучение методов изготовления композитов на основе алюминия сосредоточено на процессе литья с перемешиванием. Матер. Сегодня проц. 27, 1608–1612. doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.316

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар А., Лал С. и Кумар С. (2013). Изготовление и определение характеристик композита с металлической матрицей A359/Al2O3 методом литья с электромагнитным перемешиванием. Дж. Матер. Рез. Технол. 2, 250–254. doi: 10.1016/j.jmrt.2013.03.015

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар, Б.П., и Бирру, А.К. (2017). Микроструктура и механические свойства алюминиевых композитов с металлической матрицей с добавлением золы листьев бамбука методом литья с перемешиванием. Пер. Цветные металлы Soc. Китай 27, 2555–2572. doi: 10.1016/s1003-6326(17)60284-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лаха Т., Агарвал А., МакКечни, Т., и Сил, С. (2004). Синтез и характеристика алюминиевого композита, армированного углеродными нанотрубками, сформированными плазменным напылением. Матер. науч. англ. А 381, 249–258. doi: 10.1016/j.msea.2004.04.014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ленг X., Ян В., Чжан Дж., Ма X., Чжао В. и Ян Дж. (2017). Высокопроизводительная технология соединения композитов с алюминиевой матрицей с использованием ультразвуковой пайки. Матер. науч. Технол. 34, 660–663.

Академия Google

Ли, К., Ван, X., Ван, Л., Ли, Дж., Ли, Х., и Чжан, Х. (2016). Межфазные характеристики и теплопроводность композитов Al/алмаз, полученных инфильтрацией под давлением газа в атмосфере азота. Матер. Дизайн 92, 643–648. doi: 10.1016/j.matdes.2015.12.098

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лионетто Ф., Балле Ф. и Маффеццоли А. (2017). Гибридная ультразвуковая точечная сварка алюминия с эпоксидными композитами, армированными углеродным волокном. Дж. Матер. Обработать. Технол. 247, 289–295. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2017.05.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лионетто Ф., Меле К., Лео П., Д’Остуни С., Балле Ф. и Маффеццоли А. (2018). Ультразвуковая точечная сварка эпоксидных композитов, армированных углеродным волокном, с алюминием: механические и электрохимические характеристики. Композ. Часть Б англ. 144, 134–142. doi: 10.1016/j.compositesb.2018.02.026

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лонг, Ю., Бай Ф., Чжан Ю., Заальбах К.-А. и Твифель Дж. (2019). Воздействие ультразвука на удаление оксидов — попытка бескислотной очистки. Ультразвук Сонохем. 57, 1–11. doi: 10.1016/j.ultsonch.2019.05.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ма, Л., Чжоу, К., Вэнь, К., Ли, М., Чжун, Х., и Цзи, С. (2020). Ультразвуковое быстрое переходное жидкофазное соединение композита с металлической матрицей на основе алюминия, армированного частицами SiC, с большой объемной долей при низкой температуре. Ультразвук 106:106159. doi: 10.1016/j.ultras.2020.106159

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мадхукар, П., Селварадж, Н., Рао, К.С.П., и Виреш Кумар, Великобритания (2020). Изготовление и характеристика двухэтапного литья с перемешиванием с использованием новых нанокомпозитов AA7150-hBN с ультразвуковой поддержкой. J. Alloys Compd. 815:152464. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152464

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Махеш, В.П., Наир, П.С., Раджан, Т.П.Д., Пай, Б.К., и Хубли, Р.К. (2011). Обработка композитов с алюминиевой матрицей, армированной карбидом бора, с поверхностной обработкой методом литья жидкого металла с перемешиванием. Дж. Компос. Матер. 45, 2371–2378. дои: 10.1177/0021998311401086

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мария, В. (2014). Ультразвуковая сварка алюминия: практическое исследование согласованности, маркировки деталей и режимов управления (2007 г.). Ретроспективные тезисы и диссертации.15932. Доступно в Интернете по адресу: https://lib.dr.iastate.edu/rtd/15932 (по состоянию на 27 сентября 2020 г.).

Академия Google

Мацуока, С., и Имаи, Х. (2009). Для прямой сварки различных металлов применяют ультразвуковые колебания. Дж. Матер. Обработать. Технол. 209, 954–960. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Маурья Р., Кумар Б., Арихаран С., Рамкумар Дж. и Балани К. (2016). Влияние углеродистого армирования на механические и трибологические свойства сплава Al6061, обработанного трением с перемешиванием. Матер. Дизайн 98, 155–166. doi: 10.1016/j.matdes.2016.03.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мавхунгу С.Т., Акинлаби Э.Т., Онитири М.А. и Варачиа Ф.М. (2017). Композиты с алюминиевой матрицей для промышленного применения: достижения и тенденции. Производство Производство. 7, 178–182. doi: 10.1016/j.promfg.2016.12.045

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мехрабян М., Найеби Б., Дитрих Д., Лампке Т. и Шокухимер М.(2018). Характеристики динамически формируемых поверхностных оксидных слоев на расплавленных сплавах цинка и алюминия: мультимодальный подход. Тонкие твердые пленки 667, 34–39. doi: 10.1016/j.tsf.2018.10.008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мордюк Б.Н., Прокопенко Г.И., Мильман Ю.В., Ефимов М.О., Гринкевич К.Е., Самелюк А.В., и др. (2014). Оценка износа поверхностных слоев композиционного материала из сплава Al–6Mg, армированного квазикристаллическими частицами AlCuFe: влияние размера частиц, микроструктуры и твердости. Одежда 319, 84–95. doi: 10.1016/j.wear.2014.07.011

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Муньос-Моррис, Массачусетс, Гутьеррес-Уррутиа, И., и Моррис, Д.Г. (2005). Влияние равноканального углового прессования на прочность и пластичность композитов Al–TiAl. Матер. науч. англ. А 396, 3–10. doi: 10.1016/j.msea.2004.11.046

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Найеби Б., Мехрабян М., Шахеди Асл М. и Шокухимехр М. (2018).Наноструктурный подход к загущению и окислению пеноалюминия, стабилизированного кальцием. Матер. хим. физ. 220, 351–359. doi: 10.1016/j.matchemphys.2018.09.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пал, Т.К. (2005). Соединение композитов с металлической алюминиевой матрицей. Матер. Произв. Обработать. 20, 717–726. doi: 10.1081/AMP-200055116

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пантели, А., Робсон, Дж. Д., Бро, И.и Прангнелл, П. Б. (2012). Влияние высокоскоростной деформации на интерметаллидную реакцию при ультразвуковой сварке алюминия с магнием. Матер. науч. англ. А 556, 31–42. doi: 10.1016/j.msea.2012.06.055

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Парк Б., Ли Д., Джо И., Ли С. Б., Ли С. К. и Чо С. (2019). Автоматизированная количественная оценка дисперсии армирования в композитах с металлической матрицей B4C/Al. Композ. Часть Б англ. 181:107584. дои: 10.1016/j.compositesb.2019.107584

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Патель В.К., Бхоле С.Д., Чен Д.Л., Ни Д.Р., Сяо Б.Л. и Ма З.Ю. (2015). Твердотельная ультразвуковая точечная сварка композитных листов SiCp/2009Al. Матер. Дизайн (1980-2015) 65, 489–495. doi: 10.1016/j.matdes.2014.09.049

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Поли, К. (2001). Дизайн для производства: структурированный подход. Бостон, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн.

Академия Google

Пракаш С., Сасикумар Р. и Натараджан Э. (2018). Улучшенные свойства материала гибридного армированного наполнителем алюминия MMC благодаря технологии двухслойной подачи, применяемой при литье с перемешиванием и выпуском снизу. Высокотемпературный. Матер. Обработать. Междунар. В. Высокие технологии. Плазменный процесс. 22, 249–258.

Академия Google

Рабией, А., Вендра, Л., и Киши, Т. (2008). Поведение при разрушении композитов с металлической матрицей, армированных частицами. Композ.Часть А Прил. науч. Произв. 39, 294–300. doi: 10.1016/j.compositesa.2007.10.018

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рахман, М. Х., и Рашед, Х. М. М. А. (2014). Характеристика алюминиевых матричных композитов, армированных карбидом кремния. Procedia Eng. 90, 103–109. doi: 10.1016/j.proeng.2014.11.821

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Раджа, К.С.С., и Раджа, В.К.Б. (2014). «Влияние частиц карбида бора на характеристики износа литого алюминиевого композита A356», в Материалах Национальной конференции по современным подходам в механике, автомобилестроении и строительстве-2014, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering , Ченнаи.73–77.

Академия Google

Раджу, П.Р.М., Раджеш, С., Раджу, К.С.Р., и Раджу, В.Р. (2015). Влияние армирования нано-Al2O3 на механические свойства НММК Al2024. Матер. Сегодня проц. 2, 3712–3717. doi: 10.1016/j.matpr.2015.07.152

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Раманатан, А., Кришнан, П.К., и Муралираджа, Р. (2019). Обзор производства композитов с металлической матрицей путем литья с перемешиванием — конструкция печи, свойства, проблемы и возможности для исследований. J. Изготовитель. Обработать. 42, 213–245. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.04.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рамнатх Б.В., Эланчежян К., Аннамалай Р.М., Аравинд С., Шри Ананда Атрея Т., Вигнеш В. и др. (2014). Композиты с алюминиевой металлической матрицей – обзор. Ред. Доп. Матер. науч. 38, 55–60.

Академия Google

Раму, Г., и Баури, Р. (2009). Влияние равноканального углового прессования (РКУП) на микроструктуру и свойства композитов Al–SiCp. Матер. Дизайн 30, 3554–3559. doi: 10.1016/j.matdes.2009.03.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рана, Х., и Бадека, В. (2018). Влияние условий обработки трением с перемешиванием на изготовление поверхностного композита сплава Al-Mg-Zn-Cu/карбида бора. Дж. Матер. Обработать. Технол. 255, 795–807. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.01.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рао, С. Р., и Падманабхан, Г. (2012).Изготовление и механические свойства композитов алюминий-карбид бора. Междунар. Дж. Матер. Биоматер. заявл. 2, 15–18.

Академия Google

Равитея Т., Радхика Н. и Рагху Р. (2014). Изготовление и механические свойства отлитых с перемешиванием композитов Al-Si12Cu/B4C. Междунар. Дж. Рез. англ. Технол. 3, 343–346.

Академия Google

Редди, Г. М., Шриниваса Рао, К., и Мохандас, Т. (2009). Наплавка трением: новый метод нанесения композиционного покрытия с металлической матрицей на алюминиево-кремниевый сплав. Поверхностный инж. 25, 25–30.

Академия Google

Рух П.В., Беффорт О., Кляйнер С., Вебер Л. и Угговитцер П.Дж. (2006). Селективная межфазная связь в композитах Al(Si)–алмаз и ее влияние на теплопроводность. Композ. наук Технол. 66, 2677–2685. doi: 10.1016/j.compscitech.2006.03.016

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Салих, О.С., Оу, Х., Сан, В., и Маккартни, Д.Г. (2015). Обзор сварки трением с перемешиванием композитов с алюминиевой матрицей. Матер. Дизайн 86, 61–71. doi: 10.1016/j.matdes.2015.07.071

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сараванан М., Пиллаи Р., Рави К., Пай Б. и Брахмакумар М. (2007). Разработка ультрамелкозернистого композита алюминий-графит с металлической матрицей методом равноканального углового прессования. Композ. науч. Технол. 67, 1275–1279. doi: 10.1016/j.compscitech.2006.10.003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Саркари Хоррами, М., Самади, С., Джангорбан, З., и Мовахеди, М. (2015). Композит с алюминиевой матрицей на месте, полученный путем обработки трением с перемешиванием с использованием частиц FE. Матер. науч. англ. А 641, 380–390. doi: 10.1016/j.msea.2015.06.071

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сарраф, З. С. А., и Акрави, Дж. А. (2016). «Проектирование, моделирование и изготовление устройства ультразвуковой сварки, используемого для улучшения параметров сварки», в материалах 7-й Международной конференции по машиностроению и аэрокосмической технике (ICMAE) , Лондон, 2016 г.doi: 10.1109/icmae.2016.7549544

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сегал, В. М. (1995). Обработка материалов простым сдвигом. Матер. науч. англ. А 197, 157–164. дои: 10.1016/0921-5093(95)09705-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шарма П., Дабра В., Шарма С., Хандуджа Д., Шарма Н., Шарма Р. и др. (2019). Микроструктура и свойства гибридных композитов AA6082/(SiC + Graphite). Refractories Ind. Ceram. 59, 471–477.doi: 10.1007/s11148-019-00256-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шинде, Д.М., Саху, П., и Пауло Дэвим, Дж. (2020). Трибологическая характеристика нанокомпозитов с алюминиевой металлической матрицей, армированной частицами: обзор. Доп. Комп. лат. 29:2633366X20

3.

Академия Google

Сиддик, А., и Гассемие, Э. (2008). «Моделирование и характеристика процесса ультразвуковой консолидации алюминиевых сплавов», в материалах Proceedings of the 2008 MRS Spring Meeting , Сан-Франциско, Калифорния, 125–132.

Академия Google

Сиддик, А., и Гассемие, Э. (2009). Теоретический и КЭ анализ ультразвуковой сварки алюминиевого сплава 3003. J. Manuf. науч. англ. 131:041007. дои: 10.1115/1.3160583

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сиддик, А., и Гассемие, Э. (2010). Заливка волокна в алюминиевый сплав 3003 с использованием процесса ультразвуковой консолидации — термомеханический анализ. Междунар. Дж. Адв. Произв. Технол. 54, 997–1009. дои: 10.1007/s00170-010-3007-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сиджо, М.Т., и Джаядеван, К.Р. (2016). Анализ композита с металлической матрицей алюминия и карбида кремния, отлитого с перемешиванием: всесторонний обзор. Технология производства. 24, 379–385. doi: 10.1016/j.protcy.2016.05.052

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сингх В.П., Патель С.К., Ранджан А. и Куриачен Б. (2020). Недавний прогресс в области сварки трением с перемешиванием в твердом состоянии алюминиево-магниевых сплавов: критический обзор. Дж. Матер. Рез. Технол. 9, 6217–6256. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.01.008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шринивасан, К., и Сентил Кумаран, С. (2020). Оценка качества сварки трением с использованием изображений сверхвысокого разрешения с помощью глубоких сверточных нейронных сетей. Матер. Сегодня проц. 22 (часть 4), 2266–2273. doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.347

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шринивасан К., Дипа Н., Винсент Д. Р.и Сентил Кумаран, С. (2020). Повышение разрешения изображений микроструктуры при сварке трением между трубами и трубными пластинами с помощью гибридной модели разреженности для улучшения диагностики дефектов на границе раздела сварных швов. Дж. Интерн. Технол. 21, 61–72.

Академия Google

Шриватсан Т.С., Ибрагим И.А., Мохамед Ф.А. и Лаверниа Э.Дж. (1991). Методы обработки композитов с металлической алюминиевой матрицей, армированных частицами. Дж. Матер. науч. 26, 5965–5978. дои: 10.1007/bf01113872

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шривьяс, П. Д., и Чару, М. С. (2018). Роль армирования в механическом и трибологическом поведении алюминиевых композитов с металлической матрицей — обзор. Матер. Сегодня проц. 5, 20041–20053. doi: 10.1016/j.matpr.2018.06.371

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Судха, К., Субрамани, Н., Виджаярагхаван, К., и Арунсанкар, В.В. (2013). Анализ и исследование композитов с металлической матрицей A2024 с B4C и графитом. Междунар. Дж. Иннов. Рез. науч. англ. Технол. 2, 4636–4642.

Академия Google

Sukumaran, K., Ravikumar, K.K., Pillai, S.G.K., Rajan, T.P.D., Ravi, M., Pillai, R.M., et al. (2008). Исследования по литью под давлением сплава Al 2124 и композита с металлической матрицей 2124-10% SiCp. Матер. науч. англ. А 490, 235–241. doi: 10.1016/j.msea.2008.01.054

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сураппа, М.К. (2003). Композиты с алюминиевой матрицей: проблемы и возможности. Садхана 28, 319–334. дои: 10.1007/bf02717141

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Суреш, К.С., Рани, М.Р., Пракасан, К., и Рудрамурти, Р. (2007). Моделирование распределения температуры при ультразвуковой сварке термопластов для различных конструкций соединений. Дж. Матер. Обработать. Технол. 186, 138–146. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2006.12.028

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Суреш С., Мортенсен А. и Нидлман А.(1993). Основы композитов с металлической матрицей, Баттерворт-. Бостон, Массачусетс: Heinemann.

Академия Google

Тахерзаде Мусавиан Р., Азари Хосрошахи Р., Яздани С., Брабазон Д. и Бустани А. Ф. (2016). Изготовление композитов с алюминиевой матрицей, армированных частицами SiC размером от нанометров до микрометров. Матер. Дизайн 89, 58–70. doi: 10.1016/j.matdes.2015.09.130

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ти, К. Л., Лу, Л.и Лай, М. О. (1999). Обработка композита Al-TiB2 на месте методом литья с перемешиванием. Дж. Матер. Обработать. Технол. 8, 513–519. doi: 10.1016/s0924-0136(99)00038-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тони Томас, А., Парамешваран, Р., Мутукришанан, А., и Кумаран, М. (2014). Разработка механизма подачи и перемешивания для литья с перемешиванием композитов с алюминиевой матрицей. Procedia Mater. науч. 5, 1182–1191.

Академия Google

Тракенмюллер, Р., Cheng, Y., Ahrens, R., Bahrs, H., Fischer, G., and Lehmann, J. (2006). Микроультразвуковая сварка: соединение химически инертных полимерных микродеталей для жидкостных компонентов и систем из одного материала. Микросист. Технол. 12, 1027–1029. doi: 10.1007/s00542-006-0136-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цудзино, Дж., и Сугимото, Э. (2014). «Ультразвуковая сварка электронных деталей и устройств с использованием длинного и тонкого сложного наконечника для вибрационной сварки», в материалах Proceedings of the IEEE International Ultrasonics Symposium 2014 , Чикаго, Иллинойс.doi: 10.1109/ultsym.2014.0232

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цудзино Дж., Хидай К., Хасегава А., Канаи Р., Мацуура Х., Мацусима К. и др. (2002). Ультразвуковая стыковая сварка образцов пластин из алюминия, алюминиевых сплавов и нержавеющей стали. Ультразвук 40, 371–374. doi: 10.1016/s0041-624x(02)00124-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цудзино Дж., Уеока Т., Хасэгава К., Фудзита Ю., Сираки Т., Окада Т. и др. (1996).Новые методы ультразвуковой сварки металлов и пластмасс. Ультразвук 34, 177–185. doi: 10.1016/0041-624x(96)81780-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ультразвуковая сварка (2009 г.). Справочник по соединению пластмасс. Бостон, Массачусетс: Elsevier, 15–35. doi: 10.1016/b978-0-8155-1581-4.50004-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ванам, Дж. П., Чирандживи, Р., Кумар, Р. С., Рамана, В. В., и Кумар, А. С. (2018). Влияние SiC на механические, микроструктурные и трибологические свойства алюминиевых ММК, обработанных литьем с перемешиванием. Конф. IOP. сер. Матер. науч. англ. 455:012017. дои: 10.1088/1757-899x/455/1/012017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Венкатеш Р., Сетхи Д., Колли В. и Саха Рой Б. (2019). Экспериментальное исследование изготовления и соединения композитов с алюминиевой матрицей. Матер. Сегодня проц. 18, 5276–5285. doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.551

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вагнер Г., Балле Ф. и Эйфлер Д. (2013). Ультразвуковая сварка алюминиевых сплавов с полимерами, армированными волокном. Доп. англ. Матер. 15, 792–803. doi: 10.1002/адем.201300043

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Wang, Q., Zhu, L., Chen, X., Yan, J., Xie, R., Li, P., et al. (2016). Соединения композитов на основе ZnAl, армированных частицами кремния, заэвтектических сплавов Al50Si с помощью пайки с использованием ультразвука. Матер. Дизайн 107, 41–46. doi: 10.1016/j.matdes.2016.05.121

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ву С., Ван Х. и Тджонг С. (1996).Механические свойства и износостойкость композита с металлической матрицей из сплава Al/Si, армированного алюмосиликатным волокном. Композ. науч. Технол. 56, 1261–1270. doi: 10.1016/s0266-3538(96)00085-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сюй З., Ян Дж., Ву Г., Конг С. и Ян С. (2005). Структура интерфейса взаимодействия ультразвуковых колебаний между сплавом Zn–Al и композитом Al2O3p/6061Al. Композ. науч. Технол. 65, 1959–1963. doi: 10.1016/j.compscitech.2005.02.004

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сюэ, К., Ю, Дж. К., и Чжу, X. М. (2011). Термические свойства композитов алмаз/SiC/Al с большими объемными долями. Матер. Дизайн 32, 4225–4229. doi: 10.1016/j.matdes.2011.04.032

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян, Дж., Сюй, З., Ши, Л., Ма, X., и Ян, С. (2011). Изготовление с помощью ультразвука армированных частицами соединений, соединяющих композиты с алюминиевой металлической матрицей. Матер.Дизайн 32, 343–347. doi: 10.1016/j.matdes.2010.06.036

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян, Ю. (2008). Изготовление композитов с металлической матрицей, армированных длинными волокнами, с использованием ультразвуковой консолидации. Кандидатская диссертация. Логан, Юта: Университет штата Юта.

Академия Google

Ян, Ю., и Ли, X. (2007). Нанопроизводство нанокомпозитов с объемной алюминиевой матрицей на основе ультразвуковой кавитации. J. Изготовитель. науч. англ. 129, 497–501.

Академия Google

Ян, Ю., Джанаки Рам, Г.Д., и Стакер, Б.Е. (2006). Оптимизация параметров процесса для ультразвуковой консолидации композитов с металлической матрицей, армированной волокном Департамент машиностроения и аэрокосмической техники 84322-4130. Логан, Юта: Университет штата Юта

Академия Google

Ян, Ю., Лан, Дж., и Ли, X. (2004). Исследование объемного нанокомпозита с алюминиевой матрицей, полученного путем ультразвукового диспергирования наноразмерных частиц SiC в расплавленном алюминиевом сплаве. Матер. науч. англ. А 380, 378–383. doi: 10.1016/j.msea.2004.03.073

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Яшпал, С., Джавалкар, К.С., Верма, А.С., и Сури, Н.М. (2017). Изготовление композитов с металлической алюминиевой матрицей и армированием частицами: обзор. Матер. Сегодня проц. 4, 2927–2936. doi: 10.1016/j.matpr.2017.02.174

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Инь, З., Тао, С., Чжоу, X., и Дин, К. (2008). Микроструктура и механические свойства композиционных покрытий Al2O3–Al, нанесенных методом плазменного напыления. Заяв. Поверхностные науки. 254, 1636–1643. doi: 10.1016/j.apsusc.2007.07.135

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юварадж Н., Аравиндан С. и Випин. (2015). Изготовление поверхностного композита Al5083/B4C путем обработки трением с перемешиванием и его трибологические характеристики. Дж. Матер. Рез. Технол. 4, 398–410. doi: 10.1016/j.jmrt.2015.02.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан Ю., Ли Дж., Чжао Л. и Ван Х. (2014).Оптимизация высокой теплопроводности композитов Al/алмаз, полученных методом инфильтрации под давлением газа, путем контроля температуры и давления инфильтрации. Дж. Матер. науч. 50, 688–696. doi: 10.1007/s10853-014-8628-y

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжу, З., Ли, К.Ю., и Ван, X. (2011). Ультразвуковая сварка разнородных металлов, AA6061 и Ti6Al4V. Междунар. Дж. Адв. Произв. Технол. 59, 569–574. doi: 10.1007/s00170-011-3534-

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.