DE1627658A1

DE1627658A1 - Ultraschall-Schweissverfahren

Info

Publication number: DE1627658A1
Application number: DE19671627658
Authority: DE
Inventors: Alexander Coucoulas
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-01-06
Filing date: 1967-08-28
Publication date: 1970-12-03
Also published as: ES344740A2; US3507033A; FR93437E; BE703110A; SE323570B; GB1181280A; NL6711844A

Description

16-27 65 β'

Western Electric Company, Incorporated 1 29 907 195 Broadway 25.8,1967

New York Ii.J* 10007
U.a.A.

Ultras cüall-Schweiia verfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen eines ersten und eines zweiten Werkstücks, wobei die Verbin= dungsf lachen der Werkstücke während des Veraehwei&ens in '

gegenseitiger Berührung gehalten und mit Ultrasohall beaufschlagt werden, insbesondere nach Patent . ... ·«· (Patentanmeldung W 40 613 Ib/49h)

Gegenstand des genannten Patentes ist ein Verfahren zum Verschweißen eines ersten Werkstückes» welches .einen auf einer Unterlage befindlichen Metallfilm aufweist* mit eisern einen Metalldraht aufweisenden zweiten Werkstück; wobei ©benfallß eine Beaufschlagung mit Ultraschall vorgesehen tat und die Schweißzonen beider Werfestücke während des Versclmeibens in.gegenseitiger Berührung gehalten werden undwebei ebenfalls mindest ens die Schweißzone des zweiten Werkstücks

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während des Verschweißens auf einer innerhalb des Warafliefibereichs sowie in an sich bekannter Weine unterhalb des nie- drigeren von den Schmelzpunkten beider Werkstücke liegenden Temperatur gehalten wird. Hierdurch ergibt sich eine Schweißverbindung mit einer gegenüber dem zweiten Werkstück höheren Festigkeit. Dieses Verfahren bezieht sich in einer besonderen Ausf uhrungsform auf das Verschweißen eines Aluminiumdrahtea mit einem auf einer Unterlage befindlichen bzw. mit dieser verbundenen Tantalfilm. Im Sinne der vorangehenden Bezeichnungsweis® entspricht dieser Aluminiumdraht dem zweiten Werkstück» während der Tantalfilm das erste Werkstück bildet. .......:"

Der für den Gegenstand des genannten Patentes wie auch der vorliegenden Zusatzerfindung wesentliche Begriff

"Warmfließbereieh* ist als derjenige Temperaturbereich bestimmt, innerhalb dessen die plastische Verformung eines Werkstoffs aicht mit einer wesentlichen Verfestigung, d.h. also einer Verförsaungsverfestigung, verbunden ist» da näm-Iieis di@ Regenerierung des Werkstoffgeftigea Bit der Verformung Schritt hält, unter "Verforaongeverfeetigang" ist im vorliegenden Zusammenhaag eine Zunahm· der Härte und Festigköit dee Warkatoffs durch plastische Verformung zu verstehen.

Unter "Sefoweiözone* wird im vorliegenden Zusamocanang jener Abschnitt des zweiten Werkstücks verstanden, der während des Ultraschall-Sch'weiiavorganges eine Verformung

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erfahrt. Ira ünteröchied dazu wird unter ''Verbindungsfläche¹¹ der Jeweils-mit dem anderen Werkstück ir Berührung stehende bzw« in Verbindung tretende Oberflächenabachnitt eines Werkatücks verstanden-..-..

Die voi'liegende ZuaatEerfindung beruht auf der Erkenntnis, daü besondere Vorteile durch Anvfendung--d.es Ultraschall-Schweiüverfahrens auf ein aus Kupfer bestehendes zweites Werkstück erzielbar sind. Diese Vorteile sind nicht auf die Anwendung des Verfahrens auf einen KetalIfilm: als erstes Werkstück beschränkt, weshalb der Gegenstand der voxliegen« den Zuaatzerfiiidunß in gewiaaer Richtung über denjenigen des Bauptpatentes hinaus geht. Demgemaö kanniveicbnet sich das .Verfahren geinäia vorliegender Zusatz Erfindung im Zuaaniraenhahg mit den eingangs genannten Verfalirenaaierkmalen sowie Ina besondere in. Verbindung mit den Merkmalen dee Verfahrens mich dem Hauptpatent dadurch, dato bsi einem aus Kupfer bestehenden aweiten fferkstuck mindoatenu die Schweifazone dieses iYerkstücks auf einer Temperatitrgihaiten wird, die innerhalb des Warmflietobereicha des Materials dieses Werkstücks sowie unterhalb des Schmelzpunktes üesniedriger schmelzenden Materials beider Werkätücke gehalten wird> Dabei hat ea sich weiterhin herausgeoteilt, daio auch das

Verfahren nach vorliegender Zusatzerfind-ing in der Anwendung auf das Verschweißen von Metallfilmen wiederum besondere Vorteile mit sich bringt.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Hierin zeigt;
Pig, 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungogemäloen Verfahrens mit den zugehörigen Werkstücken und Zuführeinrichtungen für Gas und/oder Wärme an einem der Werkstücke,

Fig. 2 ein Spannungs-VerforEiungadiagraKJUi für einen beispielhaften Werkstoff mit Verformungskurven für drei verschiedene Temperaturen 1!., 0.¹Jj und T„_r

Pig. 3 ein Diagramm der 9O^Q-Zugfcistigk€:it in Gramm von Kupferdrähten, die mit Pd/Cn/NiCr/Tia₂K-Filmen auf unglasierter Aluralniumunttrlage verschweißt waren, über der Schweißtemperatür,

Pig« 4 ein Stufendiagramm der Frequenzabhängigkeit der 90⁰-Zugfeatigkeit in Gramm von Kupferdrähten, die mit mehrschichtigen Filmen auf einer Aluminiumun-terläge verschweißt waren, und

Fig. 5 - 7 je eine vergrößerte Schnittfotografie des Werkstoff gefüges im Bereich der Schweißverbindung von Kupferdrähten mit filmen auf einer unglasierten Aluminiumunterlage.

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Fig. 1 zeigt einen Kupferdraht 13, der mit einem auf eine Glasunterlage 11 aufgesprühten Tantalfilm 12 verschweißt Werden soll. Der itüpferdraht 13 wird vor und während der Beaufschlagung mit Ultraschall auf eine Temperatur innerhalb des Warmfließbereichs erwärmt, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes beider Werkstücke gehalten. Hierdurch wird erfahrungsgemäß die Qualität der Schweißverbindung

wesentlich verbessert.

Die Schweißzone umfaßt einen Volumenabschnitt dea Werk« stiicks 13, welches sich von der Berührungsfläche zwischen diesem Werkstück und der Schweißspitze 27 bis zuder Berührungsfläche zwischen dem zweiten Werkstück 13 und dem ersten Werkstück 11, 12 erstreckt, sowie auch jenen^^ Volume na beschnitt des zweiten Werkstücks, der bis zur Beendigung des Schweißvorganges eine Verformung erfährt „ ·

I - Ultraschall-Schv/eißverfahren mit Erwärmung

1. Das erste Werkstück wird im, Beispielsfall durch die Unterlage U mit dem aufgesprühten Tantalfilra 12 gebildet. Dieses Werkstück wird ingeeigneter Weise auf einer Arbeitsplatte IO aufgespannt.

2o Dar das zweite Werkstück bildende Kupferdraht 15 wird , unter der Schweiöspitze 27 einer Sonotrode 26 ausgerichtet.

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Die vorgesehene Verbindungafläche des zweiten Werkstücke wird auf diejenige des ersten Werkstücks "11, 12 gelegt. In dieser Lage wird auch .das zweite Werkstück feetgeqpannt.

3. Über die Sonotrode 26 wird eine ausreichende Anpreiskraft eingeleitet» welche den Kupferdraht 13 beim Einleiten der ültraschallschwingungen in Berührung mit dem Tantalfilm 12 hält. Diese Anpreökraft wird senkrecht zu der Berührungsfläche zwischen Kupferdraht und Film eingeleitet.

4. Wenigstens die Schweißzone des -Kupferdrahtes wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der fiährend der Verformung

keine wesentliche Verfestigung auftritt<, Die hierzu erforderliche Wärme kann in üblicher Weise zugeführt werden. Z.B. kann eine Widerstandsheizung über eine mit dem Kupferdraht verbundene Leitung Jl und eine mit der Sonotrode verbundene Leitung 32 verwendet werden» Par den Anschluß dieser Leitungen kommen übliche Verbindungselemente in Betracht, z.B. Krokodilklemmen o.dgl. Von einer entsprechenden Stromquelle fließt der Heizstrom aber Leitung 32, Sonotrode 26, Schneidspitze 27, Berührungsfläche zwischen Schneidspitze und zweitem Werkstück, letzteres selbst und aber Leitung zurück säur Stromquelle. Durch Überwachung mit Thermoelementen läßt sich die erforderliche Gröise und Einwirkdauer des Heizstromes zur Einstellung einer Temperatur innerhalb des

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ohne Schwierigkeit eireichen und experimentell festlegen. Eei der Verarbeitung gleicher Werkstücke und Materialien in gröberer Stückzahl_f a.B. in der Massenfertigung, können die go ermittelten ilferte ohne weitere Temperaturkontrolle angewendet werfen. Andere geeignete Heizverfahren, wie κ,13. eine Gasheizung, !lomiaen ebenfalls in Betracht« Hierfür ist in Big, 1 beiepialsweiae eine DÜoe 50 önnefioutet, Über welche das etwa !Kittels einer Widern βtanööheizung erwärmte Gas an dieSchweiiV?,one geleitet wird. Auch hi or lassen",sich-, ."die gewünschten Teraoeraturwerte durch entspreehßnäe Regulierung .-der elektriachea Heizung unter BerUolcBichtxgimg der ii:3geachwindigkelt ohm Gehwierigkeit ein-' stellen. «Ic lieiamittel kommt s,B. Wa sa or α toi Ϊ oder aus 90 ί> Stickstoff und 10 £ v/aaaeratoff beHtDheiideD t'ortnlergae als geeigi'iet in Betracht. Die iittw&nduttg uiner aülchen GaaatraOQßhäx'clmt verfächiedene Vorteile ,für den 3chwt;iiiprozego_f vor allem eir.« Verringerung-.des Oxydatioriapötantials an den Bertthrungafläohen und eine; wirksaiae Jiad.u!ctxon von im Bereich

der · Schweikzone vorhandenen Oxyd^Ouerflacl.enochichten. Auch eine iixerte öagßtmo32}häre_t z.B. aas Argon* unterstützt die Entferr.uBg von Oxydsehichten, indem siäalich der Gleichgewicht s-Partialdruck des Sattei'ötoffs an der Ooerflache verringert fcsw. aufgehol)en wird_r ivodurch die Oxydschienten zum Aufbrechen gebracht werden. Eine weitere .vörteilha-fte. Wirkung einer solchen Gasatraosphäre besteht möglicherweise darin,

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dais die Freilegung der im Entstehungazustand befindlichen freien Metalloberflächen unterstützt und damit die Kriech" geschwindigkeit erhöht sowie die Verformung erleichtert wird (a. Sweetland et al. "Effect of Surface Condition on Creep of Some Commercial Metals", Journal of Applied Mechanics j Vol. 20, März 1953) ·. Die jeneile angewendete Gas&teiQsphäre kann, in der erwähnten Weise erhitzt und als

Wärmequelle benutzt werden· Zur Einstellung der Temperatur

unter den abgegebenen Bedingungen läßt sich ferner eine Infrarotheisaag wie auch eine Verbindung von Widerstands- und Gasheissong ο «dgl. anwenden.

5. Wenn Sie Scbweißzone dea zweiten Werketüeks im Warmfliebbereieh angelangt "ist, kann die Übertragung der Schwingungsenergie too einem entsprechenden Generator über Leitungen 23» 24 und einen Übertrager 25 zur Sonotrode 26 sowie zur Schweißspitze 27 eingeschaltet werden· Solche Einrichtungen zur ültraseiffillerseagung und -Übertragung sind allgemein bekannt und daher-Imeinzelnen nicht dargestellt. Die UltrascballechwißguBgea werden senkrecht zur Anpreßkraft an den Werketückea mit zur Verschweißung ausreichender Intensität eingeleitet. Die Ultraschallbeaufschlagung wird bei fortdauernder Erwärmung sind Einhaltung des Warmflleßberelcbs im Kapferäraht 13 vorgenommen.. Gegebenenfalls wird durch eine geeignete Zeitsteuerung sichergestellt, dais die Werkstücke vor der tJl-lfffegreiiallbeaufschlagung die erforderliche Temperatur angenommen haben. ·

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6. Nach einer entsprechenden Einwirkdauer wird die Ultra-8challbeaufschlagung abgeschaltet, wobei in manchen Fällen gleichzeitig auch die Heizung der Schweißzone beendet werden kann· Zum Ausglühen kann die Heizung jedoch auch für eine gewisse Zeitdauer nachträglich eingeschaltet bleiben. Durch Benutzung einer geeigneten Zeitsteuerung läßt sich der jeweils gewünschte Arbeitsvorgang selbsttätig durchführen.

II - Warmfließtemperatur und Warmfließbereich

Gemäß dem Diagramm nach fig. 2 ist für eine gegebene Belastungsgeschwindigkeit die für eine bestimmte Verformung erforderliche Spannung bei niedrigerer ismperatür größer als

bei höheren Temperaturen. Die Spannungs-Verforiaungakurve kann als resultierende der das Sielten innerhalb des kristallinen Gefüges begleitenden Verfestigung einerseits und der Erweichung des Werkstoffes durch Regenerierung des Gefügig andererseits betrachtet werden. Bei--einer niedrigeren Temperatur T₄ findet diese R@gQE@ri@runs langsam statt OBä."öle festigusg tiiff sine gegebene Verformung Somit starke Bei einer höheren Temperatur' T_n läuft die - E©s©a©rierung mit @in@r teSfeerea Gesgteiadigkeit ab, Sie &i®ä iQE¹J©Eige® i®r Verf«stlguag nähert. Bei einer noch höherem Τ®©ρ©γ©οΘγ Τ*, stellt sich eine gleiche Geschwindigkeit beider taglsig® ein, weshalb äi® Sp@ßEimga~Verf®rau2igskurve ί&τ Si@:@©n

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in einen horizontalen Zweig übergeht α In diesem Bereich kann die Verformung unbegrenzt fortgesetzt werden, da die

Regen©rieang des GefÜges mit der Verformung Schritt hält. Die Tempsratur, bei welcher dieser Zustand eintritt, ist die "Warrafließtemperatur¹¹· Diese Temperatur ist jedoch von Probestück zu Probestück nicht völlig unveränderlich, d.h. also kein absoluter Werkstoffkennwert wie Schmelz« und Siedepunkt von Metallen. Die Warmflienteniperatur ist vielmehr in gewissem Maße von dsm Reinheitsgrad des Werkstoffes und von der Bearbeitungs- und BehandlungsVorgeschichte des jeweiligen. Werkstücks abhängig.

Die Verformung eines Werkstücks während der Ultraschall-Schweüaung ohne äakere Erwärmung kann nachteilig sein, da das Werkstück mechanische Energie durch Kaltverformung aufnimmt. Eine solch© Kaltverformung., tritt unterhalb derjenigen Tempe-

ratargrenze aof, bei welcher die Regenerierung des Werkstoffgefüges wirksam wird. Die Spannungs-Verformungskurven für die Temperaiaresi. f. und ü?_B in fig. 2 steigen mit zunehmender Verformung-an Eaö.fii&rea s.B, bei© Punkt X zum Bruch. Das Ausmaß dar erreichbaren Kaltverformung ist daher begrenzt, und z^ar entweder duroh di® Grenze d©r für die Verformung verfügbaren Kraft oder durch die Erreichung'der Brachgrenze. to j©i@a Werkstück besteht ein niedrigster Wert der WarnfXleßtemperatur,.-. bei dem das erläuterte Schritthalten zwischen Verformungeverfestigung und Gr@fügereg®ner£@rusig

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erreicht let* Aus den vorangehendon Erläuterungen ergibt sich jedoch weiterhin» daß diese Bedingungen in einem weiten Temperaturbereich oberhalb dieses MiMd@ete©rt@s erfüllt sind, eben in dem '•Warmfli.efcibereich¹'.

III - Obere lemperaturgrenze

Ein anderer Paktor» der beim Erwärmen von Kupfer lsi Warmflieöbereich in Betracht gesogen, werden aoö, ist die s»lasaige Maximaltemperatur* Meee bestimmt "-sieSs aus'folgenden ©caichtepunkten ϊ *

1* Der Settfneläspunkt des Sapferdrahtea „

(a) Infolge der beim - Erreichen. deo Schaelsgusskits entfallen* den Festigkeit des Werkstoffs würde die Son©trod« hierbei den zu verschweiöenden Küpferdraht fitarehdriagsn sand die Verbindung mit dem Töntalfilm zerstören.

(b) Durch das Schmelzen verliert der Kupferdraht seine form und wird im allgemeinen unbrauchbar, insbesondere für seinen Verwendungszweck als elektrischer leiter mit möglichst gerin-

gem Widerstand«

2« Eine weitere Temperaturgrenze istdurch das Eißtrttsn unerwünschter terformungen der m»B. aus Glas Unterlage oder durch Eintritt einer BeschädigÜBsg OLm erete Werkstück bildenden Filmes gegeben. . 5 ο Weiterhin ist eine obere" Temperatargrenz© beip@ita erreicht» wenn die erforderliche Festigkeit des Etxpferdrahtes

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unterschritten wird und eine unzulässige Verformung während dee Schweißvorgangea eintreten kann.

IV - Vorteile

Durch das Erwärmen des Kupferwerketücks vor und während des Ultraschallschweißens in dem Warmfließbereich ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

1. Die zum Verschweißen von Kupfer und Tantal erforderliche Ultraschall-Leistung nimmt durch die Erwärmung in dem Warm· fließbereich vor und nährend des Ultraschallschweißens ab.

2. Bursh die Erwärmung des Kupfers in dem Warmfließbereich wird: öle aber den Tantalfilm auf die Unterlage, z.B. Glas, iiber t rs gene S chwingungs energie wesentlich vermindert, da der im plastischen Zustand befindliche Kupferdraht zum Verschweißen eia® geringere Ultraschall»Leistung benötigt und da f©ris©r die größere Weichheit des Kupfers weniger Sehwiegußgsenergie zur Unterlage gelangen läßt. Demgemäß ist die Gefanr einer Beschädigung oder Zerstörung der Unterlage geringer.

3. Die Erhöhung, des elektrischen Widerstandes in der Umgebung der Sctoweifizone des Kupferdrahtes wird durch die Überführung iia den Warmfließbereich auf ein Minimum gebracht, da praktisch keine Kaltverformung des Kupfers eintritt.

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4. Es wird eine größere Berührungsfläche zwischen dem Kupfer und dem Tantalfilm erreicht, d.h. die mechanische Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit in der Berührungsfläche erhöht. '

5. Durch die erhöhte Temperatur der Schweißzone vor und während des Schweißvorganges wird die Anwesenheit von flüchtigen Verunreinigungen zwischen den Verbindungsflächen vermindert.

6. Der Betrag an elastischer Rückverformung nach dem Ver» schweißen wird auf ein Minimum gebracht, da sich das Kupfer während des Schweißvorganges in hochplästischem Zustand befindet. Dies läßt sich in Fig. 2 veranschaulichen. Der linke Anfangsbereich der hier dargestellten Kurven entspricht dem linearen Bereich, in welchem das Hook*sehe Gesetz gilt. Wenn ein Teil der Schweißzone in diesem elastischen Bereich verbleibt, so tritt eine teilweise elastische Rückverformung auf, wodurch sich Schweißspannungen und Beeinträchtigungen der Schweißverbindung ergeben·

7. Endlich wird die Gefahr des Auftretens von kristallinen Gefügefehlern und Mlkrorissen sowohl in der Filmunterlage (Glas) wie auch im Kupferdraht vermindert.

Es wurden eingehende Versuche zur Prüfung der erzielten Schweißverbindungen und der Auswirkungen der erhöhten Temperatur beim SchweißVorgang sowie zur Bestimmung des Ausmaßes der Rekristallisation durchgeführt.

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Theoretisch labt sich zeigen, daü die Rekristallisation in einem vergleichsweise kurzen Zeitabschnitt des Schweiüvorganges eintreten kann. Dies läßt sich durch Extrapolieren der isothermen Rekristallisationskurven erreichen. Ferner sind exponentiell Geschwindjlgteitsgleichungen für eine 50#Lge Rekristallisation von 99,999 ^-Kupfer mit einem Verformungsgrad von 98 fi abgeleitet (Decker et al. ΛΙΜΕ Transactions, Vol. 191, Seite 548, 1951). Hiernach wurde die AuoglUhzeit als Funktion der Temperatur gemäß der folgenden Tabelle I für 99»999#-Kupfer und OFHCKupfer berechnet.

	Tabelle I-	99,999^,-Cu	X	ίο'
		1,74	X	ΙΟ"¹
Temperaturen	Auswirkungen der Temperatur auf die 50^-Rekristallisationszeit	6,62	X X	ΙΟ"? ΙΟ"?
		2,25 6,32	X	ΙΟ"⁶
25		4,67	X	10"^T
100		6,32
200 300
400	⁰C 50SS=Rekristallisationszeit in —- Minuten
500 '	OFHC-Cu
4,95 x 10³
1,88
7,25 x 10⁼⁵ 1,79 x 10"⁴
1,33 x 10"⁵
1,79 x 10~⁶

Da die meisten Ültraschall-Sehweißvorgänge nicht wesentlich länger als 2 - 3 Sekunden andauern, laut sich aus Tabelle I abschätzen, daß eine Schweißung oberhalb 20O⁰C eine genügende Zeitdauer für eins wenigstens teilweise

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Bildung von spannungsfreien Kris tall isationskö'rnern in einem normalen SchweißVorgang ermöglicht« während höhere Temperaturen zu einer im wesentlichen vollständigen Rekristallisation fuhren. .

Bei den durchgeführten Versuchsreihen wurde eine handelsübliche Oltraachall-Schwelbvorrichtung von 100 w Leistung bei einer Schweißzeit von 1 Sekunde und mit einer geringen Leistungseinsteilung auf 18 Hf sowie mit einer Anpreökraft yön etwa 5 kp verwendet· Drähte aus 99>999 #™Cu. wurden ia Argon kugelpoliert und zur Vermeidung möglicher Oiierfläeheaoxydation schwach geätzt. Bin dünner film aus M/Ge^iCf/Ta₂IT wurde auf unglasiertes Aluminium als Unterlage aufgebracht. Die Vorwärmzefit betrug etwa,\3 Stkonden« Mit einem fcugelpelierten Ghroiael-Alumel-Thei'siöeltaeRt wurden verschiedene Schweißtemperaturen eingestellt. BIe Sehweiß^rsuche würden in Luft und Pormiergas durchgeführt. Die so hergestellten Schweißverbindungen wurden einep 9ö^-2ügprüfang unterworfen, deren Ergebnis die Kurven dee Diagramme in Fig. 3 wieder-« geben. Die Kurve für die in Luft hergestellten Schweißverbindungen 1st strichliert, diejenige für in lOrmiergas hergestellte Schweißverbindungen als durchgehende Linie wieder-' gegeben. Aus diesem Diagramm ergibt sich, dafc eine "ZunahiBe der Festigkeit der Schweiöverblndungett im Bereich w 175° C 200⁰G eintritt. Die geringe Abnahme der Festigkeit bei höfeeren Temperaturen kann auf Ausglühen oder itornwachstum im Gefüge des Kupferdrahtea mit Abstand von der Schweliaver-

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bindung zurückzuführen aein, wo auch jeweils der Bruch auftrat. Obwohl die Kurven mit geringem Abstand voneinander ver laufen, ist hervorzuheben) daß die in Formiergas bei einer Temperatur von über 200⁰C hergestellten Schweißverbindungen eine gleichmäßigere Zugfestigkeit aufweisen als die In Luft oberhalb der gleichen Temperatur hergestellten Schweifverbindungen.» " Ferner weisen die In einem Temperaturbereich von 175⁰O c 2QQ⁰O Iss Storniertes hergestellte^ So&weiovsrbiftoan» g©a (f esö F°) eiae l@a@3?l£QBiw@rt höhere 2ugf©stigtestt &u£ al© die im Laf.t hedgest©llt@B SstoeifeTsrbiaöesigoa. (A aaö A⁸Io

voa'404-°C (Im Bereich Vojs 36O⁰C - 45S⁰C) verschreibt,

4 sBsfg@tr®g@a.ö Bio

isas-slsscfesiittiiehen XSrabifestigkeit allen Fällen traten die den fersuch Ftteler früher im Draht als in der Schweißverbindung

auf. ·

Bei einer ähnlichen Versuchsreihe an 50 in gleicher Weiae, jedoch ohne vorangehenden Ätzen und Kugelpolieren der Drähte hergestellten Schweißverbindungen wurde eine durchschnittliche Zugfestigkeit von immer noch 1200 Gramm festgestellt, wobei sich jedoch eine etwas gröbere Streuung in beiden Richtungen ergab. ,

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Proben aus den verschiedenen Versuchsreihen wurden auch metallographisch untersucht. Durch bloße UltrEschalt-Schweißung hergestellt« Verbindungen zeigten eindeutige Verformungsmarken und Kaltverformung innerhalb der einzelnen Kornbereiche des Gefüges, wie sich aus Fig, 5 ergibt. Die in einem Temperaturbereich von 150⁰C - 200⁰C verschweißten Proben zeigten teilweise Rekristallisation in jenem Bereich, der bei den kaltverschweißten Proben die größte Anzahl von Verformungsmarken aufwies (s. Fig. 6). Die bei höherer Temperatur verschweißten Proben zeigten vollständige Rekristallisationsstrukturen. Fig. 7 zeigt die Mikrofotografie eines solchen Gefügesehnittes. Die Schwalßtemperatur dieser Probe betrug 55O⁰C. Bemerkenswert hierin ist außer den gleichachsigen spannungsfreien Gefiigekörnern vor allem auch die Gleichförmigkeit des Überganges vom Kupfer zur Oberfläche des Films. Die «ledergegebenen Gefügeschnitte wurden mit Ammoniumhydroxyd-Wasserstoffperoxyd geätzt. Die Vergrößerung der Gefugebilder beträgt etwa 200.

Claims

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1. Verfahren zum Verschweißen eines ersten, und eines zweiten fterks.tü.cks, wobei die Verbindungoflachen der Werkstücke wahrend des Verschweltoens in gegenseitiger Berührung gehalten und mit ultraschall beaufschlagt werden, insbesondere nach Patent . .*.'..-.' (Patentanmeldung W 40 615 Ib/49h), dadurch gekennzeichnet, dals bei einem aus Kupfer bestehenden zweiten Werkstuck (13) mindestens die Sehweifazone dieses Werkstücks auf einer Temperatur gehalten wird, die innerhalb des Warnifllefibereichs des Materials dieses Werkstücks sowie unterhalb des Schmelzpunktes des niedriger schmelzenden Materials beider Werkstücke (11, 12 bzw. 13) gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s dais die Temperatur der Schweilszone während des Schweittvorganges wenigstens 200⁰C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der Verbindungabereich während des Sch we ils Vorganges mit einem Inerten oder reduzierenden Gas beaufschlagt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dais ala reduslerendea Gas Wasserstoff oder iOruiorgae verwendet wird. " : . ; - "';■■_■■ -.''■". ;. Λ

5, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ala inertes Gas Argon verwendet wird.

8. Verfahren-nach *in«R .ftes wor*a«tfeend«B Äi^psüeks, gesann- »eichnet dorch die Aneeadeiig auf «in «rat·» WerStatiicSc, welches einen auf einer unterlage (11) befindlichen Metallfilm (12) uafafat, und auf ein eue £upferdraht beefabendes zweites fferkatUck.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (11) aus Glas oder Keramik besteht.

10. Verfahren nach Ansprach 8 oder 9_f dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (I2) aus einer dünnen Tantalschicht besteht. .

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadorob gekennzeichnet„ daß die Beaufschlagung mit Ultraschallschwingungen mittels einer Schweifteρitze (27) erfolgt·

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, die Verbindungsflächen durch eine auf die Schweißspitze (27) einwirkende AnpreJakraft miteinander in Berührung gehalten werden.

. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungen senkrecht zur Richtung der Anprafekraft eingebracht werden.

14. Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daft 'in der SchweiJazone eine nach Höhe und Einwirkdauer zur Rekristallisation der Schwel&sone ausreichende Temperatur eingestellt wird.

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Le e rs e i te