DE2937538A1

DE2937538A1 - Control of ultrasonic welding by monitoring acoustic impedance - esp. when welding high power electric contact onto its carrier

Info

Publication number: DE2937538A1
Application number: DE19792937538
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dr. 8000 München Mengelberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Mengelberg Hans-Dieter Dr 8000 Muenchen De
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1979-09-17
Publication date: 1981-03-19

Abstract

During welding, the acoustic impedance (AI) is monitored and used to switch off the excitation coil (9) producing the ultrasonic energy. The (AI) is pref. determined by measuring the phase displacement between the frequency of the ultrasonic vibrator (1) and the frequency of coil (9). The amplitudes of the signals received from the vibrator and coil (1,9) are pref. adjusted to similar magnitudes and displayed on a cathode ray tube monitored by photoelectric cells; and a rapid alteration in the (AI) is used to switch off coil (9). The weld has a low resistance to the passage of electric current.

Description

Verfahren zur Steuerung von Untraschal'-SchweiBvoraan2enMethod for controlling Untraschal 'weld fronts

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Ultraschal'-Schwei3voränAen.The invention relates to a method for controlling ultrasonic welding heads.

Ultraschall-Reibscnweißverfahren werden vornehmlich dort eingesetzt, wenn aus verschiedenen Materialien bestehende Teile miteinander verbunden werden sollen. Ein besonderer Anwendungsfall ist beispielsweise die Herstellung von Leistungskontakten, wo ein Kontaktstück mit guten elektrischen Eigenschaften mit einem Kontaktträger mit guten mechanischen Eigenschaften verbunden werden soll, wobei zwischen Kontaktstück und Kontaktträger ein möglichst geringer Ubergangswiderstand vorhanden sein soll. Ein geringer Übergangswiderstand wird naturgemäß durch eine gute Schweißverbindung gewäbrleistet. Beim Ultraschall-Reibschweißen wird die Ultraschallenergie durch ein Schwingsystem auf die Schweißstelle übertragen. Praktisch geht dies so vor sich, daß ein Kontaktstück von einer Aufnahmevorrichtung eines Ultraschallschwingers kraftschlüssig erfaßt und auf einen festeingespannten Kontaktträger gedrückt wird. Durch intensive Hin- und Herbewegung des Kontaktstückes mit der Frequenz der Ultraschallerregung wird die zum Verschweißen nötige Reibungswärme erzeugt. Sobald die Schmelztemperatur auf einem genügend großen Anteil der Verbindungsfuge erreicht ist, muß die Ultraschallenergie abgeschaltet werden, da mit zunehmender Verflüssigung der Reibwiderstand abnimmt, und, da keine Reibungswärme mehr erzeugt wird, eine Verfestigung der Verbindungsstelle eintritt.Ultrasonic friction welding processes are mainly used there, when parts made of different materials are joined together should. A special application is, for example, the production of power contacts, where a contact piece with good electrical properties with a contact carrier to be connected with good mechanical properties, with between contact piece and contact carriers should have the lowest possible contact resistance. A low contact resistance is naturally achieved by a good welded connection guaranteed. In the case of ultrasonic friction welding, the ultrasonic energy is passed through transmit a vibration system to the welding point. In practice it goes like this that a contact piece of a receiving device one Ultrasonic vibrator is detected positively and pressed onto a firmly clamped contact carrier. By intensive back and forth movement of the contact piece with the frequency of the ultrasonic excitation the frictional heat required for welding is generated. Once the melting temperature is reached on a sufficiently large proportion of the joint, the ultrasonic energy must switched off, as the frictional resistance decreases with increasing liquefaction, and, since frictional heat is no longer generated, solidification of the joint entry.

Der Abschaltzeitpunkt der Ultraschallenergie ist daher von erheblicher Bedeutung, da bei zu früher Abschaltung eine ungenügende Verfestigung der Schweißstelle eintritt und bei zu langer Ultraschallbeanspruchung eine an sich gute Schweißung durch Zerrüttung wieder verschlechtert wird. Der Abschaltzeitpunkt, dh. die Schweißzeit, wurde bisher empirisch dadurch ermittelt daß die Schweißverbindungen eine notwendigerweise harte Scherbeanspruchung ohne erkennbaren Schaden und mit guter Ausbeute überstehen müssen.The point in time when the ultrasonic energy is switched off is therefore of considerable importance Significance, since switching off too early results in insufficient consolidation of the welding point occurs and, if the ultrasonic exposure is too long, a good weld in itself is worsened again by disruption. The switch-off time, ie. the welding time, has so far been determined empirically that the welded joints necessarily Withstand tough shear stresses without any noticeable damage and with a good yield have to.

Nachteilig bei dieser bekannten Verfahrensweise ist, daß die empirische Zeitvorgabe Schwankungen der Schweißbedingungen von Stück zu Stück nicht berücksichtigen kann und bei Wechsel des Produktionsprogramms stets neu ermittelt werden muß. Aus diesem Grunde werden die nach diesem Verfahren hergestellten Schweißverbindungen durch eine entsprechende Scherbeanspruchung der Schweißfuge geprüft. Durch diese Prüfung besteht wiederum die Gefahr, daß an sich gute Schweißungen in der Schweißfuge soweit vorgeschädigt werden, daß sie zwar nicht sofort als fehlerhaft erkennbar sind, aber später, wenn die durch die Prüfung erzeugte Verfestigung der Schweißstelle (plastische Verformung) durch Erholung abgebaut ist, im praktischen Einsatz mit dann schwerwiegenden Folgen zum endgültigen Ausfall des Bauteiles führen.The disadvantage of this known procedure is that the empirical Timing does not take into account fluctuations in welding conditions from piece to piece can and must always be determined again when changing the production program. the end This is the reason why the welded joints produced by this method are used checked by applying a corresponding shear stress to the weld joint. Through this Check there is again the risk that the welds in the weld joint are good to the extent that they are not immediately recognizable as defective but later when the weld hardening produced by the test (plastic deformation) is degraded by recovery, in practical use with then lead to serious consequences for the final failure of the component.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Ultraschall-Schweißvorgänge zur Erzielung optimaler Schweißverbindungen besser gesteuert werden können. Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Änderung der akustischen Impedanz überwacht und zur Abschaltung der Ultraschallerregung verwendet wird.The invention is therefore based on the object of creating a method with which the ultrasonic welding processes to achieve optimal welded joints can be better controlled. This object is achieved with the method according to the invention solved in that the change in acoustic impedance is monitored and switched off ultrasonic excitation is used.

Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß sich der Abschlußwiderstand der akustischen Kette dann erheblich verändert, wenn die Reibungsbelastung zu Beginn des Schweißvorganges in den Zustand der federnden Ankopplung beim Verfestigen der Schweißfuge (an eine praktisch unendlich große Masse der Aufnahmevorrichtung) übergeht. Diese Impedanzänderung kann durch Vergleich mit einem Bezugspegel zum Abschalten der Erregung benutzt werden. Auf diese Weise wird aus der individuellen Schweißstelle eine Steuergröße abgeleitet, so daß sich zu kurze Schweißzeiten mit ungenügender Festigkeit ebenso vermeiden lassen wie zulange Ultraschallbeanspruchun gen mit der Folge von Zerrüttung einer an sich guten Schweißung unter sekundärer Verschlechterung der Festigkeit.Use is made here of the fact that the terminating resistor the acoustic chain then changes significantly when the frictional load begins of the welding process in the state of the resilient coupling when solidifying the Weld joint (to a practically infinitely large mass of the receiving device) passes. This change in impedance can be switched off by comparison with a reference level of excitement. This is how the individual welding point becomes a control variable derived so that too short welding times with insufficient Avoid strength as well as excessive exposure to ultrasound with the Result of the breakdown of a weld that is good in itself with secondary deterioration of strength.

Auf einfache Weise kann die akustische Impedanz dadurch ermittelt werden, daß die Phasenverschiebung durch an sich bekannte Phasenmeßeinrichtungen gemessen wird. Aus ihrer Änderung kann ein Signal zur Beeindigung der Ultraschalleinwirkung zum optimalen Zeitpunkt abgeleitet werden.The acoustic impedance can thereby be determined in a simple manner be that the phase shift by phase measuring devices known per se is measured. From their change, a signal to stop the ultrasound exposure can be generated can be derived at the optimal point in time.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Ultraschall-Reibschweißanlage, Figur 2 ein akustisches Ersatzbild der Ultraschall-Reibschweißanlage gemäß Figur 1 und Figur 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Figur 2.The method according to the invention is explained in more detail with the aid of the drawing. They show: FIG. 1 the basic structure of an ultrasonic friction welding system, figure 2 shows an acoustic substitute image of the ultrasonic friction welding system according to FIG. 1 and FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram of the arrangement according to FIG. 2.

Mit 1 ist ein Ultraschallschwinger bezeichnet, dessen sich verjüngender Teil als Amplitudentransformator dient. Das vordere freie Ende 2 dieses Schwingers 1 dient als Aufnehmer für ein Kontaktstück 3, welches unter einem vorgegebenen Druck gegen einen Kontaktträger 4 gedrückt wird, welcher auf einer Unterlage 5 ortsfest gehalten ist. Das hintere Ende 6 des Ultraschallschwingers 1 ist mit Hilfe elastischer Aufhängungen 7 bei 8 festgelegt. Eine Schwingspule 9 dient zur Erregung des Ultraschallschwingers 1.1 with an ultrasonic transducer is referred to, whose tapered Part serves as an amplitude transformer. The front free end 2 of this oscillator 1 serves as a sensor for a contact piece 3, which under a predetermined pressure is pressed against a contact carrier 4, which is stationary on a base 5 is held. The rear end 6 of the ultrasonic oscillator 1 is more elastic with the aid of Suspensions 7 fixed at 8. A voice coil 9 is used to excite the ultrasonic vibrator 1.

Mit 10 sind Anschlußleitungen für die Schwingspule 9 bezeichnet.With 10 connecting lines for the voice coil 9 are designated.

Durch Erregung der Schwingspule 9 mit entsprechender Frequenz im Ultraschallbereich schwingt der Ultraschallschwinger 1 in Pfeilrichtung 11 hin und her, wobei das gegen den Kontaktträger 4 gedrückte Kontaktstück 3 entsprechend mitgeführt wird. Infolge der Reibung zwischen Kontaktstück 2 und Kontaktträger 4 wird die zum Verschweißen nötige Reibungswärme erzeugt. Damit einher geht die Änderung der Materialeigenschaften der Reibpartner, wobei sich der Reibkoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, bis schließlich eine Verfestigung der Schweißstelle eintritt. Akustisch bedeutet das den Uebergang von der reinen Reibungsankopplung bei Beiginn der Ultraschallerregung zur reinen Federungskopplung des Ultraschallschwingers 1 an den Kontaktträger 4 und damit an eine große Masse gegen Ende des Vorgangs.By exciting the voice coil 9 with a corresponding frequency in the ultrasonic range the ultrasonic oscillator 1 oscillates back and forth in the direction of the arrow 11, with the opposite the contact carrier 4 pressed contact piece 3 is carried along accordingly. As a result the friction between contact piece 2 and contact carrier 4 is necessary for welding necessary frictional heat generated. This is accompanied by a change in the material properties the friction partner, the coefficient of friction depending on the temperature changes until the weld finally solidifies. Acoustically this means the transition from the pure friction coupling at the beginning of the ultrasonic excitation for pure spring coupling of the ultrasonic oscillator 1 to the contact carrier 4 and thus to a large crowd towards the end of the process.

Dabei ändert sich der akustische Abschlußwiderstand, dh.The acoustic terminating resistance changes, ie.

die Impedanz der Erregung. Art und Ausmaß dieser Änderung läßt sich formelmäßig anhand der Ersatzschaltbilder gemäß Figur 2 und 3 beschreiben.the impedance of the excitation. The nature and extent of this change can be determined formula based on the equivalent circuit diagrams according to Figure 2 and 3 describe.

In Figur 2 ist mit 12 ein Antrieb bezeichnet, der die Schwingspule 9 gemäß Figur 1 symbolisiert. 13 stellt die Masse, 14 die Federung und 15 die Dämpfung des Ultraschallschwingsystems dar. Mit diesem System ist über ein Koppelglied 16 ein weiteres Schwingsystem verbunden, das dem sich verjüngenden Teil des Schwingers 1 entspricht.In Figure 2, 12 designates a drive that the voice coil 9 according to FIG. 1 symbolizes. 13 represents the mass, 14 the suspension and 15 the damping of the ultrasonic oscillating system. This system is via a coupling member 16 another oscillating system connected to the tapered part of the oscillator 1 corresponds.

Es besteht aus einer Masse 17, einer Feder 18 und einer Dämpfung 19.It consists of a mass 17, a spring 18 and a damper 19.

In Figur 3 ist das elektrische Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Figur 2 dargestellt, wobei die Masse 13 der Induktivität L1, die Federung 14 dem Kondensator cl, die Dämpfung 15 dem ohm'schen Widerstand R1, das Koppelglied 16 der Kopplung M, die Masse 17 der Induktivität L2, die Federung 18 dem Kondensator C2 und die Dämpfung 19 dem ohm'schen Widerstand R2 entspricht. Mit I1 ist der Primärstrom und 12 der Sekundärstrom bezeichnet.In FIG. 3, the electrical equivalent circuit diagram of the arrangement is in accordance with Figure 2 shown, the mass 13 of the inductance L1, the suspension 14 the Capacitor cl, damping 15 to ohmic resistance R1, coupling element 16 the coupling M, the mass 17 of the inductance L2, the suspension 18 to the capacitor C2 and the attenuation 19 corresponds to the ohmic resistance R2. With I1 is the primary current and 12 denotes the secondary current.

Aus Figur 3 lassen sich nun folgende Formeln ableiten: Rand spannung Primärkreis Rand spannung Sekundärkreis daraus und der komplexe Widerstand Daraus ergeben sich: Die Abhängigkeit der Phase von R2 läßt sich wie folgt abschätzen: der Teilausdruck ('2L1C1 - 1) ist für den Resonanzfall klein gegen den Rest des Zählers. Ist nun so folgt in 1. Näherung Dieser Ausdruck ist im wesentlichen bestimmt durch das Dämpfungsmaß des SekundärkreisesWC2R2. Für große Werte von R2, entsprechend der festen Ankopplung des Schwingers an den Kontaktträger, wird das Argument klein, und damit auch die Phase. Der Winkel 9 geht gegen 0. Für kleine Werte R2, d.h. lose Reibungskopplung beim Einsetzen der Ultraschallerregung,wird das Argument groß, d.h. der Winkel# geht gegen - L . Er nimmt mit zunehmender Verfestigung der Schweißstelle ab.The following formulas can now be derived from FIG. 3: Edge voltage, primary circuit Edge voltage secondary circuit from it and the complex resistance This results in: The dependence of the phase on R2 can be estimated as follows: the partial expression ('2L1C1 - 1) is small compared to the rest of the numerator for the case of resonance. Is now it follows as a first approximation This expression is essentially determined by the degree of attenuation of the secondary circuit WC2R2. For large values of R2, corresponding to the fixed coupling of the oscillator to the contact carrier, the argument becomes small, and thus also the phase. The angle 9 tends towards 0. For small values R2, ie loose frictional coupling when the ultrasonic excitation starts, the argument becomes large, ie the angle # tends towards -L. It decreases with increasing solidification of the weld.

Der Winkel Y läßt sich nun meßtechnisch leicht ermitteln, und zwar mit Hilfe an sich bekannter Phasenmeßeinrichtungen. An sich genügt es, nur die Änderung dieser Phasenverschiebung zu messen. Zur Phasenmessung kann der Aufnehmer 2 für das Kontaktstück 3 z.B. mit einem Dehnungsmeßstreifen 20 versehen sein, der über Leitungen 21 die entsprechenden phasenverschobenen Signale liefert.The angle Y can now easily be determined by measuring technology with the help of phase measuring devices known per se. In itself it is enough just to make the change to measure this phase shift. For phase measurement, the transducer 2 can be used for the contact piece 3 can be provided, for example, with a strain gauge 20 which extends over Lines 21 supplies the corresponding phase-shifted signals.

Eine andere Möglichkeit der Messung der Phasenverschiebung besteht darin, daß man durch selbstregelnde Verstärkung dafür sorgt, daß die Amplituden der vom Ultraschallschwinger (Dehnungsmeßstreifen 20) abzunehmenden Signale und die von der Ultraschallerregung (Schwingspule 9) etwa gleich groß gemacht werden und diese Signale an die x- bzw.There is another possibility of measuring the phase shift in that self-regulating amplification ensures that the amplitudes the signals to be picked up by the ultrasonic transducer (strain gauge 20) and which are made about the same size by the ultrasonic excitation (voice coil 9) and these signals to the x resp.

y-Ablenkung eines Braun'schen Rohres gelegt werden. Bei einer Phasenverschiebung von 0o entsteht dann auf dem Braun'schen Rohr eine 450-Linie (x = y). Beim Auftreten einer Phasenverschiebung von größer als Oo weitet sich diese Linie zu einem Band und schließlich zu einer Ellipse (mit dem Grenzfall des Kreises) auf. Diese Aufweitung der kann als Maß der Phasenverschiebung verwertet werden. Wird beispielsweise die 450-Linie auf den Schirm abgedeckt, so treten nach einer bestimmten Phasenverschiebung aus dieser Abdeckung die Bögen der Ellipse hervor und können beispielsweise mit Hilfe einer Fotozelle erfaßt werden. Der Fotozellenstrom kann dann direkt zur Steuerung des Erregerstroms der Schwingspule 9 verwendet werden.y-deflection of a Braun tube. With a phase shift from 0o a 450 line (x = y) is then created on the Braun tube. When occurring a phase shift greater than Oo, this line widens to a band and finally to an ellipse (with the limit of the circle). This widening this can be used as a measure of the phase shift. For example, if the 450 line covered on the screen, so occur after a certain phase shift the arcs of the ellipse emerge from this cover and can, for example, with Can be detected with the help of a photocell. The photocell current can then be sent directly to the controller of the exciting current of the voice coil 9 can be used.

Eine andere Möglichkeit der Messung besteht darin, daß man durch übersteuernde Verstärkung des an sich sinusförmigen Signals des Ultraschallerregers und durch anschließende Differenzierung dafür sorgt, daß praktisch nur der positive Durchgang von dem Signal übrigbleibt, so läßt sich damit z.B. ein Flip-Flop auf "Ein steuern. In gleicher Weise wird das entsprechende Signal des Ultraschallschwingers abgenommen und entsprechend ausgewertet und zur"Aus"-Steuerung des genannten Flip-Flops verwendet. Das Flip-Flop läßt damit einen pulsierenden Gleichstrom passieren, dessen Mittelwert ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen den Nulldurchgängen von Erreger- und Schwingersignal und damit die Phase der akustischen Impedanz darstellt. Die zeitliche Mittelung kann in bekannter Weise durch ein Thermokreuz oder ein RC-Glied nach Art eines Impulsratenmessers erfolgen. In beiden Fällen wird ein phasenabhängiges Signal verfügbar, das sich zur Regelung des Erregerstroms verwenden läßt. Das Meßergebnis ist insofern eindeutig, als gemäß der obengegebenen Ableitung Phasenverschiebungen größer als + t/2 nicht vorkommen können.Another possibility of measurement is that one by Overdrive amplification of the sinusoidal signal of the ultrasonic exciter and through subsequent differentiation ensures that practically only the positive Passage of the signal remains, for example a flip-flop can be opened "On control. In the same way, the corresponding signal from the ultrasonic transducer removed and evaluated accordingly and for "off" control of said flip-flop used. The flip-flop allows a pulsating direct current to pass, its Mean value is a measure of the time difference between the zero crossings of excitation and represents the vibration signal and thus the phase of the acoustic impedance. the Temporal averaging can be done in a known manner using a thermal cross or an RC element take place in the manner of a pulse rate meter. In both cases it becomes a phase dependent Signal available that can be used to control the excitation current. The measurement result is unambiguous in that, according to the derivation given above, phase shifts greater than + t / 2 cannot occur.

Mittels der Theorie der Kristallplastizität läßt sich zeigen, daß mit fortschreitender Einwirkzeit der Ultraschallenergie zunächst eine Abnahme der Reibimpedanz auftreten muß, da die Temperatursteigerung den Reibkoeffizienten mindert. Bei Einsetzen der Verfestigung der Schweißzone durch wirksame großflächige Ableitung der Wärme in die Reibpartner erfolgt dagegen abrupt der Übergang vom reinen Reib- zum reinen Federungsankopplung an Masse. Ein zeitliches Differenzieren des Impedanzsignals, d;h. die Bestimmung der Impedanzänderungsgeschwindigkeit muß ein stark ausgeprägtes Signal kurzer Dauer ergeben, das die effektive Verfestigung der Schweißfuge anzeigt. Dieses Signal kann nun zur Auslösung des Abschaltsignals verwendet werden. Die Verwendung dieses Signals bedeutet, daß die Auslösung des Abschaltsignals durch die Spitze der Impedanz-Zeitableitung unabhängig von der Jeweiligen Reibschweißaufgabe und damit vom zu fertigenden Bauteil verwendet werden kann, d.h. auch bei Wechsel des Produkts weiter verwendbar ist.Using the theory of crystal plasticity it can be shown that as the exposure time of the ultrasonic energy progresses, there is initially a decrease in the Friction impedance must occur, since the increase in temperature reduces the coefficient of friction. At the onset of solidification of the welding zone through effective large-area discharge the heat in the friction partner, on the other hand, the transition from pure friction for pure suspension coupling to ground. A time differentiation of the impedance signal, i.e. the determination of the rate of change in impedance must be a very pronounced one Short-duration signal that indicates the effective consolidation of the weld joint. This signal can now be used to trigger the switch-off signal. The usage this signal means that the switch-off signal is triggered by the tip the Impedance time derivative independent of the respective friction welding task and can therefore be used by the component to be manufactured, i.e. also when changing of the product can still be used.

Darüberhinaus beschreibt die Theorie der Reibung die Erfahrungstatsache, daß die Reibungskraft proportional der Normalkraft ist, also von der Größe der Berührungsfläche nicht abhängt. Dem liegt die Annahme zugrunde, daß die reibenden Flächen sich nur in ganz wenigen Spitzen berühren. Eine Steierung der Normalkraft bedeutet hierbei nur eine Vermehrung der Anzahl der tragenden Spitzen, die abzuscheren es in jedem Fall etwa der gleichen Kraft bedarf. Für das Problem der Reibschweißung heißt da, daß die Verformungsarbeit an nur ganz wenigen Stellen in Wärme umgesetzt wird. Die hohe Energiedichte kann dann durchaus zum Aufschmelzen führen.In addition, the theory of friction describes the fact of experience that the frictional force is proportional to the normal force, i.e. of the size of the contact area does not depend. This is based on the assumption that the rubbing surfaces only move touch in very few tips. A rise in the normal force means here only an increase in the number of load-bearing spikes that shear it off in each one Case requires about the same force. For the problem of friction welding, this means that the deformation work is converted into heat in only a few places. the high energy density can then lead to melting.

Die geringen tragenden Querschnitte bedeuten eine erhebliche Behinderung der Wärmeableitung zur Unterlage und führen damit zu einem Wärmestau, so daß die Schmelztemperatur in den Spitzen und zumindest deren nächster Umgebung aufrechterhalten bleibt. Nimmt allerdings die tragende Fläche mit Fortschreiten des Reibprozesses unter Verminderung des Reibungskoeffizienten durch Ausbildung einer Schmierschicht aus Schmelze zu, so gilt das Argument des Wärmestaus nicht mehr und es kommt zu erheblicher Ableitung von Wärme, gefolgt von einer wirksamen Abkühlung der Schmelzmasse. Dazu kommt noch, daß bei zunehmend verbesserter Schmierung durch Bildung von Schmelze immer weniger Schwingungsenergie unter Dämpfung in Wärme umgesetzt wird, so daß mit Erreichen der Perfektion der Schweißung die Erzeugung weiterer Wärme aufhört. Durch den nun schnell verbesserten Kontakt wird zudem die vorhandene Wärme abgeführt unter Verfestigung der Schweißfuge. Unab- hängig davon, bedeutet eine Fortsetzung der Ultraschalleinwirkung nach der Verfestigung der Schweißfuge eine dauernde Wechselbeanspruchung mit nicht unerheblichen mechanischen Scherspannungen mit einem Dauerbruch als mögliche Folge. Da die Erregerfrequenz in der Größenordnung mehrerer kHz liegt, sind kritische Lastspielzahlen schnell aufgelaufen. Reibschweißprozesse, die wesentlich die optimale Zeit überschreiten, bedeuten daher eine kritische Ermüdungsbehandlung und damit Gefährdung der ganzen Verbindung.The small load-bearing cross-sections mean a considerable handicap the heat dissipation to the base and thus lead to a build-up of heat, so that the Maintain the melting temperature in the tips and at least their immediate vicinity remain. However, the load-bearing surface increases as the rubbing process progresses with a reduction in the coefficient of friction due to the formation of a smear layer from the melt, the argument of heat build-up no longer applies and it comes to pass significant heat dissipation, followed by effective cooling of the enamel mass. In addition, with increasingly improved lubrication through the formation of melt Less and less vibration energy is converted into heat with damping, so that when the weld is perfected, the generation of further heat ceases. The existing heat is also dissipated thanks to the contact that is now quickly improved with solidification of the weld joint. Independent depending on, means continuation of the ultrasound effect after the weld joint has solidified permanent alternating stress with not inconsiderable mechanical shear stresses with fatigue failure as a possible consequence. Since the excitation frequency in the order of magnitude several kHz, critical number of load cycles accumulated quickly. Friction welding processes, which significantly exceed the optimal time therefore represent a critical fatigue treatment and thus endangering the entire connection.

6 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite6 claims 3 figures Blank page

Claims

Process for controlling ultrasonic welding processes, in that the change in acoustic impedance monitored and used to switch off the ultrasonic excitation (9).

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the acoustic impedance is determined by measuring the phase shift (#) between the frequency of the ultrasonic oscillator (1) and that of the ultrasonic exciter (9) are detected will.

3. The method according to claim 2, characterized in that g e k en n -z e i c h n e t that the phase shift (9) by phase measuring devices known per se is measured.

4. The method according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the amplitude of the ultrasonic transducer (1) and the ultrasonic exciter (9) Taken signals can be made comparably large and that these signals be placed on a Braur's tube for display.

5. The method according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the Braun tube is monitored with the help of photocells.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized g e k e n n notices that the point in time of a rapid rate of change of the acoustic impedance is detected and used for process control.