SU1692789A1 - Method for ultrasonic welding - Google Patents
Method for ultrasonic welding Download PDFInfo
- Publication number
- SU1692789A1 SU1692789A1 SU894722634A SU4722634A SU1692789A1 SU 1692789 A1 SU1692789 A1 SU 1692789A1 SU 894722634 A SU894722634 A SU 894722634A SU 4722634 A SU4722634 A SU 4722634A SU 1692789 A1 SU1692789 A1 SU 1692789A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- tip
- protrusion
- base
- welded
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение может быть применено при производстве источников тока и позвол ет повысить КПД процесса сварки и улучшить качество сварного соединени . Ультразвуковые колебани через выступ наконечника передаютс верхней детали путем его вдавливани в деталь до тех пор, пока она не будет двигатьс вместе с наконечником . После образовани жесткой св зи наконечник -деталь дополнительно фокусируют ультразвуковую энергию на прот жении всего времени сварки. Глубина фокусировани F ультразвуковой энергии определ етс из выражени F R/(1 - -Сдет/Снакон.), где R - радиус кривизны наконечника; Сдет, Снакон. СКОРОСТЬ ультразвука в материале детали и наконечника . Устройство дл сварки содержит волновод в виде наконечника с выступом и подвижное основание. Выступ наконечника имеет вогнутую форму, а основание - выступ выпуклой формы, соосный выступу наконечника, Размеры и материалы наконечника и основани должны удовлетвор ть УСЛОВИЯМ Снакон. Сдет Соснов.. рСнакон /зСдет Р Соснов., S , где р- плотность материала инструмента свариваемых деталей и основани ; S - площадь выступа; Я - длина волны ультразвуковых колебаний; 6 - толщина детали . 1 ил., 1 табл.The invention can be applied in the production of current sources and improves the efficiency of the welding process and improves the quality of the welded joint. Ultrasonic vibrations are transmitted through the protrusion of the tip to the upper part by pressing it into the part until it moves together with the tip. After the formation of a rigid connection, the tip-part additionally focuses the ultrasonic energy throughout the entire welding time. The focusing depth F of the ultrasonic energy is determined from the expression F R / (1 - -Message / Sac.), Where R is the radius of curvature of the tip; Go away, Snacon. The speed of ultrasound in the material parts and tip. The welding device comprises a tip waveguide with a protrusion and a movable base. The protrusion of the tip has a concave shape, and the base is a protrusion of a convex shape coaxially with the tip protrusion. Dimensions and materials of the tip and base must meet the requirements of the Icon. It will come down Sosnov .. pSnakon / s It comes P Sosnov., S, where p is the density of the material of the tool of the parts and the base being welded; S is the area of the protrusion; I - the wavelength of ultrasonic vibrations; 6 - part thickness. 1 ill., 1 tab.
Description
Изобретение относитс к сварке, в частности к способу дл ультразвуковой сварки , и может найти применение при производстве источников тока.The invention relates to welding, in particular to a method for ultrasonic welding, and may find application in the manufacture of current sources.
Цель изобретени - повышение КПД процесса сварки и повышение качества сварного соединени .The purpose of the invention is to increase the efficiency of the welding process and improve the quality of the welded joint.
На чертеже показана схема осуществлени способа, взаимное расположение свариваемых деталей.The drawing shows the scheme of implementation of the method, the relative position of the welded parts.
Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.
Свариваемые детали 1, 2 располагают на основании 3 с выступом 4, сварку осуществл ют волноводом в виде наконечника 5 сThe parts to be welded 1, 2 are placed on the base 3 with a protrusion 4, the welding is performed by a waveguide in the form of a tip 5 s.
выступом 6. Последний имеет вогнутую форму , а рабоча поверхность основани 3 имеет выступ 4 выпуклой формы той же кривизны, расположенный соосно с выступом наконечника, размеры и материалы наконечника и основани должны удовлетвор ть услови мthe protrusion 6. The latter has a concave shape, and the working surface of the base 3 has a protrusion 4 of convex shape of the same curvature, located coaxially with the protrusion of the tip; the dimensions and materials of the tip and the base should satisfy the conditions
Снакон. Ссв.дет. Соснов.,Snacon Sv.det. Sosnov.,
Р Снакон. /ЭСседет р Соснов.,R Snacon. / Essedet Sosnov.,
S ,S,
где р - плотность материала инструмента, свариваваемых деталей и основани ,where p is the density of the tool material, the parts to be welded and the base,
С т скорости распространени УЗ в материале основани , свариваемых деталей и наконечника;C t is the propagation velocity of ultrasound in the base material, the parts to be welded and the tip;
- S - площадь рабочей части выступа; А- длина волны УЗ-колебаний: д - толщина свариваемых деталей. Дл локализации УЗ-энергии в зоне сварки необходимо иметь минимальное отражение от поверхности свариваемых деталей и максимальное от поверхности основани . Дл этого должно соблюдатьс условие- S is the area of the working part of the protrusion; A is the wavelength of ultrasonic vibrations: d is the thickness of the parts to be welded. To localize the ultrasonic energy in the welding zone, it is necessary to have a minimum reflection from the surface of the welded parts and a maximum from the base surface. To do this, the condition must be met.
након.tips
Ссв.дет. С Sv.det. WITH
Дл осуществлени локализации вводимой УЗ-энергии при минимуме отражени от поверхности свариваемого металла и максимуме отражени от основани необходимо после соблюдени первого услови рассмотреть соотношени между волновыми сопротивлени ми каждого элемента колебательной системыIn order to localize the input ultrasound energy with a minimum of reflection from the surface of the metal being welded and a maximum of reflection from the base, it is necessary, after observing the first condition, to consider the relationship between the wave impedances of each element of the oscillatory system
рСps
након.tips
рСps
ев дет.ev children
рСps
основ.the basics
При большой разнице Снакон. И Ссв.дет.With a big difference Snacon. And Ssv.det.
плотность свариваемого материала должна быть больше плотн ости материала наконечника , тогда волновые сопротивлени наконечник - деталь будет соизмеримы. Волновое сопротивление основани должно быть меньше волнового сопротивлени материала свариваемых деталей.the density of the material to be welded must be greater than the density of the material of the tip, then the wave resistances of the tip - the part will be comparable. The wave impedance of the base must be less than the wave impedance of the material of the parts being welded.
Дл оптимизации услови фокусировани УЗ-энергии необходимо, чтобы при соприкосновении внутренней вогнутой поверхности наконечника с поверхностью свариваемой детали, площадь S наконечника выбиралась пропорционально произведению толщины б свариваемых материалов и длины волны УЗ-колебанийIn order to optimize the focusing condition of the ultrasound energy, it is necessary that when the inner concave surface of the tip comes in contact with the surface of the part to be welded, the tip area S is chosen in proportion to the product of the thickness b of the materials to be welded and the ultrasonic wavelength
А. BUT.
В процессе сварки наконечник 5 углубл етс в верхнюю деталь 1 на глубину вогнутой поверхности, при этом, по мере углублени , увеличиваетс величина дополнительной сфокусированной энергии, котора достигает максимума при полном контакте вогнутой поверхности наконечника с поверхностью детали. Одновременно наконечник плотно соедин етс с деталью, достигаетс акустический контакт и передает ей не только усилие сжати Р, но и свои колебани , в результате которых происходит нагрев соедин емых деталей ч месте контакта. Таким образом, формирование соединени происходит в результате усили сжати , УЗ-колебаний детали в зоне контакта и фокусировани УЗ-энергии в зону соединени . Дополнительное фокусирование УЗ-энергии позволило снизить величину прикладываемой к свариваемым детал м мощности, улучшить структуру металла, шва, снизит врем сварки и этим повысить качество полученных соединений.During the welding process, the tip 5 goes deeper into the upper part 1 to a depth of the concave surface, and as it goes deeper, the amount of additional focused energy increases, which reaches a maximum with full contact of the concave surface of the tip with the surface of the part. At the same time, the tip is tightly connected to the part, acoustic contact is achieved and transmits not only the compressive force P, but also its vibrations, as a result of which the connected parts are heated at the point of contact. Thus, the formation of the joint occurs as a result of the compression, ultrasonic vibrations of the part in the contact zone and the focusing of the ultrasound energy into the joint zone. The additional focusing of the ultrasound energy made it possible to reduce the amount of power applied to the parts being welded, improve the structure of the metal, the seam, reduce the welding time and thereby improve the quality of the joints.
Фокусирование УЗ-энергии в зоне соединени способствует повышению качества соединени , так как металл в зоне соединени испытывает кроме усили сжати дополнительные осевые колебательные усили , вызываемые услови ми передачи УЗ-колебаний в металлах.Focusing ultrasound energy in the joint zone contributes to improving the quality of the joint, since the metal in the joint zone experiences, in addition to compressive forces, additional axial oscillatory forces caused by the transmission conditions of ultrasonic vibrations in metals.
Фокусирование УЗ-энергии в зону соединений осуществл етс в основном послеThe focusing of ultrasound energy in the connection zone is carried out mainly after
внедрени наконечника в свариваемую деталь на величину углублени фокусирующей поверхности, при этом отмечаетс максимальна амплитуда перемещени верхней свариваемой детали относительно нижней.inserting the tip into the welded part by the amount of deepening of the focusing surface, and the maximum amplitude of displacement of the upper welded part relative to the lower one is noted.
В процессе фокусировани участвуетIn the process of focusing involved
вертикальна составл юща движени волновода , наконечник которого совершает движение по дуге, но в св зи с углублением в наконечнике поверхность свариваемогоthe vertical component of the motion of the waveguide, the tip of which moves in an arc, but in connection with the recess in the tip the surface of the welded
металла в отпечатке имеет плоский или выпуклый вид вместо углублени при использовании плоского наконечника.The metal in the imprint has a flat or convex appearance instead of a depression when using a flat tip.
Фокусирование УЗ-энергии в зону соединени осуществл етс не только дл достижени максимальной плотности энергии в центре зоны соединени , но и дл получени равномерного пол в площади сварочного отпечатка, дл стабилизации режима сварки в процессе износа наконечника, такThe focusing of the ultrasound energy in the joint zone is carried out not only to achieve maximum energy density in the center of the joint zone, but also to obtain a uniform field in the weld print area, to stabilize the welding mode during tip wear, so
как при работе с плоским наконечником по мере его износа наблюдаетс изменение режима сварки.as with a flat tip, a change in the welding mode is observed as it is worn.
Дл проверки предложенного способа УЭС проведен расчет параметров устройства дл УЭС, на основании полученных значений выполнен макетный образец устройства. Расчеты параметров устройства проводились дл конкретной задачи: сварка никелевых листов толщиной д 0,12, 0,2 иTo verify the proposed resistivity method, the device parameters for resistivity models were calculated, and a prototype device was made based on the obtained values. Calculations of the parameters of the device were carried out for a specific task: welding of nickel sheets with a thickness of d of 0.12, 0.2 and
0,3 мм на установке, работающей в диапазоне частот 20-40 кГц.0.3 mm on the installation operating in the frequency range 20-40 kHz.
Материалы наконечника и основани выбирают соответственно сталь 45 и титан. Рабоча частота сварочной установкиThe materials of the tip and base are steel 45 and titanium, respectively. Operating frequency of the welding machine
22 кГц. Диаметр сварочного наконечника дл различных толщин (д)св деталей рассчи- тываетс из выражени 6 0,88 , которое определ етс из условий оптимального фокусировани УЗ-энергии в зоне стыка22 kHz. The diameter of the welding tip for various thicknesses (e) of the parts is calculated from the expression 6 0.88, which is determined from the conditions of the optimal focusing of the ultrasonic energy in the joint zone.
свариваемых деталей, при отношении ин- тенсивностей сфокусированных колебаний (ф) к общей интенсивности колебаний (1общ)welded parts, with the ratio of the intensity of focused oscillations (f) to the total intensity of oscillations (1 total)
1 или общ 1 or common
i.о ос . ,4i.o. ,four
,причем, and
ф 2.25 -п f 2.25 -n
общ F 12 - л total F 12 - l
n n
где Е - модуль Югна; F - глубина фокусиро- вани УЗ-энергии.where E is the Yugna module; F is the depth of focusing of the ultrasound energy.
Затем из выражени удельной работы другой деформации наконечника определ - Then, from the expression of the specific work of another deformation of the tip,
ют величину его заглублени (-) в верхнююThe magnitude of its penetration (-) into the upper
деталь при нагрузке Р (п - кратность углублени выступа наконечника) detail at load P (n is the multiplicity of the tip protrusion)
Р R
где а- предел упругости свариваемого материала; D - диаметр выступа наконечника: р- коэффициент, учитывающий вид нагру- жени .where a is the elastic limit of the material being welded; D is the diameter of the protrusion of the tip: p is the coefficient taking into account the type of loading.
Полученные данные сведены в таблицу. Прочность полученных при этом сварных соединений составл ет не менее 0,85 Оосн металла, а необходима мощность сварочной установки снижена на 20-25% по срав- нению с использованием плоских наконечников.The data obtained are tabulated. The strength of the welded joints obtained at the same time is not less than 0.85 Metal axis, and the required power of the welding unit is reduced by 20-25% compared to the use of flat tips.
Износ плоских и вогнутых наконечников при проведении сравнительного анализа не превышает 0,1 ±0,02 мм. Во всех случа х отмечено снижение величины ежи- мающей нагрузки на 10-15%.The wear of flat and concave tips during the comparative analysis does not exceed 0.1 ± 0.02 mm. In all cases, there was a decrease in the value of the demand load by 10–15%.
Таким образом, предлагаемый способ увеличивают КПД использовани сварочных наконечников, повышаетс ресурс их работы, улучшает структуру свариваемого материала, повышает его качество, снижает врем формировани сварной точки и увеличивает скорость сварки, снижает мощность установки без потери качества сварного соединени .Thus, the proposed method increases the efficiency of welding tips, increases their service life, improves the structure of the material to be welded, improves its quality, reduces the formation time of the weld point and increases the welding speed, and reduces the power of the installation without losing the quality of the welded joint.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894722634A SU1692789A1 (en) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | Method for ultrasonic welding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894722634A SU1692789A1 (en) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | Method for ultrasonic welding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1692789A1 true SU1692789A1 (en) | 1991-11-23 |
Family
ID=21462683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894722634A SU1692789A1 (en) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | Method for ultrasonic welding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1692789A1 (en) |
-
1989
- 1989-05-10 SU SU894722634A patent/SU1692789A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Холопов Ю.В. Оборудование дл ультразвуковой сварки. - Л.: Энергоатомиздат, 1985, с. 5-7. За вка DE № 3245355, кл. В 23 К20/10, 1984. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2232480C (en) | Process for lap-bonding of two metal members having different melting points | |
US8272424B2 (en) | System for enhancing sonotrode performance in ultrasonic additive manufacturing applications | |
CA1156342A (en) | Resonator exhibiting uniform motional output | |
US11919040B2 (en) | Control device and control method for reducing and homogenizing welding residual stress by acoustic wave | |
US5730351A (en) | Device for ultrasound treatment of a workplace | |
US20100176184A1 (en) | Ultrasonic welding using amplitude profiling | |
CN207840393U (en) | Ultrasound waveguide wire bonding head | |
US8056792B2 (en) | Scalloped horn | |
JP4261879B2 (en) | Method for producing a long-life rotating body with excellent fatigue strength | |
SU1692789A1 (en) | Method for ultrasonic welding | |
CN109128486B (en) | Swing friction welding method | |
CN208358019U (en) | A kind of pin type complex vibration ultrasonic wave metal welding tool head | |
US6558491B2 (en) | Apparatus for ultrasonic welding | |
JP3113107B2 (en) | How to join metal members | |
Kumar et al. | Acoustic horn design for joining metallic wire with flat metallic sheet by ultrasonic vibrations. | |
EP3151996B1 (en) | High bandwidth large surface area ultrasonic block horn | |
CA1087425A (en) | Ultrasonic welding process of a metallic wire on a metallic piece | |
US3209448A (en) | Vibratory welding method and apparatus | |
RU2282525C1 (en) | Material working apparatus with use of ultrasonic oscillations | |
JP2004130315A (en) | Method for enhancing fatigue strength of butt weld joint | |
JPH0338033B2 (en) | ||
JP2002011582A (en) | Device of ultrasonic joining for metal and method of ultrasonic joining for metal | |
JPS624214B2 (en) | ||
JP2020116600A (en) | Joint method, joint device and joint structure of metal plates | |
CN214978464U (en) | Welding head and welding device for generating circumferential stretching vibration |