3. Техническая характеристика машин новой серии, разработанных ВНИИЭСО

Новая серия из пяти типоразмеров машин общего применения обладает расширенными технологическими возможностями. Диапазон диаметров свариваемых заготовок сплошных 8-100 мм, трубчатых 12-200 мм. Возможна приварка трубчатых и стержневых заготовок к дискам диаметром 60-360 мм. Техническая характеристика машин приведена в табл. 3.

Все функциональные узлы машин разных типоразмеров конструктивно подобны и выполнены в виде самостоятельных устройств с облегченным к ним доступом при обслуживании и ремонте. Диаметр проходного отверстия в шпинделе увеличен. Предусмотрена регулировка соосности заготовок. Механизм закрепления невращающейся заготовки установлен на ползуне, перемещающемся в осевом направлении (установочный ход), что позволяет размещать в рабочей зоне механизмы загрузки заготовок. Машины оснащены механизмами для снятия грата ( воротника ) и торцовки, что позволяет сваривать такие разнородные материалы, как алюминий и сталь. Предмусмотрена возможность установки формующей оправки для сварки заготовки с различными теплофизическими свойствами.

Машины наиболее распространенных типоразмеров (I-П) имеют одинако-вую конструкцию корпуса. Машины комплектуют отдельно устанавливаемой гидростанцией и шкафом управления; они могут работать в наладочном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Завод-изготовитель машин, I П и П1 типоразмеров - гомельский станкостроительный завод им. С. М. Кирова, IV и V типоразмеров - краматорский завод тяжелого станкостроения им. Чу-баря.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

Ультразвуковые сварочные машины используют для выполнения нахлесточных соединений деталей малых толщин из алюминия, меди, никеля и других цветных металлов и сплавов в однородном и разнородных сочетаниях, из материалов, имеющих поверхностные искусственные пленки (оксидные лаковые), для сварки разнотолщинных заготовок. Особую группу оборудования составляют машины для сварки пластмасс. Кроме основного назначения они могут быть использованы для запрессовки металлических деталей в термопласты, интенсификации процесса полимеризации клеев, развальцовки заклепок из пластмасс. В зависимости от получаемого соединения и условий его выполнения различают машины для точечной и шовной сварки металлов. Машины для точечной сварки выполняют в виде стационарных установок, ручных и подвесных клещей, пистолетов, В зависимости от конструктивного оформления инструмента машины для точечной сварки пластмасс выполняют соединения по контуру или шовношаговую сварку.

В общем случае в состав установок для сварки металлов и пластмасс входят: генератор электрических колебаний, акустический узел, механизм давления, аппаратура управления и контроля за процессом, а также устройства для механизации и автоматизации вспомогательных операций. Акустический узел вклю-

Рис. 4. Механические колебательные системы для точечной (а, б) и шовной ( 1 д) сварки, а также сварки пластмасс (б):

1 преобразователь; 2 - волновод; 3 - резонансный стержень (диск); 4 опора (плоская или диск); S сварочный наконечник; S свариваемые заготовки

Ультразвуковая сварка

чает в себя электромеханический преобразователь, волновод с резонирующими элементами, сварочный наконечник, обеспечивающий непосредственную передачу энергии к свариваемым заготовкам.

Варнвнты механических колебательных систем для точечной, шовной сварки металлов и для сварки пластмасс представлены на рис. 4. В колебательную систему могут входить элементы опоры и механизма давления, в которых возбуждаются колебания.

Источником механических колебаний являются электромеханические преобразователи, работа которых основана на использовании магнитострикционного или пьезоэлектрического эффектов. В большинстве случаев используют магнито-

Рис. 5. Волновод:

а - ступенчатый; б- конический; в - экспоненциальный; г - составной; д - полый; е, ж - примеры асимметричных волноводов

стрикционные преобразователи, Материалом для их изготовления чаще служит пермендюр (К49Ф2, К65), реже чистый никель, альфер (Ю14, Ю12), ферриты. При выборе материала учитывают не только магнитоэлектрические характеристики, но и паяемость, диапазон рабочих температур, усталостную прочность, антикоррозионные свойства. В серийно выпускаемых машинах используют пермендюр. Применять ферриты целесообразно в установках малой мощности (до 50 Вт).

В магнитострикционных преобразователях используют конструкции двух-стержневого и, реже, одно- и трехстержневого типов. Обмотки возбуждения и подмагничивания располагают непосредственно на стержнях. Во избежание перегрева предусматривают принудительное водяное охлаждение магнитострик-тора, для чего магнитостриктор помещают в специальном бачке. Маломощные преобразователи имеют воздушное естественное охлаждение. Передача колебательной энергии от электромеханического преобразователя к инструменту обеспечивается волноводом, который одновременно увеличивает амплитуду колебаний. В волноводах возбуждаются стоячие продольные волны. Основной характеристикой является коэффициент усиления амплитуды колебаний, определяемый отношением квадратов диаметров входного и выходного торцов волновода. Ступенчатые, конические и экспоненциальные волноводы (рис. 5) различаются коэффициентами усиления, технологичностью изготовления, диапазонами резонансных частот, эксплуатационной надежностью. Ступенчатые волноводы имеют максимальный коэффициент усилия, конические - минимальный. По широте диапазона резонансных частот выгодно отличаются экспоненциальные волноводы.

Для сварки по контуру применяют пустотелые волноводы. Применение асимметричных волноводов расширяет технологические возможности сварочной машины. Материалом для изготовления волноводов служат стали 46, 50, 40Х,

80ХГСА, титан, алюминиевые сплавы. Выбор материала определяется усталостной прочностью, гистерезистыми потерями, его паяемостью и свариваемостью. Длина волноводов равна целому числу полуволн. Резонирующие элементы (стержень, диск) выполняют из тех же материалов, что и волновод.

Конструктивное оформление сварочного наконечника, обеспечивающегопере-дачу колебаний к свариваемым заготовкам, влияет на качество сварки. Его форма определяется характером и размерами свариваемых заготовок. Наиболее распространенные формы сварочных наконечников представлены на рис. 6. При работе машин может наблюдаться повышенный износ и даже растрескивание и выкрашивание металла на рабочей поверхности инструмента. Увеличения срока службы наконечников добиваются применением специальных материалов (сталей ШХ15, Р18, 45, сормайта), а также наплавкой электродами типа ЭА-925, ОЗИ-1, ЦН-2А и др.

г4-\

Рис. 6. Формы сварочных наконечников; К - обжимная кромка

Соединение между собой отдельных элементов механической колебательной системы производится с помощью пайки и сварки. Волновод припаивают к маг-нитоскрнкционному преобразователю серебряными припоями типаПСр 40,ПСр 45. При изготовлении машин мощностью до 1,5 кВт можно использовать оловянно-свинцовые припои (ПОС 40, ПОС 61); ферритовые стержни приклеивают. Волновод с резонансным стержнем или диском соединяют пайкой, а в машинах большой мощности - сваркой. В некоторых случаях удобно соединение на резьбе, что позволяет легко заменять сварочный инструмент. Однако при этом имеется опасность усталостного разрушения в месте сопряжения. Снижение вероятности разрушений достигается использованием .мелких резьб, высокой точностью их обработки, обеспечением плавных переходов в резьбовых элементах. Хороший акустический контакт достигается затяжкой резьбы при работающем магнитострик-торе. Пропайкз резьбы легкоплавкими припоями улучшает условия работы узла, но осложняет смену инструмента.

Размеры всех элементов колебательной системы, соответствующие конкретной рабочей частоте, определяются на основании расчетов [36J; их нельзя Менять произвольно. Источником питания магнитострикторов являются серийно выпускаемые для различных технологических целей ультразвуковые генераторы с независимым возбуждением, рассчитанные на частоты 18-44 кГц. Сварочное усилие в машинах создается пневмоприводом или пружиной. Настройка машин на конкретный режим включает: регулирование тока подмагничивания, сварочного усилия и продолжительности пропускания ультразвуковых колебаний. Для обеспечения работы акустического узла в резонансном режиме производится подстройка частоты. Продолжительность сварки задается с помощью Электронного реле времени или механическим командным устройством. Регламентация процесса при сварке пластмасс может осуществляться также и по изменению суммарной толщины соединяемых заготовок под инструментом.

Машины для точечной и шовной ультразвуковой сварки металлов. Техническая характеристика машин приведена в табл. 4.

Машина МТУ-0,4-3 общего применения. Предназначена для точечной сварки Цветных металлов (меди, алюминия, никеля и др.) толщиной до 0,2+ 0,2 мм. Построена по схеме с преобразованием продольных колебаний волновода в изгиб-ные колебания резонирующего стержня. Акустический узел может перемещаться

S is

е. га к

>> в

а (-

Е-О (-

3 га е

св S

&

ее а ее x

о. га в о

>s о я

е. га

о я

сг И)

о; I

£9o-Aravv

я в* >. а

га с

<N О

о со

i J 1 j; III

о со

J 111 I ill

о CO

J J I I ] 111

о о

о 00

сч со loo

ООО о сч со о со

сч сч

о сч

1-<

>>

00 со

tf я н СЗ S

§

IS R

о со о см Сч ю

С.1 -

со io

сч сч

о со

о со

4а ая

а; М

4) О

<и

га g

я S О, . .

g со га

<и са к я р. га

cr я н

== S я 5

f-s с

со iC

я о Н со

я (-1

о. с са

со са &

я 3

га S со я я со x 4)

я а С

а) я

га ч x

са я я е. я

S3E3

Рис. 7. Установка КТУ-0,1У4:

/ - ручные клещи; 2 - подвесные клещи; трическое устройство; 5 - кронштейн

стойка; 4 элек-

В горизонтальной плоскости с помощью специального пневмоцилиндра. Команда на срабатывание электропневмоклапана механизма давления и включение генератора производятся от типового регулятора цикла сварки при нажатии на педальную кнопку. Машина способна выдержать до 250 тыс. сварок без замены инструмента.

Клещи типа КТУ-1,5 предназначены для точечной сварки заготовок в монтажных условиях, например, деталей силовых конденсаторов. Выполнены в виде сварочной головки, подвешенной на Г-образом кронштейне. Волновод асимметричный. В корпусе машины размещен источник питания, регулятор времени элементы пневмосхемы и вентили системы охлаждения. Команда на начало работы регулятора цикла сварки подается от кнопки, расположенной в рукоятке сварочной головки. Клещи выпускаются Калининградским заводом Электросварка .

Установка типа КТУ-0,1У4 (рис. 7) предназначена для точечной сварки в условиях монтажа. Включает в себя ручные и подвесные клещи. Поворот опорной стойки на 180° и перемещение каретки, на которой закреплены подвесные клещи, обеспечивают большую маневренность в работе. Привод давления в ручных клещах - электромагнитный, в подвесных - пневматический. Внутри корпуса рас-подожены источник питания, регулятор цикла сварки и блок питания привода Давления,

Машины типов МШУ-0,63; МШУ-1,5; МШУ-4 предназначены для шовной сварки внахлестку меди, алюминия, никеля и других цветных металлов толщиной 0,035-0,8 мм в однородном и разнородных сочетаниях, разнотолщинных заготовок, деталей, покрытых искусственными оксидными или лаковыми пленками.