Мощные ультразвуковые колебания находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время в промышленности используются ультразвуковая очистка и обезжиривание различных изделий. Ультразвук применяется для получения высокодисперсных эмульсий, диспергирования твердых тел в жидкости, коагуляции аэрозолей и гидрозолей, дегазации жидкостей и расплавов. Установлено влияние мощных ультразвуковых колебаний на структуру и механические свойства кристаллизующегося расплава.

Одним из интересных и перспективных промышленных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС). Этот способ сварки характеризуется весьма ценными технологическими свойствами: возможностью соединения металлов без снятия поверхностных пленок и расплавления, особенно хорошей свариваемостью чистого и сверхчистого алюминия, меди, серебра; возможностью соединения тончайших металлических фольг со стеклом и керамикой.

К настоящему времени в СССР разработаны оборудование и технология УЗС металлов и пластмасс, которые успешно используются в промышленности. За рубежом (США, Англия, ФРГ, Япония) разработкой оборудования и технологии УЗС занимается ряд крупных фирм. Организован серийный выпуск машин для УЗС металлов микротолщин, пластмасс и т. п.

Классификация и основные технические требования к оборудованию для УЗС.

За последние годы в СССР и за рубежом создано большое количество различных машин для УЗС металлов. Это оборудование можно классифицировать: по способу преобразования электрической энергии в механическую (магнитострикционный или пьезоэлектрический), по характеру распространения энергии в свариваемых материалах (направленный ультразвук и не направленный), по видам дополнительных источников энергии в зоне сварки (нагрев, давление); по способу сварки (точечная, многоточечная, рельефная, шовная); по характеру установки (стационарная, переносная, подвесная); по степени автоматизации (полуавтомат, автомат) и назначению (общего применения и специализированная); по кинематической схеме и конструктивным особенностям и т. д. На данном этапе оборудование для УЗС целесообразно классифицировать и по мощности. Принимая во внимание ГОСТ 9865-68, регламентирующий выходную мощность генераторов, сварочные машины можно разбить на группы малой мощности (0,01 - 0,25 квт), средней (0,4-4,0 квт) и большой (свыше 4,0 квт).

Исследование процесса сварки, оборудования, технологии УЗС и опыт эксплуатации сварочных машин в промышленности позволяют сформулировать следующие основные технические требования к механической колебательной системе:

2) возможность быстрой замены сварочного наконечника или механической колебательной системы в целом;

Механическая часть машины (корпус, система охлаждения, привод давления и т. п.) должна иметь: достаточную жесткость корпуса, исключающую непроизвольное смещение и перекосы сварочного наконечника относительно свариваемых деталей; малую инерционность привода давления с плавным опусканием сварочного наконечника (для сварки металлов с металлизированным стеклом, керамикой, полупроводниковыми материалами). Конструкция рабочего стола должна позволять производить совмещение свариваемых изделий с необходимой точностью, а для сварки микротолщин манипуляторы, оптика, подогревательные колонки и другие устройства должны соответствовать конкретным требованиям, обусловленным типом свариваемого изделия.

Безусловно, что к машинам для УЗС в полной мере относятся и общие требования: максимальный к. п. д., минимальные габариты и вес, простота при наладке и эксплуатации, надежность в работе, высокая производительность, патентная чистота, соответствие требованиям эргономики. Немаловажным обстоятельством является стоимость оборудования.

Анализ патентной и технической литературы, изучение особенностей технологии (гл. II) и оборудования (гл. III) позволили установить, что конструктивно-технологические особенности машины в значительной степени определяются и принятой кинематической схемой.

В зависимости от положения механической колебательной системы относительно свариваемых деталей сварочные машины можно разделить на следующие основные группы:

Машины первой группы весьма распространены. Например, фирма Сонобонд Корпорейшен (США) рекламировала четыре типоразмера сварочных машин, выполненных по такой схеме.

Вторая группа машин менее распространена. Известна сварочная машина фирмы Муллард, в которой резонирующий стержень механической колебательной системы используется в качестве упорного элемента и неподвижно закреплен в корпусе машины. Преимущества этой машины: простота конструкции, большая надежность в работе, так как исключено радиальное или поступательное движение колебательной системы. Недостатки: детали трудно зафиксировать перед сваркой, так как с началом цикла работы привода давления, т. е. при движении опоры, будут перемещаться и детали. В этом случае их надо держать на весу, либо прижимать к сварочному наконечнику. В противном случае они будут перемещаться вместе с опорой вверх. Прецизионная сварка мелких деталей на машине затруднена. К недостаткам машин такого типа следует отнести также использование опоры в виде массивной наковальни.

Основные особенности конструктивной схемы, разработанной во ВНИИЭСО, заключаются в следующем; колебательная система поставлена на жесткое основание корпуса машины, который может быть вытянут в виде консоли. Осевое усилие сжатия передается упорным стержнем, расположенным над сварочным наконечником стержня. Массивный отражатель упорного стержня одновременно выполняет роль поршня привода давления (см. рис. 21, д). Такое расположение колебательной системы стало возможным только после проведения исследовательских работ по созданию эффективного упорного элемента в виде длинного и тонкого стержня.

Разработанная конструкция сварочной машины обладает следующими основными преимуществами: 1) исключена необходимость вредного сопряжения колебательной системы с приводом давления и нежелательный наклон осей концентратора и резонирующего стержня; 2) достигнута большая рабочая зона около сварочных наконечников; 3) обеспечено строго фиксированное положение деталей до начала и в момент сварки; 4) устранено вредное разворачивание деталей относительно друг друга и сварочных наконечников; 5) колебательная система и привод давления имеет законченное конструктивное выполнение; при разработке машин с различными вылетами сварочных наконечников они практически не потребуют принципиальных переделок.