Применение ультразвука при сварке и пайке

При сварке ультразвуком неразъемное соединение образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий, перпендикулярных поверхности соприкосновения ис.7.6). При сварке соединяемые поверхности подвергаются сдвигу одна относительно другой с ультразвуковой частотой и микронной амплитудой перемещения.

Ультразвуковые колебания в процессе сварки выполняют следующие функции:

разрушают и удаляют пленки оксидов и загрязнений со свариваемых поверхностей;

деформируют микронеровности и делают свариваемые поверхности гладкими;

приводят к пластическим деформациям, улучшающим сцепление;

способствуют удалению из зоны сварки газовых включений;

вызывают местный нагрев свариваемых поверхностей;

ускоряют процессы встречной диффузии и возникновения общих кристаллов, образующих сварочный шов;

снижают или полностью удаляют напряжения и деформации, возникающие при сварке;

способствуют образованию мелкозернистой структуры шва.

Характерная особенность ультразвуковой сварки — отсутствие перегрева свариваемых деталей и сохранение их структуры и физико-механических свойств.

Применение при пайке ультразвука в сочетании с защитной средой позволяет производить пайку без флюсов. Рабочий стержень 3 ультразвукового паяльника (рис. 7.7), нагреваемый от обычного теплового элемента, расплавляет припой 2, который растекается по поверхности соединяемых деталей. Под действием ультразвуковых колебаний стержня 3 паяльника в расплавленном припое происходят процессы кавитации с образованием кавитационных пузырьков. Это вызывает разрушение оксидных пленок 1 на соединяемых поверхностях и соответственно улучшает смачивание припоем очищенных от оксидов участков 4 деталей — при этом расплавленный припой 2 получает доступ к чистой поверхности основного металла 7. Кавитация в расплаве повышает также химическую активность и диффузию припоя из расплава в металл, что способствует образованию смеси 5 припоя с чистым металлом и соответственно повышению прочности шва. После остывания образуется затвердевший слой 6 припоя, скрепляющий соединяемые детали. Следует иметь в виду, что плотность энергии ультразвуковых колебаний в миллион раз больше плотности энергии слышимых звуков. Поэтому ультразвук сильно воздействует на организм человека, вызывает нагрев тела и разрушение тканей: усталость, боль в ушах, рвоту, расстройство нервной системы. Следовательно, необходимо звукоизолировать ультразвуковые установки и помещать их в отдельные экранирующие кабины.