Волновод для ультразвуковой сварки

 

Использование: при шовной и контактной сварке материалов с предварительным подогревом в поле направленных ультразвуковых колебаний мегагерцевого диапазона . Сущность изобретения: волновод содержит коническую диафрагму, переходящую в области вершины в стержень. На конце стержня соосно расположен наконечник из термопластичного материала, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению стержня. Волновод обеспечивает надежный контакт без применения суспензии и различной жидкости на границе волновод-деталь. 5 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849042/08 (22) 03.07.90 (46):30,03.93. Бюл. N 12 (71) Красноярский институт космической техники — Завод-ВТУЗ (72) Ю.И,Яшин, В,Ф.Апанасенко, С.Н.Шибякин, Л.Г.Семичева и В.Д.Утенков (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 880652, кл. В 23 К 9/16, 1981, 2. Информационный листок М 541 — 82

Красноярского межотраслевого территориального центра научно-технической информации и пропаганды 621.781.16.

Изобретение относится к шовной сварке материалов в поле направленных ультразвуковых колебаний мегагерцового диапазона с предварительным подогревом.

Цель изобретения — создание надежного акустического контакта.

На фиг. 1 представлен волновод с наконечником; на фиг, 2 и 3 — схема введения ультразвука в сварочную ванну и устройство для оценки работоспособности предлагаемого волновода соответственно; на фиг. 4— микрошлиф соединения с воздушной flpoслойкой; на фиг. 5 — вид структуры с примененйем предлагаемого волновода.

9олновод содержит коническую диафрагму 1, с толщиной стенки Л/2 и углом при вершине равным 1360, переходящую в облаети вершины в стержень 2 диаметром б=(2п+1) Л и высотой Н < 10 Л, на торце которого соосно закреплен наконечник 3 из термрпластичного материала, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению стержня. Высота наконечника

„„5IJ „„1804987 А1 (я)5 В 23 К 20/10

"7

:,--В .;-, 2, 1(p (54) ВОЛНОВОД ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

СВАРКИ (57) Использование: при шовной и контактной сварке материалов с предварительным подогревом в поле направленных ультразвуковых колебаний мегагерцевого диапазона, Сущность изобретения: волновод содержит коническую диафрагму, переходящую в области вершины в стержень. На конце стержня сносно расположен наконечник из термопластичного материала, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению стержня. Волновод обеспечивает надежный контакт без применения суспензии и различной жидкости на границе волновод-деталь, 5 ил. равна h=(n+1/2) il/2 с диаметром равным диаметру стержня.

Устройство изготавливается и работает следующим образом. Термопластичный наконечник изготовленный из фторопласта — 4 диффузионной сваркой приваривается со. осно к стержню волновода и закрепляется на ультразвуковой головке.

Работа всей системы основана на резонансных свойствах.

При шовной сварке кристаллизация сварочной ванны сопровождается образованием дендридной структуры. На границе зерен, разделяющих отдельные дендриды, резко меняются выделяющие фазы. Таким образом, граница дендридов является "слабым звеном" структуры швов, Это ведет к снижению прочности. Чтобы не допустить концентрации фаз на границе дендридов существуют способы измельчения зерна в том числе и ультразвуковой. Ненаправленные ультразвуковые колебания в рэсплаве сварной ванны вызывают кавитацию,, под

1804987 действием которой кристаллы дендридов обламываются. Обломки дендридов представляют собой дополнительные центры кристаллизации, что ведет к измельчению зерна. Более эффективное измельчение зерна в расплаве происходит при создании в нем акустических зерен, Создание акустических течений возможно только при наличии бегущих волн. Разложение ультразвуковых волн на стоячие и "бегущие" волны, возможны тогда, когда колебания в сварочную ванну подаются под первым критическим углом.

Для создания "бегущих" ультразвуковых волн применяют волновод как с нако- 15 нечником, так без него. Для лучшего акустического контакта применяют смазку в виде жидкости. Но при больших температурах эта жидкость испаряется и акустический контакт теряется, что ведет к потере 20 ультразвуковой энергии на границе волновод-деталь, С целью выявления повышения акустического контакта была проведена экспериментальная проверка по» методу

"фонтанчика". Для этого была изготовлена деталь-эталон из сплава АМг-6 с выфрезерованной "канавкой" (фиг. 3). Эта "канавка" заполнена трансформаторным маслом 6 и с торцов закрыта органическим стеклом 5. 30

При подачеультразвука волновод4 в центре

"канавки" возникает "фонтанчик" масла. По высоте "фонтанчика"и определяется величина интенсивности в центре имитирован-. ного сварного шва. 35

Экспериментально установлено, что при озвучивании шва волноводом без наконечника и без применения жидкости интенз 2. оивнооть в центре,шва 1=6i10 Вт/м; озвучивании с акустической жидкостью 40 (трансформаторное масло) интенсивность равна 1=3,5 10 Вт/м; использовании вол2, новода с наконечником (без применения акустической жидкости) интенсивность в центре "канавки" была i=3,2 ° 10 Вт/м2. 45

Образцы из 12Х18Н10Т сваривались на специально оборудованном стапеле ППС-1, Зажигание дуги и обеспечение режимов сварки осуществлялась автоматом ACTB. 2M. Для озвучивания сварочной ванны при- 50 менялся генератор ВУà — 1 с двумя ультразвуковыми головками (фиг. 2) с частотой 1=1 мГц. Полученные образцы исследовались на структурные изменения и подвергались механическим испытаниям.

В результате этих испытаний установлено, что образцы сваренные на оптимальных режимах с применением волновода с согласующим наконечником из фторопласта — 4 позволяет стабилизировать качество сварных швов за счет хорошего акустического контакта.

Механические испытания показали. что ов — увеличилась до 92 по отношению к основному материалу, увеличилась стойкость к образованию горячих трещин в 2 ...

2,5 раза, а также увеличилась коррозионная стойкость. Это подтверждается и структурными изменениями. Потеря акустического контакта резко влияет на кристаллизацию сварного шва. При этом возникает дендридная структура (фиг, 4) с включением внутрикристаллических гетерогенных фаз.

За счет стабильного акустического контакта зерно измельчается до субструктурного уровня. При этом кристаллизуется как матрица расплава (фиг. 5), так и существующие в жидком состоянии микровихри с их фиксацией.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявленное устройство обеспечивает надежный контакт и повышается коэффициент передачи ультразвуковой энергии на границе "волновод-деталь", 3а счет стабильного акустического контакта сварной шов имеет однородную структуру по всей длине и на

20 повышается его прочность, Формула изобретения

Волновод для ультразвуковой сварки преимущественно в мегагерцовом диапазоне; выполненный в виде конической диафрагмы с вершиной в виде стержня, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности акустического контакта и концентрации ультразвуковых колебаний при использовании акустически прозрачного наконечника, наконечник выполнен из термопластичного материала с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению стержня.

1804987

1804987

Фиг, И 570

Корректор С. Патрушева

Составитель Ю. Яшин.

Техред М. Моргентал

Редактор

Заказ 919 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101