Способ микросварки металлов вибротрением Советский патент 1987 года по МПК B23K20/10 

11

Изобретение относится к .микросварке металлов трением, а именно к способам микросварки вибротрением и может найти применение в микроэлектронной и радиотехнической про- мьгашенности.

Целью изобретения является по- вьпление качества сварных соединений из алюминия и меди.

На фиг. 1 представлена принци- ;лиальная блок-схема, поясняющая способ; на фиг, 2 - зависимость прочности сварного соединения от времени сварки и характерные осциллограммы сигнала рассогласования для каждого участка кривой,

В процессе микросварки металлов вибротрением с помощью электромеханического вибратора 1 производят измерение разности сигналов рассогласования на датчиках 2 и 3 между задаваемой и фактической амплитудами колебаний сварочного инструмента 4. Оба сигнала с Датчиков 2 и 3 додаются на дифференциальный усилитель 5, сравниваются, а их разность

усиливается на необходимую величину и после прохождения через фильтр 6 записывается на быстродействующий самописец 7 типа Н-327 частотный анализатор 8 типа СК4-56.

После приложения сжимающего усилия с помощью узла 9 нагружения к свад)иваемым деталям алюминиевой фольге 10 и алюминиевому ролику 11 и включении электромеханического вибратора 1 в зоне фрикционного контакта образуется площадь постоянного сопряжения, к которой затруднено проникновение внешней среды. Благодаря наличию площади постоянного сопряжения в зоне контакта происходит нарушение динамического равновесия между процессами разрушения и образования окисньпс пленок, защищающих металлические поверхности от непосредственного взаимодействия, Всугедствие вызываемого вибротрением невосполнимого разрушения адсорбированных и окисных пленок в зоне фрикционного контакта- возникает образование металлических связей между свариваемыми поверхностями ,

Б начальный период времени, т,е, до образования первичных очагов сварки, разность сигналов на датчиках равна нулю, так как приваривае

22

мая фольга за счет адгезионной составляющей силы трения перемещается совместно со сварочным инструментом с частотой вынужденных коле- баний, В этом случае на самописце пишется прямая линия (фиг, 2), В момент образования первичного мостика сварки неизбежно происходит изменение амплитудной скорости скольжения сварочного инструмента, появ- ляется сигнал рассогласования, на осциллограмме пишется пилообразная кр ив ая,

Экспериментально было установлено, что для получения высокой прочности и воспроизводимости CBapiibix соединений необходимо некоторое время ; сварки после появления .сигнала рассогласования, т,е, фиксация лишь появления сигнала рассогласования является еще далеко недостаточным для суждения о том, что процесс сварки является завершенным, В доказательство этого на фиг, 2 представлена зависимость прочности сварного соединения на срез при сварке и характерные осциллограммы сигнала рас- согласования для каждого участка кривой, снятые в процессе сварки.

При времени сварки, меньшем, чем удвоенное время вибрационного трения до появления сигнала рассогласования (восходящая часть кривой), получаемое сварное соединение не достигает максимальной прочности вслед- . ствие незавершенности образования сварного соединения на физическом контакте. Многократным повторением

экспериментов установлено, что максимальная прочность и лучшая воспроизводимость достигаются при времени сварки, соответствующем удвоенному времени вибрационного трения ,;

до появления сигнала рассогласования (вершина кривой). Дальнейшее увеличение времени сварки от данного также приводит к снижению механической прочности сварного соединения

вследствие частичного разрушения уже образовавшихся металлических связей и повреждаемости поверхности свариваемой детали, непосредственно соприкасающейся со сварочным инструментом,

Общее время сварки (от включения электромеханического вибратора и до его выключения) равно утроенному времени вибрационного трения до появления сигнала рассогласования.

3

Пример. Проводят приваривание алюминиевой фольги 10 толщиной 0,07 мм к плоской торцовой поверхности алюминиевого ролика 11, закрепленного неподвижно (фиг. 1). Фольга 10 прижимается к ролику 11 сфериче.ским сварочным инструментом диаметром 20 мм, Усипие сжатия составляет 8 Н, амплитуда колебаний сварочного инструмента 0,02 мм, частота колебаний 50 Гц, Процесс образования сварного соединения регистрируют с помощью самописца Н-327. Измеряют длительность вибрационного трения до появления пилообразного характера сигнала рассогласования, которая составляет 0,4 с. Тогда время процесса сварки составляет 0,8 с, т,е, на участке с пилообразным характером сигнала рассогласования, а общее время составляет 1,2 с При времени сварки равном 1,2 с механическая прочность составляет 7,9 Н, При изменении режимов сварки в сторону увеличения или уменьшения от предлагаемого механическая прочность сварных соединений резко падает. Например, при 0,8 с - 5,6 Н; при 1,6 с - 7,15 Н,

Использование предлагаемого способа управления процессом микросварки металлов вибротрением обеспечивает -возможность устойчивой регист- рации процесса микросварки при сварке тонкостенных деталей, при которо достигаются максимальная прочность

O

5

5

0

5

0

и воспроизводимость сварных соединений.

Преимущества способа заключаются в следующем:

высокая чувствительность системы регистрации и простота измерения длительности вибрационного трения, до появления пилообразного характера сигнала рассогласования позволяет определять время и заканчивать процесс сварки при достижении максимальной прочности сварного соединения;

при разработке технологии. сварки типовых изделий путем серии пробных экспериментов можно с высокой точностью определить время сварки и автоматизировать процесс сварки по времени, освободив от этой работы оператора.

Формула из о-б р е т е и и я

Способ микросварки металлов вибротрением, при котором об образовании сварного соединения судят по появлению пилообразного -характера сигнала рассогласования, о тли чаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений из алюминия и меди, после появления пилообразного характера сигнала рассогласования процесс сварки продолжают в течение времени, равного уд- воен11ому времени, которое опреде- пяют от начала сварки появления вышеупомянутого сигнала.

Изобретение относится к области микросварки, в частности к способам управления процессом микросварки металлов вибротрением, и может найти применение в микроэлектронной промьшшенности при изготовлении сварных соединений из- алюминия и меди. Целью изобретения является повышение качества сварки. При сварке, например, алюминиевой фольги с алюминиевым роликом фольгу прижимают к ролику и осуществляют cBapky при вибрации инструмента. Измеряют длительность вибрационного трения до появления пилообразного характера сигнала рассогласования. И сварку продолжают еще.в течение этого удвоенного времени с начала появления упомянутого сигнала. В результате получают сварное соединение высокой механической прочности. 2 ил. W ю 00 00 о to

fpu&f

0,5 0,9 1,0 7,2 , 1,4 i,c Фиг. 2