Инструмент для ультразвуковой сварки Советский патент 1982 года по МПК B23K20/10 

(5) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

I

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может найти применение в электронной промышленности, например, для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен инструмент в биметаллическом исполнении и состоящий из основы и вставки с более высокой добротностью to. Этот инструмент обеспечивает локализацию энергии в центральной зоне соединения.

Недостатком известного инструмента является то, что он не может вызвать локализацию колебаний в отдельных участках центральной ипериферийной зЬн. Кроме этого, они не выполняют функцию самоотключения колебаний по участкам сварного соединения.

Известна конструкция инструмента с конусом на нерабочем торце, глубина которого определяется разностью .

ДЛИН ВОЛН в начале и конце образования сварйого соединения 21.

Такая конструкция позволяет локализовать энергию колебаний на резонансной частоте по кольцевым зонам сЬарного соединения, но инструмент обладает значительными потерями на внутреннее трение и на сваренных участках не отключает колебания, а только снижает их интенсивность.

10

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является инструмент для ультразвуковой сварки, выпрлненнь1й в виде стержня

IS с рабочим и нерабочим торцами и кольцевой проточкой по боковой поверх- ности СЗЗ . Конструкция инструмента ограничивает поток акустической энер гии по периферии рабочего торца ин20струмента и усиливает интенсивность, колебаний в центральной зоне соединения. Однако этот инструмент обеспечивает интегральный ввод энергии и не осуществляет ее локализации и отключения на сваренных участках. Целью изобретения является повышение качества сварки за счет локального самоотключения колебаний п периферии сварного соединения, а та же локализация бегущего поля колеба ний в центральной зоне сварного сое динения. Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для ультразвуковой сварки, выполненном в виде .стержня с рабочим и нерабочим торца ми и кольцевой проточкой по боковой поверхности, кольцевая проточка рас положена под углом к продольной оси инструмента, при котором разность наибольшей и наименьшей длин образующих от рабочего торца до проточки равна пределам изменения резонансных длин волн начала и конца сварки, глубина проточки равна 0,3 0,5 радиуса инструмента, а ширина проточки равна амплитуде колебаний в момент образования сварного соединения. Нерабочий торец выполнен со срезом параллельно плоскости кол цевой проточки. i На чертеже изображен инструмент для ультразвуковой сварки и эпюры колебаний инструмента с длинами волн в начале и конце процесса свар ки. Инструмент выполнен в виде стерж ня с рабочим 1 и нерабочим 2 торца м« и кольцевой проточкой 3 по боковой поверхности 4, в котором кольцевая проточка расположена под углом к продольной оси 00 инструмента с образование.м разности Д Л/2 наибольшей €3. наимен1: шей /С дли образующих от рабочего Горца в пределах изменения резонансных длин волм начала и конца сварки и выполнена глубиной h в пр еделах 0,30,5 радиуса d/2 инструмента и шириной L, равной амплитуде колебаний в момент образования сварного соеди нения. Инструмент работает следующим образом. Ультразвуковые колебания от волновода передаются на инструмент и возбуждаются в нем на резо:нансной частоте. Кольцевая проточка ограничивает интенсивность колеба ний по периферии рабочего торца ин:струмента. С увеличением амплитуды колебаний происходит контактирование боковых поверхностей 5 и 6 проточки, что связано с образованием сварного соединения и ведет к локальному гашению колебаний в инструменте над сваренными участками. Выполнение проточки под угдом к оси инструмента при изменении условий на границе инструмент - изделие или модуляции вводимой в инструмент частоты колебаний обеспечивает локальное резонирование периферии рабочего торца. Причем эффект резонанса происходит на всех участках по окружности торца инструмента. В момент образования сварного соединения на одном из участков под торцом инструмента резко возрастает амплитуда колебаний по образующей инструмента от рабочего торца до прорези. Увеличение амплитуды приводит к контактированию боковых поверхностей прорези и вызывает резкую расстройку резонансного режима работы над участками, лежащими в зоне образовавшегося соединения. Поскольку процесс сварки происходит в произвольных участках соединения, то в любой момент времени сварки всегда находится участок оковой поверхности инструмента, резонирующий на частоте, являющейся птимальной для возникновения резонана в локальной зоне на границе периерийная поверхность торца инструента - изделие. Выполнение скоса на нерабочем торце инструмента обеспечивает возможность его работы с локализацией колебаний в центральной зоне соединения, которая из-за недостатка сдвигающих напряжений особенно нуждается в увеличении интенсивности и локальном вводе колебаний. Локализация колебаний в центральной зоне приводит к еще одному положительному эффекту создает дополнительные локальные сдвигающие деформации. Причём этот эффект совпадает с распространением локальных деформаций и образованием сварного соединения и по периферийной его части. Такой прием целесообразно исполь.зовать для управления формой соединения после сварки, т.е. его деформация может быть выполнена вдоль оси волновода или поперек.Подбором режимов и установкой инструмента можно добиться образования соединения в виде круга. Выполнение на инструменте прорези ограничивает интенсивность колебаний распространяющихся по поверхности инструмента, а следовательно, и по периферии рабочего торца. Поэтому интенсивность колебаний в зоне .сварки будет неоднородной и ее величина имеет наибольшее значение в централь ной зоне сварки. Это компенсирует недостаток напряжений в центральной зоне сварки и исключает непровар. Сварное соединение возникает в места наибольшего течения металла В центральной зоне сварное соединение на участках с радиусом 0,5-0,7 радиуса всей сварной зоны не образуется. Поэтому, если глубина прорези составит 0,,5 радиуса зоны, то поток энергии увеличится в зоне с радиусом 0,5-0,7, т,е, в местах непровара, Увеличение или уменьшение глубины прорези вызовет соответственно образование кольцевой непроваренной зоны и не будет локализовывать поток-в зо ну с радиусом 0,5-0,7, т.е. непровар останется в круглой зоне. Поэтому такая конструкция усиливает поток энергии в центральной зоне, локализует его и локально отключает колеба ния по периферии для предотвращения вы&окой степени деформации соединения и разрушения уже образовавшихся «участков сварки. Использование инструмента обеспечивает увеличение прочности сварных соединений и повышение надежности изделий в жестких условиях эксплуатации. 9 Формула йзЬбретения 1. Инструмент для ультразвуковой сварки, выполненный в виде стержня с рабочим и нерабочим торцами и i кольцевой проточкой по боковой поверхности , отличающийся тем, что, с целью повьаиения качества сварки за счет локального самоотключения колебаний по периферии сварного соединения, кольцевая проточка расположена под углом к продольной оси инструмента, при котором разность наибольшей и наименьшей длин образующих от рабрнего торца до проточки равна пределам изменения резонансных длин волн начала и конца сварки, глубина проточки равна 0,3-0,5 радиуса инструмента, а ширина проточки равна амплитуде колебаний в момент образования сварного соединения, 2. Инструмент по п,1, о т л ичающийся тем, что, с целью локализации бегущего поля колебамий в центральной зоне сварного соединения, нерабочий торец выполнен со срезом параллельно плоскостн кольцевой проточки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР К 590110, кл. В 23 К 19/0,1976. 2.Авторское свидетельство СССР Г 62035, кя. В 23 К 19/0|, 1978. 3.Патент США № 131505, кл. В 23 К 1/06, 26.12.78 (прототип).