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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

1

Изобретение относится к ультразвуковой сварке и .может быть использовано в оборудовании с автоматическим контроле.м амплитуды колебаний волновода непосредственно в процессе сварки.

Известно устройство для ультразвуковой обработки, содержащее элементы контроля амплитуды колебаний рабочего торца концентратора. Известное устройство включает в себя источник колебаний и ступенчатый концентратор, на которо.м в средней его части закреплен .магнитострикционный стержень 1.

Недостатка.ми устройства являются жесткое контактное закрепление датчика на концентраторе, что вызывает искажение резонансного режима последнего, а также то, что система узкополосна, а это неприе.млемо для сварки; датчик не регистрирует резонансный режим колебаний сварочного волновода.

Известно также устройство для ультразвуковой обработки, содержащее источник колебаний, концентратор и датчик в виде катушки, охватывающей боковую поверхность концентратора 2.

Недостатко.м данного устройсП.а янляется низкая точность контроля iiponecca.

Наиболее близким к пред.тагаемому является устройство, содержащее источник ультразвуковых колебаний, концентратор, основание с закрепленным на не.м сварочны.м волноводо.м изгибных колебаний с i)aбочим и нерабочим торцами, датчик амп.кчтуды колебаний, состоящий из магнитонровода и из.мерительной обмотки 3.

Недостатко.м известного устройства яв10ляется то, что датчик регистрирует а.мплитуду колебаний только торца концентратора, а не волновода и магнитное поле датчика искажено, так хак концентратор сварочных систем выполнен из магнитного материала, все это снижает точность из.мерения.

Цель изобретения - повышение точности контроля процесса.

Поставленная цель достигается те.м, что устройство, содержащее источник ультразвуковых колебаний, концентратор, основание с закрепленным на нем сварочны.м волноводом изгибных колебаний с рабочим и нерабочим торцами, датчик амплитуды Ko.ieбаний, состоящий из магнитопровода и измерительной обмотки, снабжено присоединеннь м к нерабочему торцу сварочного волноввда волноводчым звеном, шарнирно связанным с одним торцом магнитопровода, ынолненного в виде Г-образного стержня, другой торец которого установлен с зазором относительно боковой поверхности ЕЮЛновода в зоне пучности его колебаний, при этом длина волноводного звена меньн1е А/8, его поперечное сечение но крайней мере на норядок больше цо |еречного сечения волиовода, а выеота Г-образного стержня равна А /4 (2п + 1), где Л длина волны в волповоде, an - целое число периодов колебаний в волноводе. На свободном конце Г-образного стержня жестко закреплен в плоскости волновода дополнительный двухполюсный магнитонровод С-образной формы с двумя датчиками колебаний на концах, установ;1енный с зазором относительно поверхности волновода, при этом датчики колебаний удалены друг от друга па расстояние, кратпое половине длины волны в волноводе, и один из полюсов магнитопровода расположен в 3oi;e пучпости колебапий во.чновода. Магнитонровод датчика ампл1 туды колебапий выполнен в виде постоянного магпита. F3 волповодном звене между во.лноводом и Г-образным стержнем магнитоировода выиолпеп глухой наз в плоскости, перпендикулярной плоскости колебапий волновода. -образный стержень niapFHspno закреплен па во.чноводпо.м звепе. Па фиг. 1 изображено устройство с коптроле.м колебаний на одном участке (юлповода; на фиг. 2 -- то же, с контролем колебаний на двух участках волновода. Устройство содержит источник колебаьнш и присоеди 1енный к нему коппептратор 2, к которому жестко прпсоедипеп сварочпый волновод 3. Волновод 3 закреплен па волноводпом звене 4, к которому копсольпо присоединеп Г-образгп 1Й стержень магпитопровода 5 с обмоткой 6 датчика колебаний. Обмотка 6 подключена к г егпстрируюигему блоку 7. Магнитопровод 5 заканчивается на свободном копце паконечпиком 8. Волновод 3 закреп.теп жестко и пеподвижно на концентраторе 2 в своей цептральпой чаети, так что один его конец (рабочий) свободен, а второй соединен жестко и неподвижно с волповодньгм звеном 4 в центральной его зоне. Длина волпово/июго звена 4 менее 1/8 длины волшя нзгибпьгх колебаний в его материале, а.плондадь его сечения в нееко.чьких .чесятков раз прев1 1 пает площадь сечения волповода. Волноводное звено 4 прижато к осповапию через прокладку 9 из немаг11итного материала для передачи статического усилия сжатия через волновод 3 к свариваемым деталя.м. Установленный на волноводном звене 4 стержень магпитоировода о удалеп от во.чповода 3 так, чтобы обеснечива.чся минимально допустимый отвод колебательной энергии. Для дополнительной акустической развязки стержня 5 в волновод1 ом звене 4 между волноводом 3 и стержнем о магпитонровода выг1ОЛ11еп глухой паз 10 в плоскости. перпепдик)мярпой плоскости колебаний во.чповода 3. Свободный копец Г-об)азпого стерл пя 5 охватывает своим наконечником 8 с зазоро.м часть поверхности волновода 3 и установлен в плоскости eio колебаний н зоне их иучпости. В соответствии с этим выбирается В1,1сота стержня 5 и размер торца пакопечпика 8. Л.ля обеег ече п-;я регулировки зазора между пакопечником И и во,:1новодом 3, а также для ;ДЛ1олните.1ьной акустической развязки сто)жпя 5 последний может быть зак|):1к;ен иа во.шоводном звене 4 с помощью шарн.ира П. ( целью ко1ггроля колеба1 ий па двух участках устройство (фиг. 2) снабжено дололпите.П;пым маг П1топр()водо 12 С-образ;|(.1Й формы свободные концы которого закапч ;;ются наконечниками 13 и 14. На копнах дополш;тельпого магнитопровода 12 размеп е ;ы обмотки 15 и 16 датчика ко.-1ебапий. Наконечники 13 п 14 своими торцами образуют зазор с поверхностью в()..а .3 в зонах иучпости его олебапий. В елучае изготовления степжпя 5 л а иитоировода я виде постоянного магнита обеспечпваетск возможность регистрации Голько ве.ли;ипы иереме 1поР ЭДС, паводпмой в обмотках 6, 15 п 16 датчиков ко.юбаний. Возбужденные мехапнческ 1е Ko.icGaniiH от источника 1 и усиленнп1е конц(мггратор(ш 2 передаются волноводу 3. Колебания нерабочей части в(}Лповода 3 затухают в волноводпом звене 4. Через обмотку 6 пропускают ток, котор1)1Й 11роизьо:1ит намагничивание стержпя 5. Нри этом магпитп1лй поток, созданный стержнем, проходя через во,Н(лю:1пое звепо 4, волновод 3 и наконечник 8 магпитоировода 5, за 1;ыкуется, образ я магпитпую iienb с малым воздуп пым зазоро-л (0,05--0,3 .м) поверхностью вс.ктповода 3 и наконечника 8. От ве, этого зазора зависит сопротпвлспие всей ;агиитной цепи. При рабочих колебаниях йол1ювг)да 3 величина воздхччпого .азора изменяется, что вызывает модуляцию протекающее) ранее через этот учаетсл ; цепи магнитпогс; потока. Эта перемепная состав. .sarг;итного потока вызывает появ.:1епие в обмотке стер;«ня переменной ЭДС с частотой, равной частоте колебаний волновода. Величина этой ЭДС пропорц;1опальна ампл| Т -де колебаний данпогс участка вг),.1а. 11о.мешая пакопечпи); магпитоировода в различные зоны ПУЧНОСТИ колебапий волповода, можно регистрировать распределение колебаний по его длине при настройке сварочной системы и при ее работе. Кроме того, поскольку передача энергии в зону сварки осуществляется последовательно, через колеблющиеся участки волновода 3, амплитуда колебаний различных участков при нагрузке значительно отличается. Следовательно, сравнивая одновременно величину колебаний волновода 3 в зоне сварки и на расстоянии от нее, можно произвести оценку нагрузки сварочного волновода, а в процессе сварки тем самым выявить момент ее окончания. Это позволяет с повыщенной точностью контролировать и автоматизировать процесс сварки при одновременно.м улучщении качества и надежности сварных соединений.

Применение дополнительного волноводного звена со стержнем магнитопровода Г-образной формы позволяет производить бесконтактный контроль изгибных колебаний поверхности волновода вдоль его длины и в зоне сварки, и на удалении.

При этом введение стержня магнитопровода в одной плоскости с Болноводо.м позволяет производить контроь колебаний волновода без нарущения его резонансного и нагрузочного режимов. Полюсный наконечник устанавливается в зоне пучности колебаний волновода за счет выбора высоты стержня магнитопровода в соответствии с резонансным возбуждением непосредственно волновода, а не концентратора. Присоединение к свободному концу Г-образного магнитопровода дополнительного магнитопровода С-образной формы с обмотками на его полюсах, расположенных около волновода, позволяет контролировать колебание волновода одновременно на двух участках.

Формула изобретения

I. Устройство для ультразвуковой сварки, содержащее источник ультразвуковых колебаний, концентратор, основание с закрепленным на нем сварочным волноводом изгибных колебаний с рабочим и нерабочим торцами, датчик амплитуды колебаний.

состоящий из .магнитопровода и измерительной обмотки, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности контроля процесса, оно снабжено , присоединенным к нерабочем} торцу сварочного волновода волноводным

звеном, щарнирно связанным е одним торцр.м магнитопровода, выполненного в виде Г-образного стержня, другой торец которого установлен с зазором относительно боковой поверхности волновода в зоне пучности его колебаний, при этом длина волноводного

звена меньше А/8, его поперечное сечение по крайней .мере на порядок больще поперечного сечения волновода, а высота Г-образного стержня равна А/4 (2п -V 1), гдеЛ- длина волны в волноводе, а п - целое число

5 периодов колебаний в волноводе.

из полюсов магнитопровода расположен в зоне пучности колебаний волновода.

0 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в волноводном звене между волноводом и Г-образным стержнем магнитопровода выполнен глухой паз в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний волновода.

Источники инфор.мации, принятые во вни.мание при экспертизе

0 1. Авторское свидетельство СССР № 633615, кл. В 06 В 1/00, 1977.

Хо 679256 кл. В 06 В 1/00, 1978 (прототип).