испытывающего знакопеременные напряжения, пропорциональные амплитуде колебаний.

При ультразвуковой сварке соединяемые детали должны быть сжаты нормальной силой N. В рассматриваемой схеме эта сила создается моментом M в узле колебаний. Дополнительные изгиб-ные напряжения понижают работоспособность волновода. Этот недостаток устраняется в схеме (рис. 187, б) с инструментом 3, передающим изгибные напряжения, к концу которого в узле колебаний присоединяется масса, создающая усилие N.

Колебания инструмента передаются свариваемым деталям и опоре. Однако амплитуды колебаний инструмента £„, верхней и нижней деталей £e. g и £к. д и опоры |0, естественно, различны. В зависимости от материала свариваемых деталей, состояния поверхности и формы рабочего инструмента, а также параметров процесса (в первую очередь амплитуды и усилия ^распределение этих амплитуд различно. Изменение амплитуд колебаний в ходе сварки константана (Ô = 1,6 мм) с железом (6 — 8 мм) при N = = 200 кг и |и = 12 -4-14 мкм показано на рис. 188, а [13]. Разности амплитуд Ъа — Ъв.д Ь.д — 1н.д и \н.д~ So соответствуют взаимному смещению инструмента по отношению к верхней детали, свариваемых деталей между собой и нижней детали по отношению к опоре. В рассматриваемом частном случае — |„. д 2 -i- 4 мкм; £„. а—1„. а ^ 5 н- 8 мкм и £н. д — £0 ^2 мкм. В зависимости от величины взаимного смещения оно может сопровождаться общим проскальзыванием одного элемента относительно другого или

соответствовать стадии предварительного

Рис. 188. Изменение амплитуды колебаний:

а — в процессе ультразвуковой сварки константана (Ô = 1,6 мм) и железа (6 = 8 мм) при N = 200 кГ (£ц — амплитуда колебаний инструмента; g„ g и %н_д — то же, верхней н нижней деталей; |с — то же, опоры; Т — температура в контакте между деталями); б — в зависимости от удельного давления при сварке меди ô = 1 + i мм н неизменной амплитуде |ц [ІЗ]; в —в зависимости от толщины свариваемых деталей (алюминий) [217]

Рис. 189. Профилограммы поверхности свариваемых деталей (медь) до сварки (вверху) и через 0,1 сек после включения ультразвуковых колебаний [107]

циальнои сил приводит только к местному проскальзыванию в ограниченной зоне контакта (при а г а', см. рис. 175, а). Некоторые исследователи в зависимости от наличия или отсутствия общего проскальзывания между свариваемыми деталями различают два варианта процесса [46, 107, 205]. Однако, как отмечается в работе 1107], для образования прочного соединения и в режиме предварительного смещения необходимо, чтобы его амплитуда (|4. н—£к. д) приближалась к пороговому значению, т. е. к переходу в режим общего скольжения. При этом почти вся поверхность контакта деталей охватывается процессом трения.

Ультразвуковая сварка начинается со сглаживания поверхностных неровностей. Например, при сварке меди толщиной 1 + 1 мм (N = 400 кГ, Ъи = 13-4-14 мкм и д — Ън. е= Ь мкм) уже через 0,1 сек заметно сглаживание поверхности (рис. 189). Пластическая деформация при этом способствует разрушению окисных пленок, фрагменты которых остаются в соединении в виде отдельных включений. В зависимости от свойств окислов и температуры эти включения имеют округлую форму, например при сварке меди (рис. 190, а), или представляют собой плоские осколки [9]. При турбулентном характере деформации (см. ниже) окисные включения внедряются в металл на большую глубину. Рассошин-ский А. А. и др. отмечают, что толщина включений на несколько порядков больше толщины исходной пленки [119]. Это свидетельствует об одновременном разрушении пленок и интенсивном окислении, которому способствует активное состояние трущихся металлических поверхностей. Таким образом, при ультразвуковой сварке, как и при сварке трением, защита от окисления отсутствует — создаются лишь благоприятные условия для удаления окислов.

Условия формирования соединения при ультразвуковой сварке зависят от распределения амплитуды колебаний инструмента в системе инструмент—свариваемые детали—опора. Эту зависимость легко проследить при анализе температурного поля в свариваемых деталях и характера их пластической деформации.

Одна из схем измерения температуры представлена на рис. 191,а [134]. В тело свариваемых деталей были зачеканены хромель-