лежала в интервале красного и белого каления. Таким образом, локальная температура при ультразвуковой сварке может достигать температуры плавления. При сварке меди по периферии соединения обнаружили шарики закристаллизовавшегося металла[217].

Распределение температуры при сварке константана с железом, полученное ее измерением по схеме на рис. 191, а в различные моменты времени, указывает на наличие трех источников тепла (рис. 191, б): а) в контакте инструмент—деталь; б) в контакте между свариваемыми деталями и в) по наружному периметру контакта, о чем свидетельствует интенсивное повышение температуры через 0,13—1,0 сек в зоне, расположенной на расстоянии 1,5 мм от оси соединения. Первые два источника связаны с трением в контактах; третий — либо с увеличенной амплитудой проскальзывания на их периферии, либо с энергичным передеформированием металла в этой зоне под действием ультразвуковых колебаний.

Следует отметить, что даже усредненная температура в зоне сварки выше температуры рекристаллизации. Например, средняя температура в контакте свариваемых деталей равна: для алюминия и его сплавов 300—350° С; меди 400—450° С; титана 500—600° С [134].

Очевидно, что при ультразвуковой сварке наиболее полезным является тепловыделение в контакте соединяемых деталей. Интенсивный нагрев контакта инструмент—деталь, свидетельствующий о большой амплитуде их взаимного смещения, ведет к износу инструмента и повреждению поверхности детали. Обычно взаимное скольжение сопровождается значительной пластической деформацией, распространяющейся на большую или меньшую глубину в тело деталей.

В зависимости от распределения температуры в зоне сварки Л. Л. Силин и др. различают несколько типичных термических циклов [ 134 ]. Два из них схематически представлены на рис. 191, в (7\ —• температура в контакте инструмент—деталь; Т2 — в контакте между деталями). Там же схематически показаны контуры соответствующей зоны интенсивной пластической деформации, определенные металлографически.

Лучшие результаты дает цикл А, при котором Тх быстро достигает максимума, взаимное скольжение инструмента и верхней детали прекращается и Т2 стабилизируется. При этом получают соединения устойчивого качества при малом износе инструмента и незначительном повреждении поверхности верхней детали. Повышение Тх к концу процесса можно объяснить теплопередачей из зоны соединения через верхнюю деталь. Совершенно неприемлем цикл .Б, при котором, по существу, взаимное скольжение идет только в контакте инструмент—деталь и полностью отсутствует в зоне сварки, нагрев которой осуществляется только за счет теплопередачи. В этом случае получить прочное соединение не удается, несмотря на затрату большой энергии и широкую зону пластиче-296

ской деформации. Тип термического цикла зависит от многих параметров: амплитуды 5„; усилия Ы; материала, состояния поверхности и формы наконечника инструмента; материала и состояния поверхности свариваемых деталей и др. Очень существенна роль Ъи и N.

Уже упоминалось, что иногда различают два типа процесса в зависимости от наличия или отсутствия общего скольжения в контакте свариваемых деталей. При достаточно высоком усилии N и умеренной амплитуде удается получить соединения повышенной прочности (табл. 44). При этом усредненная температура в контакте свариваемых деталей растет медленно (кривая 2, рис. 191, г)

Режимы ультразвуковой сварки и прочность соединений (медь, б = 1 -+ 1 мм)I [ 107]

и остается существенно ниже, чем при сварке с общим скольжением (кривая 1). Однако во всех случаях кинетика формирования соединения имеет близкий характер: после сглаживания и очистки контактирующих поверхностей между ними образуются узлы схватывания, площадь которых по мере разогрева контакта увеличивается, пока она не охватит всю контактирующую поверхность. Как показал Н. А. Ольшанский, увеличение разрушающей нагрузки соединения с удлинением времени сварки связано не с повышением его удельной прочности (которая почти не меняется), а с ростом площади этого соединения [111]. Обычно установившаяся прочность соединения получается вскоре после достижения максимальной температуры в зоне контакта свариваемых деталей (рис. 192).

Возникает принципиальный вопрос: когда формируется соединение — еще в процессе действия ультразвуковых колебаний или только в момент их прекращения. По-видимому, как при наличии общего проскальзывания, так и, тем более, при сварке в условиях предварительного смещения соединение начинает формироваться еще в процессе ультразвуковых колебаний. Узлы схватывания, образующиеся между контактирующими поверхностями после достаточного их нагрева (а локальная температура в контакте может