0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1.6 1,8 сек 6ср.кГ1тг

14 12

приближаться к точке плавления), могут не разрушаться в результате пластической деформации окружающего их металла. Эта деформация существенно облегчается благодаря одновременному действию нормальной и тангенциальной сил. В зависи-, мости от амплитуды взаимного смещения деталей д — 1Н_ д) деформация в зоне соединения меняет свой характер. При значительном смещении наблюдается турбулентная деформация (см. рис. 190, б); при относительно малом смещении деформация равномерна. В структуре при этом хорошо видны общие зерна (см. рис. 190, в). Характер деформации обычно различен в центральной зоне и на периферии соединения [19]. В центре, где велики нормальные напряжения сжатия, а смещение относительно мало, турбулентной деформации нет и осколки раздробленной окисной пленки I постепенно перемещаются к краю; на периферии напряжения сжатия могут переходить в растягивающие.

При одной и той же амплитуде колебаний инструмента (£„) амплитуда взаимного смещения деталей (£«. д — 5К. д) зависит от силы N (или пропорционального ей удельного давления р в зоне соединения), что показано на рис. 188, б для сварки меди толщиной 1 + 1 мм. В этом случае рабочий диапазон удельных давлений, обеспечивающий £„. д — |„. д = 12-МЗ мкм и получение прочного соединения, оказался равным 4—12 кПмм2 (при 25 мкм).

Значительная пластическая деформация в зоне соединения при воздействии ультразвуковых колебаний приводит к возникновению и движению множества дислокаций и к образованию большого количества вакансий. Все это способствует резкому ускорению диффузии в этой зоне, которое наиболее заметно проявляется при сварке разноименных металлов. Ряд исследований на микрорентгеновском анализаторе показал, что в зависимости от характера процесса диффузия проявляется в различной степени. Так, при сварке титана с медью было установлено проникновение меди в титан на глубину до 4 мкм от линии соединения и соответственно титана в медь на 2,Ъмкм с образованием твердых растворов и интер-

0.2 0,4 0,6 0,8 1.0 1.2 1,4 1.6 1,8 сек

Рис. 192. Зависимость разрушающей нагрузки Рраз' площади соединения Б и предела прочности при срезе сср от длительности процесса при ультразвуковой сварке меди (б = = 0,35+ 0,35 мм) [111]

металлидной фазы [57]. В то же время X. Даниэльс, осуществляя сварку разнородных металлов с относительно малой амплитудой, не обнаружил диффузии (при разрешающей способности микроанализатора 1 мкм) [183]. Следует отметить, что в работе [107] даже при сварке по «оптимальному» режиму, т. е. при умеренной амплитуде колебаний и большой силе N в соединении меди с алюминием, наблюдалась интерметаллидная прослойка, свидетельствующая об относительно высокой температуре в их контакте при сварке.

Нагрев и значительная пластическая деформация, сопровождаемые разрушением окисных пленок, способствуют образованию прочных соединений. Возможна ультразвуковая сварка (рис. 193) как взаимно растворимых (Си—N1 и др.), так и нерастворимых металлов (Ре—Ag, Си—Мо и др.), а также металлов, образующих интерметаллиды (Си—А1, 1?е—Т1 и др.).

Необходимая амплитуда колебаний быстро растет с увеличением толщины свариваемых деталей [217]. Максимальная амплитуда этих колебаний, как правило, ограничивается прочностью волновода при действии циклических напряжений. В результате этого ультразвуковая сварка практически применима для присоединения детали небольшой толщины (обычно до 1—1,5 мм) к нижней детали любой толщины. Несмотря на существенные достоинства (отсутствие небольшой макропластической деформации, возможность соединения одноименных и разнородных металлов при резком различии деталей по толщине), ультразвуковая сварка пока получила ограниченное применение. Это связано с некоторой неустойчивостью распределения колебаний в системе инструмент— свариваемые детали—опора, понижающей стабильность качества соединений, а также с наличием взаимного смещения между инструментом и верхней свариваемой деталью, иногда ведущего к повреждению поверхности этой детали.

Выдвинут ряд объяснений механизма образования соединения при ультразвуковой сварке. Их различие в основном касается деталей процесса. Общим для всех гипотез является признание того, что при ультразвуковой сварке в результате сухого трения (как при наличии общего скольжения, так и в случае работы в режиме предварительного смещения) разрушаются поверх-

о w -э ол -j си jj j-? •— a -fcj Сэ- г,

m

т

Рис. 193. Металлы, свариваемые ультразвуком [134]

fll и сплабы Be и сплавы Си. латунь Се Аи Fe

Нд и сплавы Мо и сплавы Ni и сплавы

._Рв и спловы

_Pt и сплоВы Si

%Ад и сплавы _Та и сплавы \Sn

Ti и сплавы Wи сплоВы