Создание ультразвуковых аппаратов с оптимизацией энергетического воздействия для повышения эффективности сварки

• Автор: Сливин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А - амплитуда механических колебаний, м;

Амгн- амплитуда механических колебаний (расчетная), м;

Ао~ амплитуда механических колебаний (начальная), м;

А в- амплитуда механических колебаний (измеренная), м;

частота механических колебаний, Гц;

(мгн - частота механических колебаний (расчетная), Гц;

частота механических колебаний (начальная), Г'ц;

/-интенсивность звуковой волны, Вт/м ;

10-- интенсивность звуковой волны в сварочном инструменте, Вт/м2; //-интенсивность звуковой волны в термопластичном материале, Вт/м2;

Тсв — продолжительность ультразвукового воздействия, сек;

(игн _ продолжительность ультразвукового воздействия (расчетная), сек;
/о - заданная продолжительность ультразвукового воздействия, сек;
V- скорость ультразвуковой сварки, м/с;
Р - сварочное давление, Па;
Ра - сварочное давление (начальное), Па;
Рсв - сварочное давление ( при котором возникает акустический контакт ), Па;
Рмгн - сварочное давление (расчетное), Па;
Р - усилие сжатия, Н
Ррр- усилие при разрыве материала, Н;
3- толщина материала, м; х - толщина термопластичного материала, м;
<$- глубина осадки рабочего инструмента, м;
Е - модуль упругости материала, Па; р — плотность материала, кг/м3;

ро - плотность материала рабочего инструмента, кг/м3; рI - плотность термопластичного материала, кг/м3; р2 - плотность материала опоры, кг/м3; с0- скорость звука в материале рабочего инструмента, м/с; с;- скорость звука в термопластичном материале, м/с; с2- скорость звука в материале опоры, м/с;

С - теплоемкость ——;
кг-К
г] — фактор потерь;
О - коэффициент пропускания; с1 - коэффициент пропускания;
у — коэффициент затухания по амплитуде, -;

И - толщина слоя материалов, м;
7о — акустический импеданс сварочного инструмента,

Z/- акустический импеданс термопластичного материала, ——;
М 'С

22- акустический импеданс опоры, ——;

-коэффициент отражения на границе сварочного инструмента и свариваемых материалов;
т)2— коэффициент отражения на границе свариваемых материалов и опоры;
Ж- скорость диссипации ультразвуковой энергии, ;

«-коэффициентзатухания по амплитуде, —;

0 - количество общей тепловой энергии, Дж;
<2! - количество энергии для нагрева до температуры плавления, Дж;
Q2- количество энергии для плавления свариваемых материалов, Дж;
Q3 - количество энергии потерь вне зоны сварки, Дж;

Л - удельная теплота плавления материала, — ;

V/- объем зоны сварки, м3;
V2 — объем формируемого сварного соединения, м3;
АТ— разность между начальной температурой и температурой плавления, К; Тн - температура начальная, К;
То - температура начальная, К;
ТСЛ температура сварки, К;
Ткр - температура кристаллизации, К;
Тт - температура плавления, К; сГрР- прочность при разрыве, МПА;
М— коэффициент усиления;
УЗКС - ультразвуковая колебательная система;
УЗ - ультразвуковой;
Т1ВХ- поливинилхлорид;
ПП - полипропилен;
ПЭ - полиэтилен;
ПЭТФ - полиэтилентерефталат;
ПС - полистирол;
АПЧ- автоматическая подстройка частоты;
КПД - коэффициент полезного действия;
ФЧХ- фазочастотная характеристика;
ГУН- генератор, управляемый напряжением;
СР17- блок микропроцессора;

Таким образом, необходимо установление и стабилизация оптимального значения амплитуды колебаний в процессе сварки.
Рассмотрим влияние статического давления на процесс формирования сварного соединения.
1.6.2 Влияние статического давления на формирование сварного соединения
При помощи давления осуществляется акустический контакт между поверхностями свариваемых деталей и между деталями и волноводом. Кроме того, давление является необходимым условием для протекания процессов объемного взаимодействия в зоне контакта свариваемых деталей [7].
Зависимость прочности сварных соединений от статического давления носит, как правило, экстремальный характер. Считается, что низкая прочность при сварке на небольших статических давлениях связана с подводом к деталям малой энергии из-за недостаточного контакта. В этом случае может наблюдаться размягчение и деформация материала под волноводом вследствие ударного нагружения. С увеличением давления до определенного предела увеличивается не только прочность соединения, но и скорость сварки.
Что касается уменьшения прочности с увеличением давления выше оптимального значения, то по этому вопросу пока нет единого мнения. Было обнаружено понижение температуры, достигаемой на границе свариваемых деталей, с увеличением давления. В связи с этим высказано предположение, что материал не достигает вязкотекучего состояния, поэтому свариваемость ухудшается. Однако здесь не учитывалась зависимость температуры перехода полимерного материала в вязкотекучее состояние от статического давления.
Большинство исследователей объясняют снижение прочности с увеличением давления выше оптимального значения уменьшением