Схема типовых колебательных систем для УЗС металлов. Физические основы. Технологические возможности

Величина ξ_св обычно находится в пределах от 0,5 до 50 мкм. В процессе сварки ξ_св может изменяться в соответствии с типовыми циклограммами, приведенными на рис. 13.4 [3—5].

Сварочное усилие обеспечивает передачу ультразвуковых колебаний и вызывает пластическую деформацию металла в зоне соединения. С увеличением предела текучести, твердости и толщины свариваемого металла величина F_cв растет. При этом F_cв и ξ_св взаимосвязаны между собой, т. е. при заданной мощности механической колебательной системы с увеличением ξ_св сварочное усилие необходимо снижать. При соединении элементов микросхем и полупроводниковых приборов F_cв составляет десятые доли либо единицы ньютона, а при сварке относительно

255

Рис. 13.4. Циклограмма изменения амплитуды колебаний сварочного наконечника в процессе сварки [5]:

а — ξ_св снижается плавно; б— режим   сварки  задан   экспериментом;   в — снижение ступенчатое; г — критерий К=(2÷2,5) ξ_св^max/ ξ_св^min; д — программирование ξ_св

Рис. 13.5. Циклограмма изменения сварочного усилия в процессе сварки [5]:

а — ступенчатое снижение; б — ступенчатое увеличение; в — плавное изменение;  г —

частотное нагружение; д — программирование с частотой наполнения толстых листов F_cвобычно не превышает 10⁴ Н. В процессе сварки F_cвостается постоянным или изменяется по определенной программе (рис. 13.5) [3—5].

Время сварки зависит от других параметров, свойств и толщины свариваемого металла. Зависимость t_cв от свойств и толщины свариваемого металла такая же, как для F_cв. Величину t_cв устанавливают в пределах 0,1—4 с [3—5].

13.3. Оборудование

Для УЗС металлов в СССР и за рубежом создано значительное количество универсальных и специализированных машин, которые нашли применение при изготовлении широкой номенклатуры

256

                                                                  Таблица 13.1

КРАТКИЕ  ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ*¹ МАШИН     ДЛЯ  УЗС МЕТАЛЛОВ   [4, 5]

Марка сварочной машины	W, кВт	f, кГц	Fcв,Н	h, мм	Р	Назначение
МТУ-0,4 4У4	0,4—0,63	22±1,65	392 (кПа)	0,2+0,2 — Си	До 3600*2	Точечная сварка
				0,3+0,3 — А1
КТУ-0,1 У4 (0,63)	0,1 (0,63)	44 (22)	50(600)	0,1+0,1 (0,25 +	До 3600	»         »
				+ 0,25) — А1	(3600)*2
КТУ-1,5 У4	1,5	22	1200	0,5+0,5 — А1	До 3600*2	»         »
МТУ-0,6 ЗУ4	2X0,6	22±1,65	600	0,5+0,5	180*3	Одновременная    приварка плавкого элемента из перфорированной алюминиевой фольги к толстостенным ножам электрических предохранителей
МТУМ-0,1 У4	2X1,5	22±1,65	1200	5-4 ЮНДК	180*3	Точечная сварка магнитов из сплава ЮНДК с держателем из сплава МНЦ при изготовлении реле разных типов
				0,15—0,4 МНЦ
МТУ-0,1 УХЛ4	1±0,15	22±1,65	200—1000	0,2+0,2	1000*3	Точечная сварка никелевых токоподводов с медными шинами   электронагревателей
МШУ-0,63	0,63	22	500	0,2 — А1	З*4	Шовная сварка
МШУ-1,5	1,5	22	1500	0,5 — А1	3*4	»         »
МШУ-4	4,0	18	2500	0,8 — А1	3*4	»         »

*¹ W— мощность; f — частота; F_cb — сварочное усилие; h — толщина свариваемого металла;  Р — производительность. *² Число сварок в час. *³ Число изделий в час. *⁴м/мин.

ТАБЛИЦА   13.J

КРАТКИЕ   ТЕХНИЧЕСКИЕ   ДАННЫЕ*   УСТАНОВОК ДЛЯ   УЛЬТРАЗВУКОВОЙ   МИКРОСВАРКИ   [4, 5, 3, 11 — 14]

Марка установки	W, Вт	F, кГц	Fcв, H	tсв, с	dп, мкм	Р. число сварок/ч
МС-41П2-1 МС-41ПЗ-2 МС-41ПЗ-3	6,3	66	0,2—1,5	0,05—1,5	20—50	800—1200
УЗП-02	До 8,0	75±2,0	0,05—0,7	0,05—0,5	25—50	2500
УЗП-03	До 8,0	75±2,0	0,1 — 1,0	0,05—0,5	20—50	600
ЭМ-421 А	До 6,3	66±6,6	0,1 — 1,2	0,08—3,6	25—60	700
ЭМ-423	До 6,3	59—61	0,1—0,75	0,1 — 1,0	20—60	800—1200
ЭМ-425 А	До 6,3	66±6,6	0,1—1,2	0,08—3,6	25—60	800
НВП-1	6,0	75±5,0	0,05—0,5	0,04—2,0	20—50	1500
НВП-2	6,0	75±5,0	0,1—0,2	0,04—2,0	24—40	2400
УЗСКН-1	20	44	0,25—10,0	0,1 — 1,5	30—100	300
Контакт-4А	20	60	0,2—1,8	0,04—4,0	20—160	350

• Обозначения параметров см. в табл. 13.1; d_п— диаметр провода.

 изделий. Машины, как правило, выполнены на весьма высоком техническом уровне и позволяют автоматизировать сварочный процесс. Краткие технические данные некоторых отечественных машин для УЗС металлов приведены в табл. 13.1(4,5].

В последнее время существенное развитие получила ультразвуковая микросварка, предназначенная для соединения разных элементов микросхем и полупроводниковых приборов. Оборудование для ультразвуковой микросварки отличается высокими показателями производительности и уровня автоматизации всего технологического процесса сборки и сварки изделий. В табл. 13.2 приведены краткие технические данные некоторых установок для ультразвуковой микросварки, разработанных в СССР [4, 5, 8, 11 — 14].

13.4. Промышленное применение

Процесс УЗС применяют для соединения относительно тонких фольг, листов, проволок и других деталей. Особые преимущества этот процесс имеет при соединении разнородных и термочувствительных элементов. Областями ис258

пользования УЗС являются: производство полупроводников, микроприборов и микроэлементов для электроники, конденсаторов, предохранителей, реле, трансформаторов, ламп бегущей волны, нагревателей бытовых холодильников, приборов точной механики и оптики, реакторов, десублиматоров вакуумных сушильных установок, сращивание концов рулонов различных тонколистовых материалов (медь, алюминий, никель и их сплавы) в линиях их обработки, а также автомобильная промышленность [2—5, 8].

Накопленный опыт применения УЗС выявил следующие преимущества этого