Отчет о результатах исследования сварки компасов

Задача: провести экспериментальные исследования сварки компасов двух разных диаметров. Сварной шов должен обеспечивать герметичность, соединенных деталей.

Получив образцы изделий компасов, была разработана и изготовлена специализированная ультразвуковая колебательная система с двумя сменными концентраторами-инструментами (рисунок 1) для обеспечения кольцевых швов двух типоразмеров (использовали один электронный генератор с перестройкой при изменении инструмента). В настоящий момент все технические решения реализованы в аппарате ультразвуковой сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К» модель АУС-1/22-ОК-50-30.

Рисунок 1 — Ультразвуковая колебательная система (УЗКС) для создания кольцевых швов с разными диаметрами рабочих инструментов

Проведенные исследования в процессе разработки показали, что разработанная форма и конструкция концентраторов является оптимальной и должна обеспечивать равномерное распределение оптимальной амплитуды колебаний 40-50 мкм по всей рабочей поверхности концентратора. Разработанные инструменты имеют отличия по длине, для обеспечения близкой резонансной частоты для всей колебательной системы.

Для обеспечения сварных соединений изделий был собран стенд, состоящий из штатива, с установленной на нем ультразвуковой колебательной системы, станины и специальной подложки (рисунок 2.). Конструкция штатива такова, что при обеспечении прижима с усилием 700-1500 Н происходит перекос и не обеспечивается параллельность рабочей поверхности УЗКС относительно свариваемых поверхностей. Это приводит к отсутствию акустического контакта и неравномерной сварке по всему кольцу. Эта проблема была устранена при использовании подложки, состоящей из резины, и алюминия, непосредственно на который укладывалось изделие.

Рисунок 2 — Испытательный стенд

Для осуществления операции сварки изделие укладывалось на подложку под штативом. Осуществлялся прижим рабочего инструмента с одновременным выравниванием ультразвуковой колебательной системы по месту получения сварного соединения, с усилием, задающим наилучший акустический контакт, в пределах 700-1500 Н. Затем выбирался уровень мощности, и интервал времени ультразвукового воздействия от 2 до 3 секунд, после чего производился пуск аппарата. По истечении времени сварки, аппарат автоматически отключался, прижим не ослаблялся для стабилизации и охлаждения сварного соединения в течение 1-3 секунд.

После проведения серии сварок была проведена проверка на герметичность изделий. Для проведения проверки на герметичность, изделия полностью заливались водой, отверстия заклеивались, после чего проверка производилась путём сдавливания изделий с незначительным усилием.

Рисунок 3 — Образцы изделий

В результате сварки 15 изделий большего типоразмера при различных режимах сварки 5 составил брак, возникший в результате неоптимальной настройки (Нижний ряд на рисунок 3), 5 изделий имеют визуально качественное и по результатам испытаний герметичное сварное соединение, 5 изделий не полностью герметичны (в результате надавливания происходит образование капли в одном месте).

Необходимо заметить, что под воздействием ультразвуковых колебаний в 50-70 % случаев происходит выпадение из корпуса изделий большего типоразмера втулки под стрелку. Возможно, встанет необходимость вклеивания втулки, либо изменения прессформы. В результате формирования сварного соединения возможно образование незначительных наплывов внутри компаса в месте контакта свариваемых элементов изделий, не выходящих за внешние габариты и практически не влияющих на внешний вид изделия (рисунок 4).

Рисунок 4 — Образец сваренного изделия

Однако, как показали исследования, образование наплывов говорит о расплавлении материала изделия и формировании более герметичного шва. Скорее всего, это связано с тем, что необходимо производить дополнительный подбор параметров процесса сварки, таких как время и мощность ультразвукового воздействия и обеспечивать стабилизацию величины статического усилия прижима к свариваемым поверхностям (мы производили сварку на штативе вручную).

Мы провели исследования процесса сварки и установили, что для обеспечения хорошего акустического контакта, необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей, рабочей поверхности колебательной системы и станины с учетом величины статического усилия прижима, которая составляет 700-1500 Н. Для обеспечения кольцевого шва изделий большего типоразмера на передней панели аппарата устанавливался уровень мощности 55-60%, время ультразвукового воздействия составило 2 секунды (при сварке изделий меньшего типоразмера уровень мощности 100%, время сварки 3 секунды).

Получение большего количества качественных изделий обуславливает необходимость дальнейшей отработки технологии при обеспечении стабильных параметров давления прижима, влияющего на качество соединения.

Для этого мы рекомендуем использовать имеющуюся в наличии систему прижима, обеспечивающую стабильное давление. Предварительно проведенные исследования герметичности показали, что использование разработанного нами специализированного оборудования позволяет обеспечить качественное и герметичное сварное соединение.