Перспективы развития ультразвуковой сварки

О перспективах ультразвуковой сварки мы говорили понемногу во всех главах. Здесь мы попытаемся резюмировать все сказанное и рассмотрим два аспекта этого вопроса: усовершенствования самого способа сварки и перспективы расширения его применений в различных отраслях промышленности.

Технологический арсенал ультразвуковой сварки достаточно обширен и, хотя появление новых объектов сварки потребует, естественно, дальнейшего развития технологии, ее основы, отражающие специфику этого вида сварки, видимо, не изменятся (см. гл. 3). Что касается сварочного оборудования, то направления его усовершенствования могут быть следующими. Прежде всего, по нашему мнению, точечные машины, использующие продольно-поперечную колебательную систему, будут вытеснены машинами с крутильной колебательной системой, так как получаемые с их помощью соединения должны обеспечивать меньшую концентрацию напряжений в конструкции. Кроме того, крутильная колебательная система, обладающая тем же достоинством, что и продольно-поперечная система (осевое приложение давления), существенно проще по конструкции и расчету.

В связи с увеличением свариваемых толщин, а следовательно, площадей сварных соединений, возникает потребность в более мощных машинах с большими площадями выходных сечений сварочных колебательных систем. Отсюда — необходимость понижения рабочих частот сварки приблизительно вдвое по сравнению с используемыми — с 18—20 до 9—10 кгц х. Решая вопрос о понижении частоты, важно учитывать шум, производимый сварочным оборудованием и безопасность обслуживающего персонала. Возможно, что выходом из положения явится создание автоматизированных сварочных установок, изолированных от оператора.

Для традиционных видов сварки имеются такие средства, как программированное управление процессом с автоматизированными сложными циклами изменения давления, тока и т. д., тогда как ультразвуковая сварка только начинает обзаводиться подобными средствами. В настоящее время они исчерпываются автоматическим повторением заданного сварочного режима, что немаловажно для использования этого вида сварки в автоматических и полуавтоматических операциях и производственных линиях (сварка компонентов микроэлектроники, электротехнических изделий, фольг, держателей к топливным элементам реакторов, упомянутых в предыдущем параграфе, и т. д.). Следует подчеркнуть, что эта автоматизация пока не учитывает принципиальной особенности ультразвуковой сварки — возможность автоматизированного управления процессом сварки во время каждого сварочного цикла с использованием параметров, отражающих течение этого процесса. Такого рода управление, рассчитанное на получение высококачественных соединений, представляется весьма перспективным.

Определенные возможности расширения промышленных применений ультразвуковой сварки кроются в упрощении конструкции и повышении надежности не только сварочных машин, но и генераторов для их питания. Здесь возможны два решения: упрощение используемых ламповых и полупроводниковых генераторов (в частности, переход к импульсным генераторам) и применение машинных генераторов.

Развитие указанных направлений должно привести к повышению надежности оборудования и качества получаемых соединений. Более широкое применение ультразвуковой сварки при изготовлении конструкций, несущих определенную нагрузку, может быть обеспечено созданием мощных и прежде всего крутильных сварочных машин (работающих на пониженных частотах) с автоматизированным управлением процессом сварки (типа поиска оптимального режима за каждый сварочный цикл).

Что касается применений ультразвуковой сварки, то здесь перспективы не ограничиваются ее использованием только в случае невозможности применить другие виды сварки. Не менее важна замена других видов сварки и в тех случаях, когда ультразвуковая сварка обеспечивает лучшее качество соединений и большую производительность при сравнительной простоте оборудования, технологии и малых затратах энергии.

В области микроэлектроники и полупроводниковой техники применение ультразвуковой сварки расширяется и увеличивается выпуск специализированного оборудования. Такая тенденция, по-видимому, сохранится и в будущем. Применение ультразвуковой сварки в электровакуумной и электротехнической промышленности будет, видимо, расширяться за счет создания сварочных машин, специализированных для изготовления однотипных изделий, выпускаемых большими тиражами (электролитические конденсаторы, медные вводы, заземления алюминиевых шасси электронных приборов, обмотки электрических машин и т. д.).

Несомненно, большое будущее ждет ультразвуковую сварку в ракетной, космической и ядерной технике, где используются материалы со специальными свойствами и необычные сочетания материалов. Развитие сварки конструкций в этих и других областях зависит от успешного создания мощных ультразвуковых сварочных машин. Те сварочные машины средней мощности (порядка 4 квт), которые имеются сейчас, не пригодны для сварки ряда материалов ограниченной толщины, используемых в космической технике [109]. Определенным признанием достоинств и перспективности ультразвуковой сварки является то обстоятельство, что она возглавляет перечень сварочных процессов, пригодных для соединения деталей из дисперсионно-твердеющих сплавов типа ТД-никель, САП и др., используемых в космических объектах [109].

Как показано в гл. 2, при ультразвуковой сварке ускоряются диффузионные процессы. Наложение ультразвука интенсифицирует диффузионную сварку, осуществляемую в глубоком вакууме [2].

Все это позволяет надеяться, что ультразвуковая сварка, возможно, в сочетании с другими видами сварки, может быть использована при сборочных и ремонтных работах в космическом пространстве. Такое применение потребует разработки принципиально новой технологии и оборудования. Возможно, что сварка будет производиться через специальные покрытия, нанесенные предварительно на соединяемые детали. Обычное оборудование для ультразвуковой сварки, естественно, непригодно для таких работ. Можно полагать, что подходящим окажется оборудование распределенного типа, с автономными системами, обеспечивающими сжатие свариваемых деталей и возбуждение колебаний в них. Необходимость легкой подвижности такого оборудования и минимального его веса может обусловить переход к простейшим импульсным ультразвуковым питающим генераторам.

В заключение пользуюсь возможностью поблагодарить С. К. Гинзбурга за полезное обсуждение гл. 2, а также Л. И. Витальева, Л. И. Га-неву, И. П. Голямину, М. В. Брука, Ю. В. Холопова и других товарищей, предоставивших в мое распоряжение ряд оригинальных иллюстративных материалов.