Почему при ультразвуковой сварке металлов основной металл не плавится

Первый вопрос об ультразвуковой сварке металлов обычно один и тот же: если нет нагрева и нет присадочного материала, то как вообще соединяются два куска металла?

Ответ в том, что этот процесс не идёт путём «расплавить и дать затвердеть».

Что происходит на самом деле

Во время сварки сонотрод прижимает две заготовки друг к другу статическим усилием и одновременно колеблется в поперечном направлении с частотой более двадцати тысяч циклов в секунду.

На поверхности металла всегда есть оксидная плёнка, а также адсорбированные масло и влага, и именно эта плёнка мешает контакту металла с металлом. Первое, что делают колебания, — разрушают плёнку и вытесняют её к краям зоны сварки.

Когда плёнки больше нет, свежий чистый металл с обеих сторон сводится усилием, атомы оказываются в пределах взаимодействия, и металлические связи образуются напрямую. Температура при этом растёт — трение всегда даёт тепло, — но остаётся значительно ниже точки плавления. Основной металл всё время остаётся твёрдым; сварочной ванны нет.

Именно это и означает соединение в твёрдой фазе.

Что следует из отсутствия расплавления

Нет зоны термического влияния. Сварка плавлением оставляет вокруг шва кольцо термически изменённого материала: с ростом зерна, изменившейся твёрдостью и пластичностью. Твердофазное соединение вносит мало тепла, сосредоточенного на стыке, поэтому структура и свойства основного материала практически не меняются. Это особенно важно для нагартованных медных шин и алюминиевой фольги, где сварка плавлением отожгла бы весь достигнутый упрочняющий эффект.

Можно избежать хрупких интерметаллидов. В этом суть соединения меди с алюминием. Если медь и алюминий расплавить вместе, при остывании образуется семейство твёрдых хрупких интерметаллических соединений; шов выглядит сваренным, но растрескивается под вибрацией. Без сварочной ванны образование этих соединений удаётся удержать на очень низком уровне.

Токопроводящее сечение сохраняется целиком. Шов представляет собой непрерывное металлическое соединение без прослойки присадочного материала, без запертых оксидов и без пор. Для электрических соединений это означает низкое и стабильное переходное сопротивление.

Нет расходных материалов. Ни припоя, ни флюса, ни защитного газа — это экономит на расходниках и снимает задачу отмывки остатков флюса, которая в электронике и производстве аккумуляторов доставляет немало хлопот.

Где границы применимости

Твердофазное соединение не универсально, и его область очерчена вполне определённо.

Оно подходит для мягких проводящих цветных металлов — меди, алюминия, никеля, золота, серебра и их сплавов. Сталь и нержавеющую сталь сварить можно, но требуется существенно больше энергии и более жёсткие условия.

Толщина ограничена. Колебания приносят пользу только тогда, когда доходят до стыка, а толстая деталь расходует энергию по пути. Естественная область применения — фольга, тонкий лист, жгуты проводов и выводы аккумуляторов, а не силовые сечения.

Соединение по существу нахлёсточное. Процесс основан на относительном движении двух параллельных поверхностей, поэтому он подходит для нахлёсточных конфигураций, а не для стыковых.

Типичные области применения

Выводы и межэлементные соединения аккумуляторов, сращивание проводов жгутов и наконечники, медные шины в трансформаторах и электродвигателях, герметизация трубок холодильного контура. Общее у них следующее: соединение должно проводить ток или держать герметичность, материал мягкий и тонкий, и недопустимы ни загрязнение присадкой, ни термические повреждения.

Наше оборудование для ультразвуковой сварки металлов работает на частотах 20, 30, 35 и 40 кГц, выбираемых по толщине заготовки и площади сварки. Модели и характеристики приведены на страницах раздела оборудование для ультразвуковой сварки.

Чертежи и образцы направляйте на 1427498429@qq.com, телефоны: +86 769 8202 9510 / +86 137 6001 0932.