Инструмент для ультразвуковой сварки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕт ЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 539712

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.11.75 (21) 2191937/27 с присоединением заявки № (51) М. Кл.з В 23К 19/04

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.12.76. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 14.02.77 (53) УДIK 621.791.16.03 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. А. Довнар и А. М. Григорьев

Физико-технический институт АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

Государственный комитет (23) гтриоритет

Изобретение относится к ультразвуковой сварке и может быть использовано в инструментальном производстве, микроэлектронике, например, для сварки проволочных выводов с корпусом полупроводниковых приборов или при сборке интегральных схем.

Известен инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий полый стержень с рабочим торцом (1).

Известный инструмент позволяет значительно снизить потери энергии на внутреннее трение при распространении в нем ультразвуковых колебаний. Однако конструкция инструмента не обеспечивает увеличение амплитуды, например, в процессе сварки на небольших мощностях.

Для увеличения амплитуды колебаний требуется увеличивать подаваемую»а преобразователь мощность от ультразвукового генератора, что приводит к увеличению потерь энергии в сварочной системе и некачественному воспроизведению сварных соединений, Также известен инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий сплошной стержень с рабочим торцом (2).

Данный инструмент является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, Инструмент обеспечивает работу при высоких усилиях напряжения, но для получения на его торце достаточной для осуществления сварки амплитуды колебаний необходима значитель= ная мощность, подаваемая от генератора на преобразователь.

С увеличением мощности колебаний увеличиваются потери энергии в материале инструмента и волноводе, что снижает добротность сварочной системы, увеличивает рассеивание прочности сварных соединений и

10 снижает стабильность .процесса сварки.

Целью изобретения является повышение стабильности процесса сварки.

Это достигается тем, что в теле стержня параллельно его оси на расстоянии от рабо15 чего торца, кратном полуволне, размещена вставка, выполненная из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня, при этом длина вставки равна нечетному числу четвертей, волны, распро20 страняющейся в инструменте.

На чертеже показан биметаллический инструмент.

Он содержит сплошной стержень 1, соединенный в пучностях колебаний и по боковой

25 поверхности со вставкой 2. Вставка 2 размещена в теле стержня параллельно оси инструмента на расстоянии, кратном полуволне от рабочего торца, т. е. в пучности колебаний. Длина вставки равна нечетному числу

30 четвертей волны, распространяющейся в инструменте, что обеспечивает размещение вставки около волновода в узле колебаний.

Вставка выполняется из материала с более высокой,по отношению к материалу стержня добротностью, а следовательно, и более высокой амплитудой колебаний.

Инструмент 1 со вставкой устанавливают в волновод и настраивают на резонансный режим работы, т. е. закрепляют его в узле или пучности колебаний в зависимости от способа крепления. В. инструменте возбуждают ультразвуковые колебания резонансной частоты, под действием которых в нем распространяется волна с разной величиной амплитуды смещений на торцах вставки 2 и стержня 1 инструмента, что позволяет значительно увеличить амплитуду колебаний на рабочем торце.

Ультразвуковая волна Х, распространяющаяся в инструменте, вызывает наибольшее смещение материала в пучностях колебаний.

Резонансную вставку закрепляют асимметрично оси инструмента между узлом колебаний и пучностью. При этом материал вставки по отношению к материалу стержня имеет большую амплитуду колебаний. Это достигается выбором материала вставки и стержня.

Можно также вставку взять из материала стержня, но ее термически обработать на более высокую твердость. Таким образом, значительно увеличивается добротность материала вставки, уменьшаются потери на внутреннее трение, что приводит к увеличению амплитуды колебаний. Разница в амплитудах колебаний дает величину, которая определяет изгиб оси инструмента.

Для изготовления инструмента изгибных колебаний диаметром 5 мм, длиной 54 мм для ультразвуковой сварки с частотой 60 кгц и с использованием генератора мощностью

100 вт выбирают материал стержня — сталь

539712

40Х, вставки — титан. Сегментного сечений вставку высотой h=12 мм и толщиной

1=3 мм соединяют припоем ПСр-40 со стержнем между узлом и пучностью колебаний на расстоянии: L = 18 мм (длина изгибной волны в инструменте) от,рабочего торца инструмента.

Амплитуда А колебаний составит (при соответственной величине амплитуды колебаний стержня А„=3 мкм и амплитуде вставки Авст = 6 MKM)

А - (ABct — Аст) L 3 (6 — 3)18

А=А„+ "" " =3+

=3+11= 14 (мкм).

Таким образом, конструкция инструмента позволяет обеспечить при неизменной величине потребляемой мощности увеличение амплитуды колебаний в зависимости от матери20 ала вставки в 5 и более раз, а следовательно, повысить стабильность процесса сварки.

Формула изобретения

2б Инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий сплошной стержень с рабочим торцом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности процесса сварки, в теле стержня параллельно его оси на расЗО стоянии от рабочего торца, кратном полуволне, размещена вставка, выполненная из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня, при этом длина вставки равна нечетному числу четвертей

35 волны, распространяющейся в инструменте.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Волосатов В. А. «Ультразвуковая обработка», Лениздат, 1973 г., стр. 96, рис. 48б.

40 2. Холопов Ю. В. «Ультразвуковая сварка», Л., 1972 г., стр. 44.

Редактор 3. Афанасьева

Составитель Ё. Тютченкова

Техред И. Карандашова

Корректор 3. Тарасова

Заказ 2943/10 Изд. № 365 Тираж 1178 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2