УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ СВАРКОЙ

Полезная модель относится к технике ультразвуковой сварки, использующей способ соединения металлов в твердом состоянии с помощью ультразвуковых колебаний и может найти применение для получения, в частности, условно бесконечных лент, которые используются, например, для получения экранирующей оплетки кабеля.
Ультразвуковая сварка - это способ соединения материалов с использованием ультразвуковой энергии в месте соединения - сварном шве. Металлы свариваются при одновременном воздействии на сварное соединение статической силы, обеспечивающей акустическую связь свариваемых деталей и ультразвуковых колебаний, вектор которых направлен параллельно плоскости соединения поверхностей. Колебания вызывают в месте сварки возникновение переменных касательных напряжений, которые при наличии статического давления приводят к быстрому повышению температуры в этой зоне, возникновению внутренних напряжений и пластической деформации. В результате этого создаются условия для взаимной диффузии свариваемых металлов. Причем ультразвуковая сварка не требует предварительной очистки соединяемых поверхностей, даже если они имеют окисные или изоляционные покрытия.
Типовые ультразвуковые головки для сварки металлов (Патент РФ №2227087) содержат помещенные в корпус ультразвуковой преобразователь, соединенный с волноводной системой. Сварочный наконечник, выполненный в виде диска, размещен на конце концентратора продольных колебаний. Корпус снабжен двумя штуцерами, предназначенными для входа и выхода проточной охлаждающей жидкости. Для получения сварного шва, обладающего некоторой протяженностью,
ультразвуковая головка размещена на вращающемся основании. Для того, чтобы вода могла поступать в корпус, который совершает перемещения вместе с платформой, штуцеры соединены со стационарными трубами с помощью вращающегося соединения. Такое соединение, при котором жидкость от стационарного источника должна поступать во вращающийся объем, не обеспечивает ее надежного поступления в корпус, и, как следствие, надежного охлаждения ультразвуковой системы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели, является ультразвуковая головка для ультразвуковой сварки (Патент РФ №2262426), которая содержит помещенный в корпус ультразвуковой преобразователь с волноводной системой, концентратор продольных колебаний, на конце которого установлен сварочный наконечник, выполненный в виде диска. При сварке сварочный наконечник совершает вращательные перемещения вместе со всей головкой, поэтому штуцеры, которые установлены в корпусе, так же, как и в рассмотренном выше устройстве, соединены со стационарными трубами с помощью вращающегося соединения.
Недостатком известной ультразвуковой головки является ненадежность ее системы охлаждения.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности системы охлаждения ультразвуковой головки.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая ультразвуковая головка так же, как и известная, содержит помещенный в корпус ультразвуковой преобразователь с волноводной системой, концентратор продольных колебаний, на конце которого установлен сварочный наконечник в виде диска, но в отличие от известной головки, в предлагаемой внутренняя полость корпуса заполнена охлаждающей жидкостью, внешняя сторона корпуса снабжена охлаждающими ребрами,
выполненными из материала, теплопроводность которого не меньше 200 Вт/(мК), а отверстие в корпусе для заливки жидкости закрыто заглушкой.
В такой конструкции охлаждение происходит за счет обтекания воздухом ребер, которыми снабжена внешняя поверхность корпуса. Ребра увеличивают охлаждающую внешнюю поверхность корпуса, которая становится намного больше, чем нагреваемая внутренняя. Такое решение позволяет использовать для охлаждения ультразвуковой головки не проточную жидкостью, как в известном устройстве, а жидкостью, которая находится в корпусе, которая залита в него не во время сварки, а до начала технологического процесса.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является повышение надежности работы охлаждающей системы, а за счет этого происходит увеличение срока службы всей ультразвуковой головки.
Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 полезной модели, характеризует ультразвуковую головку, в которой корпус и ребра выполнены из дюралюминия.
Дюралюминий обладает большой теплопроводностью, но цена его, по сравнению с другими материалами, у которых теплопроводность велика, таких, как медь, серебро, невелика.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показан пример выполнения заявляемой ультразвуковой головки для соединения металлических лент сваркой.
Ультразвуковая головка содержит корпус 1, в котором расположен ультразвуковой преобразователь 2, например магнитострикционный, волноводная система 3, которая заканчивается концентратором 4 продольных колебаний. На концентраторе установлен сварочный наконечник 5 в виде диска. Внешняя сторона корпуса снабжена ребрами 6, выполненными, как и корпус из дюралюминия. Охлаждающая жидкость 7
заполняет внутреннее пространство корпуса 1. Жидкость залита в корпус через отверстие 8 в корпусе, которое закрыто заглушкой 9.
2
2
Для соединения алюминиевых лент толщиной 0,25 мм при длине сварного шва 60 мм используется ультразвуковая головка с мощностью, подводимой к магнитострикционному преобразователю, равной 2 кВт, который нагревается и нагревает охлаждающую жидкость. Процесс сварки длится 2 сек. При этом площадь внутренней, нагреваемой поверхности корпуса, заполненного жидкостью, составляет 0,03 м, а площадь внешней охлаждающей поверхности корпуса, которая включает в себя площадь поверхностей ребер, составляет 0,24 м. Т.е внешняя поверхность головки намного больше внутренней, а за счет того, что материал ребер и корпуса обладает большой теплопроводностью, обеспечивается быстрый теплообмен между жидкостью и окружающей средой, и жидкость охлаждает преобразователь.
Описание конструкции ультразвуковой головки доказывает высокую надежность системы охлаждения, от которой зависит и надежность работы самой головки.