автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Создание ультразвуковых аппаратов с оптимизацией энергетического воздействия для повышения эффективности сварки

Сливин Алексей Николаевич

На правах рукописи

СОЗДАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АППАРАТОВ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВАРКИ

Специальность 05.03.06 - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о псч 7П,ПЗ Бийск - 2008 ' и ~

003457252

Работа выполнена в Бийском технологическом институте (филиале) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И.

Ползунова»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Хмелев Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Первухин Леонид Борисович

кандидат технических наук,

Кравченко Сергей Васильевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

ПрСДПрИлТПС \\ФсДСраЛЬНЫИ Нйуч НО~ производственный центр «Алтай» (г. Бийск, Алтайский край)

Защита состоится декабря 2008 года в ¿СО часов на заседании

диссертационного совета Д 212.004.01 при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, Барнаул, пр. Ленина, 46; факс: 8-(3852)-367-903

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «24» ноября 2008 г. Ученый секретарь

диссертационного совета с Р

к. т. н., доцент Ха^^ Ю.О. Шевцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Технология ультразвуковой сварки полимерных -рмопластичных материалов находит всё более широкое применение при создании овых видов изделий и упаковке жидких, пастообразных, порошкообразных и сыпучих атериалов, производимых химической и смежными отраслями промышленности. Зусловлено это достоинствами ультразвукового (УЗ) способа сварки, основными из оторых являются: возможность формирования сварного соединения по покрытой едкими и твердыми веществами поверхности; возможность соединения различных .атериалов; возможность упаковки горючих и взрывоопасных материалов; простота еализации и возможность автоматизации процесса УЗ сварки.

Высокое качество (прочность и герметичность) сварного соединения еализуется только при условии точного дозирования (оптимизации) акустической нергии, вводимой в зону сварки. Поэтому при практической реализации льтразвуковой сварки широко используются различные способы дозирования кустической энергии. Эти способы основаны на установлении фиксированного ремени УЗ воздействия при заданной амплитуде колебаний, или обеспечении пределенного усилия прижима колебательной системы к свариваемому изделию при аданной рабочей частоте генератора, или установлении скорости перемещения варочного инструмента колебательной системы, или ограничении пути перемещения -варочного инструмента (формировании зазора между опорой и колебательной истемой).

Параметры УЗ воздействия, при которых в зону формирования шва вводится еобходимое и достаточное количество энергии (т.е. обеспечивается формирование варного соединения, характеризуемого максимальной прочностью), определяются в езультате предварительных экспериментальных исследований при отработке ехнологии и остаются неизменными при реализации процесса сварки в роизводственных условиях.

Возможные и допустимые по техническим условиям изменения свойств оединяемых материалов, допустимые отклонения толщин соединяемых изделий от юминалышх размеров, возможные изменения условий ввода колебаний, а также вменения электрических параметров УЗ сварочных аппаратов (генераторов и ьезоэлектрических систем) приводят к нарушению оптимальности УЗ воздействия и нижению качества сварных соединений.

Таким образом, применяемые в производственной практике УЗ сварочные ппараты не позволяют оптимизировать УЗ воздействие при формировании каждого ва, поскольку не способны отслеживать и учитывать возможные изменения араметров соединяемых изделий и свойств материалов и осуществлять оперативное вменение параметров УЗ воздействия в процессе формирования шва.

В связи с этим возникает необходимость в создании ультразвуковых варочных аппаратов, способных на основании непрерывного контроля свойств вариваемых материалов и автоматического регулирования параметров электронных нераторов в процессе формирования каждого сварного шва обеспечивать птималыгое ультразвуковое воздействие для обеспечения максимальной прочности ри допустимых отклонениях свойств материалов и изделий.

Целью исследования является повышение качества сварного соединения полимерных термопластичных материалов путем создания новых ультразвуковых сварочных аппаратов, обеспечивающих в процессе сварки автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия на основании непрерывного контроля изменяющихся свойств материалов в зоне формирования сварного шва.

Задачи исследований:

- определение условий оптимальности УЗ воздействия и выявление критериев установления и поддержания оптимальных энергетических и временных параметров для обеспечения максимальной прочности сварного соединения;

- теоретический анализ энергетических процессов, происходящих при формировании сварного соединения для определения параметров и технологических режимов сварочных аппаратов (электронных генераторов и УЗ пьезоэлектрических колебательных систем) для обеспечения оптимального УЗ воздействия;

- теоретический анализ процессов, происходящих в пьезоэлектрической колебательной системе и электронном генераторе в ходе формирования сварного соединения при УЗ сварке для выявления зависимостей контролируемых электрических параметров сварочного УЗ аппарата от изменения свойств материала формируемого сварного соединения;

- создание системы непрерывного конгроля свойств соединяемых материалов при УЗ сварке н управление энергетическими и временными параметрами электронных генераторов для установления оптимального УЗ воздействия;

- разработка и создание сварочных УЗ аппаратов (электронных генераторов, УЗ пьезоэлектрических колебательных систем), обеспечивающих в процессе сварки автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия;

- исследования качества и прочности формируемого сварного соединения для подтверждения эффективности созданных сварочных УЗ аппаратов.

Объектами исследований являются сварочные УЗ аппараты, обеспечивающие автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия в процессе сварки, на основе непрерывного контроля изменяющихся при сварке свойств соединяемых материалов путем измерения электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем. Научная новизна:

- теоретически установлены параметры оптимального УЗ воздействия и предельные диапазоны регулирования сварочных аппаратов при формировании сварного соединения на основании выявленных зависимостей времени формирования от энергетических параметров электронного генератора, площади акустического контакта сварочного инструмента УЗ колебательной системы, толщины, свойств свариваемых материалов и материалов подложки;

- разработана система контроля свойств соединяемых материалов в процессе УЗ сварки и управления энергетическими и временными параметрами электронных генераторов для установления оптимального УЗ воздействия за счет непрерывного измерения электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем; -новые схемные и конструктивные решения сварочных УЗ аппаратов, пьезоэлектрических колебательных систем, характеризующихся повышенным КПД и

увствительностыо к изменению параметров свариваемых сред полимерных рмопластичных материалов;

Практическая значимость: разработаны отдельные узлы и элементы сварочных УЗ аппаратов, обеспечивающие епрерывный контроль, измерение свойств свариваемых материалов и оптимизацию 3 воздействия при всех возможных изменениях контролируемых параметров; разработаны УЗ сварочные аппараты, обеспечивающие повышение эффективности ехнологического процесса сварки, качества и прочности сварного соединения юлимерных материалов за счет непрерывного контроля параметров езоэлектрической УЗКС в результате изменения свойств материалов и установления птимального УЗ воздействия.

Реализация работы. Результаты работы использованы при разработке, оздашш конструкторской документами; и УЗ технологического оборудования для варки полимерных термопластичных материалов и нашли промышленное применение а предприятиях РФ, таких как ФГУП НМЗ «Искра» (г. Новосибирск), ФГУП Производственное объединение Златоустовский машиностроительный завод» (г. латоуст), ФГУП «Центр Келдыша» (г. Москва), ГУЗ «Алтайская краевая станция ереливания крови», «Новосибирская ОСПК», ОГУП «Челябинская ОСПК», ГУЗ Кемеровская ОСПК», ГУЗ СПК (г. Междуреченск), Бийская станция переливания ови, ОАО «Муромец» Муромский электромеханический завод (г. Муром), ОАО Биофизическая аппаратура» (г. Москва), ООО «М-Компас» (г. Москва), ООО «ПК ехиотрок» (г. Набережные Челны), ООО «Птицефабрика Уссурийская» (г. ссурийск), ЗАО «Уралпромснаб» (г. Челябинск), ООО «Уралполимериндустрия» (г. фа), Торгово-промышленная группа «Альт-А» (г. Новосибирск), ОАО «Бифин» (г. емерово), «Птицефабрика Свердловская» (г. Екатеринбург).

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на I Всероссийской научно-I актической конференции молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» в 001 г. (г. Москва), всероссийских научно-практических конференциях «Измерения, втоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях ИАМП)» в 2002, 2003, 2004 гг. (г. Бийск), Второй международной научно-ехнической конференции «Технологическая системотехника - 2003» (Тульский осударственный университет), Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron evices and Materials EDM'2002-2008 (Novosibirsk).

Положения, выносимые на защиту: новый способ установления и поддержания в процессе формирования сварного оединения условий оптимального УЗ воздействия, обеспечивающего соединение олимерных термопластичных материалов с максимальной прочностью;

возможность и эффективность измерения электрических параметров УЗ олебательных систем для контроля изменений, происходящих в зоне сварки олимерных материалов в процессе формирования сварного соединения;

методика определения предельных диапазонов необходимой перестройки лектронного генератора для обеспечения оптимального УЗ воздействия в процессе

формирования сварного соединения;

- новые способы сварки различных материалов и изделий, такие как способ герметизации и способ управления герметизацией пластиковых контейнеров для хранения и переработки крови, способ герметизации картриджей для очистки воды, устройство ультразвуковой герметизации и сегментации трансфузионных систем, способ герметизации пластиковых пакетов при упаковке сыпучих и жидких продуктов, способ изготовления решетки с ячеистой структурой для укрепления грунтовых поверхностей;

- новые схемные и конструктивные решения построения электронных генераторов, УЗ пьезоэлектрических колебательных систем, рабочих инструментов, позволившие создать серию специализированных УЗ сварочных аппаратов, обеспечивающих формирование с максимальной прочностью сварных швов различных конфигураций, непрерывных, прерывистых, кольцевых, специальной формы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК, 7 патентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и результатов, списка использованных источников из 125 наименований; содержит 181 страницу машинописного текста, 74 рисунка, 3 таблицы, 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость, сформулированы цель работы и ее научная новизна, изложены основные, выносимые на защиту положения, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе проводится анализ состояния существующих технологий и оборудования для УЗ сварки полимерных термопластичных материалов. В первом подразделе главы рассматривается технологический процесс формирования сварного соединения, реализуемый с помощью УЗ колебаний высокой интенсивности.

Отмечается большой вклад в исследования и развитие способов УЗ сварки отечественных и зарубежных ученых Б.Е. Патона, Г.А. Николаева, H.A. Ольшанского, A.B. Мордвинцевой, И.В. Мозгового, Ю.В. Холопова, К.И. Зайцева, Л.Н. Мацюка, С.С. Волкова, Б.Я. Черняка, А.Н. Шестопала, Э. Миллера, А. Ноймана. Показывается, что основным источником энергии, необходимой для изменения состояния свойств свариваемых материалов и перехода их в вязкотекучее состояние, является УЗ энергия, выделяемая в зоне формирования сварного соединения. В результате анализа установлено, что на качество и прочность формируемого сварного соединения влияет количество выделяемой в зоне сварки УЗ энергии, зависящее от акустических, отражающих и поглощающих свойств свариваемых материалов, их толщины, амплитуды и частоты УЗ колебаний, площади акустического контакта и времени УЗ воздействия.

Во второй части первой главы проводится анализ различных способов дозирования УЗ энергии, направленных на оптимизацию УЗ воздействия в процессе сварки термопластичных материалов, и выявляются их недостатки.

Существующие способы позволяют дозировать УЗ энергию и прекращать в определенный момент УЗ воздействие по ряду критериев: по времени, по изменению

деформации и амплитуды колебаний с использованием внешних датчиков. При этом способы дозирования не позволяют производить непрерывный контроль свойств материалов в процессе сварки и не позволяют на основании контроля автоматически устанавливать оптимальное УЗ воздействие.

В третьей части первой главы проводится сравнительный анализ УЗ сварочного оборудования, используемого на практике и создаваемого в лабораториях отечественных и зарубежных производителей. К отечествегашм производителям можно отнести ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ» (г. Санкт-Питербург), группа компаний «Ультра-фильтр» (г. Москва), фирма «Мэлфиз» (г. Москва), ООО «Путек» (Украина). Ведущими зарубежными производителями УЗ оборудования для сварки полимерных термопластичных материалов являются Ever Green (Тайвань), Baysonic (Турция), Decoup (США), Dukane (США), Sonics (Италия), Sonic Italia, Telscric ultrasonic (Германия), Soncbcnd Ultrasonics (Германия), Sonotronic (Германия), Hermann Ultrashell Technick (Германия). Установлено, что УЗ сварочное оборудование изготавливается разработчиками в портативном либо в стационарном варианте. Для проведения сварки в портативном оборудовашш осуществляется предварительный выбор параметров сварки, таких как время УЗ воздействия и амплитуда колебаний. Встроенные системы автоматической стабилизации амплитуды и частоты колебаний позволяют стабилизировать и вводить в зону формирования сварного соединения постоянное количество УЗ энергии. Однако любое изменение в процессе сварки температуры колебательной системы и сварочного наконечника, возможное изменение давления прижима, изменение акустического контакта, изменение конфигурации, свойств или толщины свариваемых материалов приводит к дестабилизации процесса сварки и к неповторяемости формирования сварного соединения. Происходит образование непроваров, следов деструкции полимеров, снижается прочность сварного соединения, ухудшается эстетичный внешний вид изделия.Эти недостатки частично устраняются при реализации в полуавтоматическом и автоматическом УЗ оборудовании систем компенсации и стабилизации давления прижима, систем учета температуры, при нагреве сварочных наконечников и колебательных систем. Реализуемые при этом в УЗ полуавтоматическом и автоматическом оборудовании способы дозирования УЗ энергии не обеспечивают необходимого качества и прочности сварного соединения, не позволяют непрерывно контролировать в процессе сварки изменение свойств свариваемых материалов, что не позволяет определять момент образования сварного соединения и устанавливать оптимальные параметры УЗ воздействия на основании контролируемых изменений.

Установлено, что критерием формирования сварного соединения необходимо считать изменение свойств свариваемых материалов в зоне их соединения и сварки, в результате их размягчения, перехода материалов в вязкотекучее состояние и уплотнения, под воздействием ультразвуковых колебаний. Для решения этой задачи необходимо производить непрерывный контроль изменяющихся свойств технологической среды свариваемых материалов в процессе

сварки. При помощи внешних датчиков невозможно производить контроль свойств свариваемых материалов, поэтому необходимо использовать свойства чувствительности УЗКС к изменению нагрузки и акустического сопротивления

среды свариваемых материалов. Таким образом, на основании найденных недостатков ставится задача в оптимизации УЗ воздействия на свариваемые материалы в процессе сварки на основании непрерывного в процессе сварки контроля изменяющихся свойств свариваемых материалов.

В завершении первой главы сформулирована цель работы и поставлены задачи исследований на основе проведенного анализа.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу энергетических процессов, происходящих в зоне сварки под воздействием УЗ колебаний, и установлению технологических режимов сварочных аппаратов, электронных генераторов и УЗ пьезоэлектрических колебательных систем для обеспечения оптимального УЗ воздействия с учетом влияющих факторов и параметров, таких как акустические и термодинамические свойства материалов, их толщина, площадь акустического контакта, свойства материала подложки. На рисунке 1 представлена схема процесса УЗ сварки.

Рисунок 1 - Схема процесса УЗ сварки термопластов: 1 - сварочный инструмент, 2,3 - свариваемые материалы, 4 - опора, 5,6,7 -границы раздела сред, 8 - зона сварки

Свариваемые материалы 2 и 3, характеризуемые акустическим импедансом 2, = дс, и имеющие толщину X каждый, ограничены с одной стороны рабочим сварочным инструментом 1 УЗКС с акустическим импедансом £0 = />осо> с другой стороны опорой 4 с акустическим импедансом - ргс2, к которой осуществляется прижим свариваемых материалов посредством рабочего сварочного инструмента УЗКС под давлением Р. Зоне поглощения УЗ колебаний, тепловыделения и формирования сварного соединения будет соответствовать область 8 в объеме свариваемых материалов, ограниченном площадью поверхности Б и толщиной материалов 2Х. УЗ колебания, формируемые и усиливаемые колебательной системой, вводятся на границу раздела сред сварочного инструмента УЗКС и свариваемых материалов 5.

Интенсивность УЗ колебаний формируется на излучающей поверхности УЗКС, которую можно представить, как

/0 = 2Я-2/2Л2РосО (1)

Учитывая, что при УЗ сварке обеспечивается полный акустический контакт сварочного инструмента УЗКС и свариваемых материалов, на границе раздела 5 происходит отражение УЗ волны, а часть УЗ колебаний проходит через границу в свариваемый материал 2. При этом можно определить коэффициент отражения и коэффициент прохождения с1 волны на границе раздела сред.

/ V*

Росо ~ Р1С1

П1 =

(2)

^Poco+Pici

d = \-r¡x (3)

Тогда, в термопластичный материал 2 с акустическим импедансом pic¡, будет

введена волна, интенсивностью

/, = 2л-2/2Д, Vo^o

1-

Росо ~РА Росо + Р\с\

\

(4)

Энергию диссипации, то есть энергию, поглощаемую термопластичным материалом 2 с акустическим импедансом p¡c¡, при прохождении УЗ колебаний, можно рассчитать следующим образом:

wAlx-Ixelm )S, (5)

j -2 ох

где а - коэффициент затухания по амплитуде, - интенсивность УЗ колебаний

на границе раздела 6, где 2х - путь, пройденный отраженной волной. Так как для образования сварного соединения, обеспечения прохождения через границу свариваемых материалов как можно большей энергии УЗ колебаний необходимо обеспечить полный акустический контакт, то границу 6 мы представляем акустически прозрачной и коэффициент прохождения d будет равен 1. Тогда интенсивность УЗ колебаний, поглощаемых в материале 3 можно рассчитать как

I7=I\e -he ■ (6)

Энергию волны, отраженной от границы и опоры 4, также необходимо учесть для определения энергии, поглощаемой материалом 3. Тогда можно найти коэффициент отражения r¡2 и рассчитать интенсивность отраженной от границы 7 волны.

г у

Р\с\-Ргсг

Р\с\ + РгЧ

llx=r¡2Ixé

.-Аск

(7)

(8)

С учетом энергии отраженной волны можно рассчитать интенсивность отраженной энергии, поглощаемой свариваемыми материалами в зоне сварки.

(9)

Тогда интенсивность УЗ колебаний и энергия, поглощаемая в материале 3, с учетом энергии отраженной волны рассчитывается следующим образом

/2 = 1хе-2ах - 1хг+ т?211е~4"* - пг1хг, (Ю)

. (11) На основании (5), (10), (11) можно определить суммарную энергию, поглощаемую средой 8 термопластичных материалов, в процессе УЗ сварки.

¡V = /,(1 - + ще-^ - т]21хе~гах)8 . (12)

Подставив интенсивность УЗ колебаний в средах с учетом различных акустических импедансов, коэффициентов отражения, подставим выражение (4) в (12), после чего получим скорость диссипации энергии УЗ колебаний или мгновенную скорость тепловыделения в свариваемых материалах:

IV = 2,Т7Ч2%>С0(1-71) ^-е-^+ще-^-ще-^) (13) Полученное выражение позволяет установить зависимость времени УЗ воздействия для формирования сварного соединения от энергии УЗ колебаний, рассеиваемой в зоне сварки, и значения энергий, необходимых для нагрева материала до температуры плавления и энергии, которая потребуется на плавление определенного объема материала.

Тип

РУ\ ¡Сс1т+Лр)у2+д3

Тнн

2ж2А,1 Бр,с, (1 - щ )(1 - ^ + ще-^ - ще**)

(14)

Выражение (14) отражает основные закономерности, показывающие зависимость времени УЗ сварки от других параметров (амплитуда и частота УЗ колебаний, геометрические размеры, такие как площадь и толщина формируемого сварного соединения, акустические и термодинамические свойства материалов, плотность, скорость звука с учетом отражения и поглощения УЗ энергии и т.д.). Значение величины 0} характеризует некоторые потери тепла из зоны сварки.

На рисунке 2а представлена зависимость времени УЗ воздействия от амплитуды колебаний рабочего сварочного инструмента для различных по свойствам термопластичных материалов. Полученные зависимости были определены для поливинилхлорида, полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата, полистирола с учетом их акустических свойств. Все расчеты были произведены для листовых материалов толщиной 0,8 мм, и площади сварочного инструмента УЗКС 75 мм2. На рисунке представлены также оптимальные значения времени УЗ воздействия для материалов при амплитуде колебаний 50 мкм. Из построенного графика видно, что при увеличении амплитуды время УЗ воздействия необходимо уменьшить.

Это объясняется тем, что при увеличении амплитуды колебаний значительно зрастает скорость диссипации энергии в материале. На рисунке 26 представлены висимости времени формирования сварного соединения от амплитуды колебаний абочего сварочного инструмента для поливинилхлорида при использовании азличных материалов подложки. Как следствие наибольшего выделения в ариваемых материалах УЗ энергии за счет отражения от границы раздела ариваемых материалов и подложки установлены минимальные интервалы времени ормирования сварного соединения при использовании подложки из резины, значение оэффициента отражения для которой составило 0,929.

На графике рисунка 3 представлены зависимости времени сварки от площади этического контакта сварочного инструмента и свариваемых материалов. Также редставлены значения оптимального времени УЗ воздействия при обеспечении одного акустического контакта и максимальной площади контакта сварочного гструмента УЗКС и материалов, равной 75-10"6 м.

по

---У -зоит*-

ГПЗХ 1(у) = 0.7?8 ПП ¡С1 > » 0 С98 ПЭ Му) = 0 212 ПЭТФДЯ» I УМ ПС «(у)« 0 503

у := 50-10

\ ешь 11, = 0 729 = 0

\ -4

фторопласт ц,= 8 6М х 10 г(у) = 1.30?

----"V ------— решил----т| =0929 —-— -Ео)-0б8 -

ш, 4 ^ дерево г^ = 0 е(у) = 07

яг

А(икм)

.-.! ЧУМ)

а) - для разных по свойствам полимерных термопластичных материалов: 1 - полиэтилснгсрсфталат, 2 - поливишшхлорид, 3 - полипропилен,

4 - полистирол, 5 - полиэтилен

Рисунок 2 - Зависимость времени УЗ воздействия от амплитуды колебаний рабочего сварочного

инструмента

б) - для ПВХ при использовании различных материалов подложки: 1 - фторопласт, 2 - сталь, 3 - дерево, 4 - резина

При уменьшении площади акустического контакта в свариваемые материалы водится метшее количество УЗ энергии, величина времени УЗ воздействия для ормирования соединения увеличивается. На рисунке 4 представлены зависимости ремени сварки от толщины различных по свойствам свариваемых материалов.

Из полученных зависимостей следует, что с увеличением толщины материалов шппуда УЗ колебаний и интенсивность энергии уменьшается тем нльнее, чем больше толщина свариваемых материалов.

Таким образом, все перечисленные выше параметры: амплитуда, площадь кустического контакта, акустические и термодинамические свойства и толщина

свариваемых материалов, свойства материалов подложки - влияют на величину энергии УЗ колебаний, выделяющейся в зоне сварки. Полученные теоретические закономерности позволяют определить технологические режимы сварочных аппаратов, электронных генераторов и УЗ пьезоэлектрических колебательных систем для обеспечения оптимального УЗ воздействия при различных условиях.

«(с) и.

■ 1 /Г.....1Е

- Н1П / /...........-н - ! 1 1 ! 1 !

Рисунок 3 - Зависимость времени УЗ воздействия от изменения площади акустического контакта: 1 - полиэталептерефталат, 2 - поливишшхлорид, 3 - полипропилен, 4 - полистирол, 5 - полиэтилен

Рисунок 4 - Зависимость времени УЗ воздействия от изменения толщины различных по свойствам материалов. 1 - полиэтилентерефталат, 2 - полипропилен, 3 - поливинилхлорид, 4 - полистирол, 5 - полиэтилен

х(м)

Для точного дозирования подводимой энергии колебаний необходимо автоматически управлять процессом УЗ сварки при помощи устройств, осуществляющих непрерывный контроль изменяющихся в процессе сварки свойств свариваемых материалов и электрических параметров УЗКС.

Затем, в зависимости от изменяющихся свойств свариваемых материалов, необходимо производить регулирование амплитуды УЗ колебаний, поглощаемых в зоне сварки, автоматическое включение и выключение УЗ колебаний в необходимый момент времени для обеспечения оптимального УЗ воздействия.

Вторая часть главы посвящена поиску критерия автоматического установления формирования сварного соединения в зависимости от изменения электрических параметров УЗКС, свойств и волнового сопротивления свариваемых материалов.

Было установлено, что для автоматического установления момента формирования сварного соединения и автоматического прекращения УЗ воздействия необходимо контролировать изменяющиеся во времени свойства и волновое сопротивление свариваемых материалов (среды) и осуществлять измерение электрических параметров напряжения и тока УЗКС. Таким образом, сама УЗКС выступает в качестве датчика изменяющихся в процессе сварки параметров термопластичных материалов.

Для выявления зависимости электрических параметров УЗКС от изменения свойств свариваемых материалов проанализируем физическую эквивалентную схему УЗКС на основе пьезоэлектрических элементов, показанную на рисунке 5а.

Ветвь, содержащая последовательно установленные индуктивность 1м, конденсатор с электрической емкостью См и резистор с номинальным сопротивлением Им, является эквивалентной электрической схемой механической колебательной системы. Элементы 1м и См имитируют массу и упругость материала колебательной системы соответственно. Элемент (резистор) с номинальным сопротивлением Км характеризует потери энергии в материале колебательной истемы и сопротивление излучению УЗ колебаний в обрабатываемую среду, опротивление Им включает волновое сопротивление и потери в материале УЗКС и . эопорциональпо волновому сопротивлению среды с коэффициентом эопошшональности М.

Ф~

Ф-

с-

гг т

а)

Ф~

Спя лк.

б)

Рисунок 5 - а) - Физическая эквивалентная схема УЗКС б) - физическая эквивалентная схема УЗКС на резонансной частоте

оэффицнент пропорциональности зависит от конструкции колебательной системы коэффициента усиления) и площади излучающей поверхности. Элемент (конденсатор • электрической емкостью) С„3 соответствует собственной электрической емкости шезокерамических элементов, входящих в состав пьезокерамического треобразователя.

В общем случае волновое сопротивление среды состоит из двух оставляющих - действительной и мнимой частей. Действительная часть арактеризует амплитуду УЗ колебаний и в рассматриваемом способе является нформативным параметром. Мнимая часть характеризует изменения резонансной астоты электроакустического преобразователя и в модели колебательной системы ожет быть представлена в виде «добавок» к номинальным значениям элементов 1м и м.

Работа колебательной системы имеет смысл только при соответствии рабочей астоты генератора собственной механической частоте колебательной системы. На езонансной частоте колебательной системы, т.е. на собственной частоте олебательиого контура, состоящего из элементов 1м и См, их сопротивление еныпается до нуля. Для исключения влияния мнимой части волнового опротивления среды необходимо наличие системы автоматической подстройки астоты, обеспечивающей постоянную работу системы на частоте механического езонанса. Следовательно, эквивалентная схема колебательной системы может быть . едставлена в виде, показанном рисунке 56.

Из эквивалентной схемы на рисунке 56 следует, что на частоте механического резонанса УЗКС возможно измерять только действительную часть волнового сопротивления и для этого необходимо измерять ток, протекающий через сопротивление излучению колебательной системы Км, и регистрировать падение напряжения на нем. Так как необходимо контролировать зависимость изменения волнового сопротивления среды от напряжения питания колебательной системы, а не измерять его точное численное значение, то нет необходимости в определении коэффициента пропорциональности М для установления точного соотношения между сопротивлением излучению и волновым сопротивлением среды. Кривые, представленные на рисунке 6, показывают изменения тока, протекающего через

Рисунок б - Зависимость амплитуды тока, протекающего через пьезокерамические элементы УЗКС в процессе формирования сварного шва

Пунктирная кривая показывает отсутствие изменений в материалах и УЗ воздействия на свариваемые материалы (излучение в воздух). Из представленных на рисунке зависимостей видно, что при отсутствии процесса сварки значение тока равное 1Хс на протяжении всего времени УЗ воздействия не изменяется. Сплошные кривые иллюстрируют изменение величины тока (и соответственно амплитуды механических колебаний), протекающего через элементы излучателя во время сварки двух полимерных материалов между собой.

Такое изменение тока в процессе формирования шва связано с изменяющимися свойствами материала в зоне сварки (размягчение материала, переход в вязкопластичное и далее в вязкотекучее состояние). Точка А (кривая 1) соответствует началу УЗ воздействия. Величина тока II в точке А меньше величины тока 1Хс, что связано с начальными демпфированием УЗКС и прижатым к ней материалом.

Чем больше сила начального статического давления, тем меньше начальный ток сварки. Уменьшение тока на участке АВ обусловлено размягчением полимерного материала, улучшением акустического контакта излучающей поверхности колебательной системы с ним и, как следствие, снижением добротности УЗКС. Уменьшение тока продолжается до значения 12 (точка В), что соответствует моменту максимального демпфирования излучателя. Участок ВС соответствует переходу материала из вязкопластичного в вязкотекучее состояние. Излишки расплавленного материала начинают выдавливаться из зоны сварки, что изменяет (уменьшает) статическое давление на УЗКС и увеличивает его добротность. Именно на этом участке лежит точка, соответствующая оптимальному качеству шва.

Как следует из предложенного критерия формирования сварного соединения ,и УЗ сварке, в ходе сварки необходимо осуществлять непрерывный контроль тока, »отекающего через пьезоэлектрические элементы УЗКС, при условии обеспечения её езонансного режима, с целью определения изменения волнового сопротивления сред вариваемых материалов.

Третья глава посвящена проведению экспериментальных исследований в оде формирования сварного соединения, экспериментальным измерениям и епрерывному контролю электрических параметров УЗКС в результате изменения войств материалов в процессе сварки. Цель - разработка устройств для непрерывного онтроля изменяющихся свойств свариваемых материалов в процессе формирования варного соединения и проведение экспериментальных исследований в процессе УЗ варки.

Первая часть третьей главы посвящена разработке устройства и методики для епрерывного контроля свойств свариваемых материалов в процессе сварки, итывающей влияние изменения сред свариваемых материалов на электрические 1араметры УЗКС.

Методика предусматривает измерение электрических параметров УЗКС, таких ак электрический ток и напряжение, выделение составляющей тока, протекающей срез механическую ветвь УЗКС, с последующим расчетом изменения нагрузки и олнового сопротивления материалов на основании полученных данных, ш обеспечения непрерывного контроля напряжения, тока, нагрузки на УЗКС в езультате изменения свойств свариваемых материалов в процессе сварки разработана истема непрерывного контроля свойств свариваемых материалов и автоматического становления оптимального УЗ воздействия (рисунок 7).

Рисунок 7 - Система непрерывного контроля свойств материалов и установления оптимального

УЗ воздействия

Представленная схема состоит из двух блоков: блока измерения амплитудного начения тока, протекающего в механической ветви Ьм, См, Ям, и блока измерения плитуды напряжения на колебательной системе.

На основе полученных данных от блока измерения амплитудного значения тока и блока измерения амплитудного значения напряжения на колебательной системе блок микропроцессора CPU позволяет контролировать изменения свойств и волнового сопротивления свариваемых материалов и вырабатывать соответствующее управляющее воздействие для обеспечения оптимального УЗ воздействия генератора. Блок микропроцессора позволяет поддерживать работу генератора в оптимальном резонансном режиме при обеспечении необходимой амплитуды и частоты УЗ колебаний в течение интервала времени, устанавливаемого автоматически.

Вторая часть третьей главы посвящена экспериментальным исследованиям, которые заключались в УЗ воздействии на различные по свойствам материалы, такие как полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол, получении сварных соединений и получении первичных данных напряжения и тока в механической ветви УЗКС в процессе УЗ сварки.

В результате проведенных экспериментальных исследований определено влияние статического сварочного давления при ультразвуковой сварке ПВХ при различном сварочном давлении Р: 7 МПа, 9,3 МПа и 13,3 МПа - кривые 1-3 соответственно (рисунок 8), и амплитуды колебаний сварочного инструмента УЗКС 60 мкм, 50 мкм и 40 мкм — кривые 1-3 (рисунок 9) на время УЗ воздействия.

Д,| ................

; / i '••Л C.Wl

' * .•* 1

1 1 I

0 25 0 5 | 0 о) 1 , к 1 Р5 I''"-

I | i

_7 • ! »■ Т.ТГ.Г.Тл^*'.. Uvi-4-Н

п

1

* I ! 0 0 I к I 1 в| '5 1

в- ч / \

•У \

1-М

05 О 65 0 75 0.85 1 1 05

а) - ток, протекающий через механическую ветвь УЗКС, б) - напряжение на УЗКС, в) - волновое сопротивление материалов Рисунок 8 - Экспериментальные зависимости Рисунок 9 - Экспериментальные зависимости определения времени УЗ воздействия на определения времени УЗ воздействия на ПВХ

ПВХ, при влиянии сварочного давления: при влиянии амплитуды колебаний:

1 - при давлении 7 МПа, 2 - при давлении 9,3 МПа, 1 - при амплитуде 60 мкм, 2 - при амплитуде 3 - при давлении 13,3 МПа 50 мкм, 3 - при амплитуде 40 мкм

На рисунке 8» представлены зависимости изменяющегося в процессе формирования сварного соединения волнового сопротивления нагрузки в результате

■менения свойств материалов. Зависимости, представленные на рисунке 9, были олучены при амплитуде колебаний рабочего сварочного инструмента 60 мкм,50 мкм 40 мкм соответственно.

Из графиков следует, что время сварки существенно зависит от амплитуды олебаний рабочего сварочного инструмента. Продолжительность сварки меныпается с увеличением амплитуды колебаний. Такой характер изменения ремени сварки связан с тем, что увеличение амплитуды колебаний приводит к сличению вводимой в свариваемый материал механической энергии.

На рисунке 10 представлены экспериментальные зависимости времени ормирования сварного соединения от свойств свариваемых материалов полученных а образцах из ПЭ, ПВХ и ПЭТФ (кривые 1-3 соответственно) в процессе УЗ сварки . и сварочном давлении 7 МП а и амплитуде колебаний 50мкм.

0 75 05

0.25

Г.- [-

4:

-л

—^

¡у*' 1 ' 1

1 1

1 1

1.2, Т

1'

0 75 : 05 0 25

ГП^-.-

а) - ток, протекающий через механическую ветвь УЗКС, б) - напряжение на УЗКС в) - волновое сопротивление материалов ¡сунок 10 - Экспериментальные зависимости определения времени формирования сварного соед инения:

1 - для полиэтилена, 2 - для полившшлхлорида,3 - для полиэтилентерефталата

Из полученных графиков следует, что время перехода в вязкопластичное остояние у материалов различно. Это объясняется различием свойств полимерных атериалов.

На основании полученного критерия определения изменения свойств атериалов, при изменении свойств материалов происходит изменение значения еличины тока, протекающего через механическую ветвь колебательной системы. При ормировании сварного шва производилось автоматическое определение момента ормирования сварного соединения и отключение ультразвукового воздействия.

Для подтверждения эффективности полученного критерия оптимальности льтразвуковой энергии в свариваемые материалы был произведен сравнительный ализ значений времени формирования сварного соединения, полученных при еоретическом расчете и при экспериментальных исследованиях.

В результате проведенных экспериментальных исследований было произведено п десять измерений для различных по свойствам материалов. Результаты сравнен теоретических и экспериментальных средних значений времени формировали сварного соединения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты сравнения теоретических и экспериментальных исследованш" определения оптимального времени УЗ воздействия

Наименование материала Время сварки среднее, сек отклонение, %

определенное теоретически определенное экспериментально

Поливинилхлорид 0,758 0,65 15

Полипропилен 0,698 0,6 14

Полиэтилен 0,212 0,27 22

Полиэтилентерефталат 1,568 и 17

Полистирол 0,503 0,6 17

Полученные экспериментально, средние значения времени УЗ воздейств! отличаются от теоретических расчетных значений в среднем на 17 %.

Новый критерий позволил предложить и практически реализовать новы способы управления процессами ультразвуковой сварки полимерных материалов защищенные патентами РФ.

Четвертая глава посвящена разработке и созданию новых схемных \ конструктивных решений сварочных УЗ аппаратов, применяющихся для решен: самых разнообразных технологических задач.

Первая часть четвертой главы посвящена разработке пьезоэлектрических У колебательных систем, характеризующихся повышенным КПД и чувствительность к изменению параметров свариваемых сред полимерных термопластичны материалов. Описываются конструкции УЗКС с рабочей частотой 22±1,33 кГц I 44±3,33 кГц и амплитудой УЗ колебаний до 50 мкм, разработанные и выполненные п полуволновым, двухполуволновым и трехполуволновым технологическим схемам предназначенные для выполнения точечных, непрерывных, кольцевых и сварны соединений сложной формы.

Вторая часть четвертой главы посвящена описани ультразвуковогооборудования для герметизации контейнеров для хранеш компонентов крови, специализированного оборудования для промышленног применения, для формирования сварных соединений длиной 50, 150, 220, 360 мл методом прессовой шовной сварки. Также представлено специализированное У сварочное оборудование для формирования сварных соединений кольцевой формы диаметром до 100 мм.

Третья часть четвертой главы посвящена подтверждению эффективност созданных аппаратов и исследованию прочности формируемых сварных соединеш полимерных термопластичных материалов, которое проводилось по мето; • испытаний на растяжение образцов из полипропилена и поливинилхлорида по ГОСТ 11262-80.

При этом изготовление образцов и получение швов сварных соединений олимерных термопластичных материалов производилось по ГОСТ 16971-71. Образцы готавливались из листовых материалов толщиной 0,8 мм и обрабатывались по ипоразмеру № 3, указанному в стандарте. При этом длина и ширина рабочей зоны бразцов составили 250 мм и 25 мм соответственно. Для усиления образцов из олипрогашена был выбран идентичный материал и изготовлены усиливающие акладки в местах крепления зажимов разрывной машины. Для усиления образцов из оливинилхлорида использовался полистирол, обладающий меньшим модулем пругости, чем у испытуемого материала, что удовлетворяет требованиям стандарта, ш определения прочности сварных соединений на растяжение в соответствие с ебованиями и установления коэффициента сохранения свойств сварных соединений ю отношению к основному материалу, было изготовлено по пять образцов для *епытания основного материала и образцов со сварными соединениями того же «териала.

ш формирования сварных соединений с использованием системы непрерывного онтроля свойств, материалов, изменяющихся в процессе сварки, и установления птимального временного УЗ воздействия использовалось специализированное льтразвуковое оборудование на базе генератора «Гиминей-ультра-4», имеющее также составе встроенный, временной таймер, позволяющий установить фиксированный штервал времени УЗ воздействия.

Формирование сварных соединений производилось двумя способами - с . едварителько выбираемым и постоянным временем УЗ воздействия, а также при епрерывном контроле изменения свойств материалов и установлении оптимального ремени УЗ воздействия. Испытания проводились на машине Р-10, имеющей озможность установления предела измерения усилия 20 кН и обеспечивающей при астяжении образца измерение нагрузки с погрешностью не более 0,5 % от омеряемой величины и постоянную скорость раздвижения зажимов в пределах, . ебуемых настоящим стандартом. Результаты испытаний на прочность исследуемых бразцов приведены в таблице 2.

Из числа образцов, разрыв которых произошел в пределах рабочей части бразцов, для ПВХ и ПП было отобрано по три группы образцов. В таблице 2 редставлены средние значения усилия и прочности образцов при разрыве, а также ■оэффициенты сохранения свойств образцов.

По результатам испытаний установлено, что значения коэффициентов охранения свойств образцов со сварными соединениями, выполненными при иксированном значении интервала времени сварки меньше допустимого, составляют я поливинилхлорида 63 %, а для полипропилена 67 % и не удовлетворяют .ебованиям ГОСТ 11262-80. Коэффициенты сохранения свойств образцов со варными соединениями, выполненными при непрерывном контроле свойств атериалов и автоматическом определении оптимального времени УЗ воздействия довлетворяют требованиям ГОСТ 11262-80.

При этом для образцов из поливинилхлорида коэффициент сохранения войств составляет 81 %, а для образцов, изготовленных из полипропилена, 78 %, что е менее 75 % от прочности основного материала.

Наименование материала Режим УЗ сварки Усилие при разрыве, среднее значение Прочность при разрыве, среднее зпачепие а^ (Н/мм2) Коэфф сохранения о1«« , <т (%)

ПВХ основной материал нет 1876 93,8

ГШХ сварное соединение при постоянном времени 1184 59,2 63

ПВХ сварное соединение при определении оптимального времени 1514 75,7 81

ПП основной материал нет 556 27,8

ПП сварное соединение при постоянном времени 372 18,6 67

ПП сварное соединение при определении оптимального времени 434 21,7 78

Таким образом, новые схемные и конструктивные решения сварочных УЗ аппаратов, защищенные патентами РФ, для решения самых разнообразных технологических задач, позволили повысить эффективность технологического процесса сварки, качества и прочности сварного соединения полимерных материалов за счет непрерывного контроля параметров пьезоэлектрической УЗКС в результате изменения свойств материалов и автоматического установления оптимального УЗ воздействия.

4

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате выполнения работы решена проблема повышения качества (прочности, герметичности, внешнего вида) сварных соединений полимерных материалов за счет создания нового типа ультразвуковых аппаратов, обеспечивающих в автоматическом режиме оптимальное по времени и энерпш ультразвуковое воздействие на основании непрерывного контроля и использования информации о состоянии соединяемых материалов для управления электронным генератором. При этом решены следующие частные задачи:

1.Установлено, что для формирования качественного сварного соединения необходимо обеспечить введение в зону сварки необходимого и достаточного количества энергии за оптимальное время для перехода соединяемых материалов в вязкопластичное состояние, показана необходимость непрерывного контроля состояния соединяемых сред и управления параметрами аппарата, теоретически определены условия оптимального УЗ воздействия, необходимые диапазоны изменения параметров при перестройке УЗ генераторов и изменении условий эксплуатации пьезоэлектрических УЗ колебательных систем в процессе сварки. 1. Доказано теоретически и подтверждено экспериментально, что для точного дозирования подводимой энергии УЗ колебаний достаточно обеспечить автоматическое управление процессом УЗ сварки на основании данных об изменении электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем, обусловленных изменениями акустических характеристик соединяемых материалов в процессе формирования шва.

. Разработаны и практически реализованы способ и устройство непрерывного онтроля акустических свойств (импеданса) соединяемых материалов по изменяемым начениям тока и напряжения механической ветви пьезоэлектрической колебательной истемы, что позволило установить зависимости оптимального временного и нергетического воздействия от различных параметров материалов и условий отекания процесса сварки. .Созданные новые способы управления процессами и технические решения, ащищенные патентами РФ, практически реализованы в сварочном оборудовании азличного типа, снабженные новыми пьезоэлектрическими колебательными истемами, системами непрерывного контроля и управления, обеспечившие птимальное временное и энергетическое воздействие при формировании точечных, ^отяженных до 360 мм, кольцевых диаметром до 100 мм швов с прочностью не менее 5 % от прочности основного материала.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

о - амплитуда механических колебаний (начальная), м; / - частота механических олебании, Гц; 10-интенсивность звуковой волны в сварочном инструменте, Вт/м2; /,-нтенсивность звуковой волны в термопластичном материале, Вт/м2; 12 -тенсивность в термопластичном материале с учетом отражения звуковой волны, т/м"; г ~ продолжительность ультразвукового воздействия, сек; Р - сварочное авление, Па; Рср - усилие при разрыве материала среднее, Н; х - толщина ермопластичного материала, м; р0 - плотное! ь материала рабочего инструмента, г/м3; р! - плотность термопластичного материала, кг/м3; р2 - плотность материала поры, кг/м3; с0 - скорость звука в материале рабочего инструмента, м/сек; с, -корость звука в термопластичном материале, м/сек; с2 - скорость звука в материале поры, м/сек; С - теплоемкость Дж/кгК ; й - коэффициент пропускания; щ -оэффициент отражения на границе сварочного инструмента и свариваемых атериалов; ц2 - коэффициент отражения на границе свариваемых материалов и поры; IV - скорость диссипации ультразвуковой энерти, Дж/с; IV/ - скорость ссипации ультразвуковой энергии в термопластичном материале, Дж/с; Ш2 -орость диссипации ультразвуковой энергии в термопластичном материале с учетом тражения волны, Дж/с; а - коэффициент затухания по амплитуде, 1/м; (¿3 -личество энергии потерь вне зоны сварки, Дж; X - удельная теплота плавления атериала, Дж/кг; V; - объем зоны сварки, м3; У2 - объем формируемого сварного единения, м3; ЛТ - разность между комнатной температурой и температурой авления, К; сггр- прочность при разрьгее средняя, Н/мм2;<тсром- прочность основного атериала при разрыве средняя, Н/мм2; М - Коэффициент пропорциональности; Ьм -тдуктивность механической ветви, Гн; См- емкость механической ветви, Ф; 1хс - ток отекающий через пьезокерамические элементы УЗКС при холостой сварке, А; противление механической ветви, Ом; Спэ - емкость пъезокерамических элементов, ; <?срсс - прочность сварного соединения средняя, Н/мм2; УЗКС - ультразвуковая лебательная система; УЗ - ультразвуковой; ПВХ - поливиншшюрид; ПП -липропилен; ПЭ - полиэтилен; ПЭТФ - полиэтилентерефталат; ПС - полистирол; Ри- блок микропроцессора

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Сливин, А.Н. Повышение эффективности ультразвуковых технологических аппаратов [Текст] / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н Цыганок, А.Н. Сливин, И.И. Савин // Ползуновский вестник. - 2006. - № 2-2. - С. 177-185.

2. Сливин, А.Н. Развитие ультразвуковых технологий, разработка исследование многофункциональных и специализированных ультразвуковых аппаратов [Текст] / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н Цыганок, А.Н. Сливин // Ползуновский альманах. -2000.-№3,-С. 193-200.

3. Сливин, А.Н. Разработка технологии и оборудования для ультразвуковой сварки элементов картриджа для очистки воды [Текст] / В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, С.В. Левин // Известия Тульского государственного университета. - Тула, 2004. - Вып. 2. -С. 175-182.

4. Сливин, А.Н. Разработка ультразвукового оборудования для упаковочных машин [Текст] / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, И.И. Савин, А.В. Шалунов // Известия Тульского государственного университета. - Тула, 2006. - Вып. 6.-С. 12-18.

5. Сливин, А.Н. Аппараты для ультразвуковой сварки с автоматической оптимизацией ультразвукового воздействия [Текст] / В.Н. Хмелев, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.В. Левин, А.Д. Абрамов // Сварщик. - Украина, 2007.

6.-С. 24-29.

6. Slivin, A.N. Zariadenia па ultrazvukove zvaranie s automatickou optimalizaciou ulirazvukovelio p6sobenia [Текст] / V.N. Chmelev, R.V. Barsukov, A.N. Slivin, S.N. Cyganok, A.D. Abramov // ZVARAC. - Slovenka Republika, Bratislava, 2008. - Rocnik V/3. - Str.13-16.

7. Сливин, A.H. Определение критерия качества герметизирующего шва при ультразвуковой сварке [Текст] / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, И.И. Савин, А.В. Шалунов // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленных и научных исследованиях: межвузовский сборник / под ред. Г.В. Леонова. -Бийск, 2004. - С. 200-204.

8. Slivin, A.N. Measurement of Parameters and Automatic Selection of Optimal Modes During Ultrasonic Welding of Thermoplastic Materials [Текст] / V.N. Khmelev, R.V. Barsukov, A.N. Slivin, S.N. Tchyganok, I.I.Savin, A.D. Abramov, A.V. Shalunov, S.V. Levin // International Workshops and Tutorials on EDM'2006: Workshop Proceedings. - Novosibirsk: NSTU, 2006. - P. 289-293., (ISBN 5-7782-0646-1, IEEE Catalog Number 06EX1337).

9. Slivin, A.N. Measurement Parameters of Ultrasonic Oscillatory System during Welding Thermoplastics [Текст] / V.N. Khmelev, A.N. Slivin, A.D. Abramov , D.S. Abramenko // International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2007: Workshop Proceedings. - Novosibirsk: NSTU, 2007. - P. 323-327., (ISBN 5-77820752-3, IEEE Catalog Number 07EX1510).

10. Slivin, A.N. Research of Parameter Influence of Ultrasonic Welding Process on Conjuncture Formation of Polymeric Thermoplastic Materials [Текст] / V.N. Khmelev, A.N. Slivin, A.D. Abramov // Siberian Russian Student Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2008: Workshop Proceedings. - Novosibirsk: NSTU, 2008. - P. 272-278., (ISBN 5-7782-0893-3, IEEE Catalog Number CFP08500-PRT).

1. Способ управления процессом ультразвуковой герметизации пластиковых нтейнеров для хранения и переработки крови [Текст]: Пат. 2192375 Российская едерация, МПК 7 А 61 J 1/05. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. ливин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный хнический университет им. И.И. Ползу нова». - № 2000104737/13; заявл. 28.02.00; 'бл. 27.03.02, Бюл. № 4 - 9с.: ил.

. Способ герметизации пластиковых контейнеров для хранения и переработки мпонентов крови [Текст]: Пат. 2269334 Российская Федерация: МПК7 A61J1/05, 65В51/22 / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин; заявитель и тентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет . 1. И.И. Ползунова». - № 2004115358/14; заявл. 20.05.04; опубл. 10.02.06, Бюл. № 4. -е.: ил.

. Устройство ультразвуковой герметизации и сегментации трансфузионных систем екст]: Пат. 2267316 Российская Федерация, МПК7 А 61 J 1/05. / В.Н. Хмелев, Р.В. арсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, М.В. Хмелев; заявитель и патентообладатель ОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. олзунова». - № 2004116746/14; заявл. 01.06.04; опубл. 10.01.06, Бюл. № 1 - 7 е.: ил. . Способ герметизации картриджей для очистки воды [Текст]: Пат. 2241599 оссийская Федерация, МПК7 В 29 С 65/08. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. ыганок, А.Н. Сливин, А.В. Шалунов, И.И. Савин, М.В. Хмелёв, C.B. Левин;

витель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический ■шверсктет им. И.И. Ползунова». - № 2003136136/12; заявл. 11.12.03; опубл. 10.12.04, л. № 34. - 8с.: ил.

. Способ герметизации пластиковых пакетов при упаковке сыпучих и жидких одуктов [Текст]: Пат. 2276014 Российская Федерация, МПК5 В29С 65/08 В65В 51/22 .Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, М.В. Хмелев, А.Н. Лебедев, .В. Левин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный хнический университет им. И.И. Ползунова». - № 2004135854/12; заявл. 07.12.04; 'бл. 10.05.06, 9 е.: ил.

. Способ изготовления решетки с ячеистой структурой для укрепления грунтовых верхностей [Текст]: Пат. 2322551 Российская Федерация, МПК5 E02D 17/20 В29С /02 В29С 65/18 В.Н. Хмелев, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, C.B. Левин, .Д. Абрамов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный хнический университет им. И.И. Ползунова». - № 2006143096/04; заявл. 05.12.2006; хубл. 20.04.2008, 8 е.: ил.

/. Способ управления процессом ультразвукового воздействия [Текст]: Пат. 2247544 ссийская Федерация, МПК7 А 61 В 18/00. / В.Н.Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н.Цыганок, .Н.Сливин, А.В.Шалунов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский сударственный технический университет им. И.И. Ползунова». - № 2003117268/14; явл. 09.06.03; опубл. 10.03.05, Бюл. №7. - 8с.: ил.

Подписано в печать 09.10.2008 г. Печать - ризография. Заказ № 2008-74 Объем 1,4 п.л. Тираж 100 экз. Отпечатано в ВЦ БТИ АлтГТУ им. И.И. Ползунова 659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 27

Введение.

1 Анализ состояния технологии и оборудования для ультразвуковой сварки полимерных термопластичных материалов.

1.1 Классификация способов сварки термопластов.

1.2 Классификация схем ультразвуковой сварки термопластов.

1.3 Схема формирования ультразвуковых колебаний для сварки.

1.4 Ввод энергии ультразвуковых колебаний в зону сварки.

1.5 Концентрация ультразвуковой энергии в зоне сварки.

1.6 Параметры режима ультразвуковой сварки полимерных материалов

1.6.1 Влияние амплитуды колебаний на формирование сварного соединения.

1.6.2 Влияние статического давления на формирование сварного соединения.

1.6.3 Влияние времени ультразвукового воздействия на формирование сварного соединения.

1.6.4 Влияние дополнительных факторов на формирование сварного соединения.

1.7 Дозирование подводимой энергии и способы управления процессом сварки.

1.7.1 Способы управления процессом сварки по времени.

1.7.1.1 Способ управления процессом сварки по фиксированному времени

1.7.1.2 Способ управления процессом сварки по динамически рассчитываемому времени сварки.

1.7.2 Способы управления процессом сварки по деформационному критерию.

1.7.2.1 Способ управления процессом сварки по фиксированной осадке.

1.7.2.2 Способ управления процессом сварки по фиксированному зазору.

1.7.2.3 Способ управления процессом сварки по изменению знака ускорения деформирования.

1.7.3 Способ управления процессом сварки по кинетической характеристике.

1.8 Анализ состояния ультразвукового оборудования для ультразвуковой сварки.

1.9 Анализ недостатков ультразвукового оборудования для сварки.

1.10 Постановка задач исследований.

2 Теоретический анализ процесса формирования сварного соединения при ультразвуковой сварке полимерных термопластичных материалов.

2.1 Стадии образования сварного соединения.

2.2 Ввод ультразвуковых колебаний в свариваемые детали и распространение колебаний.

2.3 Процесс формирования сварного соединения и расчет оптимальной ультразвуковой энергии.

2.4 Расчет энергии, необходимой для формирования сварного соединения

2.4.1 Зависимость теплоемкости свариваемых материалов от температуры

2.5 Расчет оптимального интервала времени для формирования сварного соединения.

2.6 Влияние параметров ультразвукового воздействия и свойств свариваемых материалов на формирование сварного соединения.

2.6.1 Влияние изменения амплитуды колебаний сварочного инструмента на время формирования сварного соединения.

2.6.2 Влияние изменения площади акустического контакта сварочного инструмента и материалов в процессе сварки на время формирования сварного соединения.

2.6.3 Влияние толщины свариваемых материалов на время формирования сварного соединения.

2.6.4 Влияние материала подложки на время формирования сварного соединения.

2.7 Определение момента формирования сварного соединения в процессе ультразвуковой сварки.

3 Практическая реализация системы непрерывного контроля свойств свариваемых материалов и установления оптимального ультразвукового воздействия в процессе сварки.

3.1 Разработка системы непрерывного контроля свойств свариваемых материалов и установления оптимального ультразвукового воздействия в процессе сварки.

3.2 Разработка и создание блока непрерывного контроля амплитуды тока на ультразвуковой колебательной системе в процессе сварки.

3.3 Разработка и создание блока непрерывного контроля амплитудного значения напряжения на ультразвуковой колебательной системе в процессе сварки.

3.4 Разработка и создание алгоритма непрерывного контроля и управления процессом сварки.

3.5 Экспериментальные исследования зависимости оптимального времени ультразвукового воздействия для формирования сварного соединения при влиянии сварочного давления.

3.6 Экспериментальные исследования зависимости оптимального времени ультразвукового воздействия для формирования сварного соединения при влиянии амплитуды ультразвуковых колебаний.

3.7 Экспериментальные исследования зависимости оптимального времени ультразвукового воздействия при влиянии свойств термопластичных материалов.

3.8 Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований по определению времени формирования сварного соединения.

4 Разработка и создание ультразвукового сварочного оборудования на основе непрерывного контроля свойств материалов и установления оптимального ультразвукового воздействия.

4.1 Разработка и создание ультразвуковых колебательных систем.

4.1.1 Разработка и создание полуволновых ультразвуковых колебательных систем для сварки.

4.1.2 Разработка и изготовление двухполуволновых ультразвуковых колебательных систем для сварки.

4.1.3 Разработка и создание трехполуволновых ультразвуковых колебательных систем для сварки.

4.2 Создание ультразвукового оборудования для герметизации полимерных трубок.

4.3 Создание ультразвукового оборудования для прессовой шовно-шаговой сварки термопластичных материалов.

4.4 Создание ультразвукового оборудования для кольцевой сварки.

4.5 Создание ультразвукового оборудования для непрерывной сварки протяженных швов и швов сложной формы.

4.6 Подтверждение эффективности созданного ультразвукового сварочного оборудования.

Актуальность темы. Технология ультразвуковой сварки полимерных термопластичных материалов находит всё более широкое применение при создании новых видов изделий и упаковке жидких, пастообразных, порошкообразных и сыпучих материалов, производимых химической и смежными отраслями промышленности. Обусловлено это достоинствами ультразвукового (УЗ) способа сварки, основными из которых являются: возможность формирования сварного соединения по покрытой жидкими и твердыми веществами поверхности; возможность соединения различных материалов; возможность упаковки горючих и взрывоопасных материалов; простота реализации и возможность автоматизации процесса УЗ сварки.

Высокое качество (прочность и герметичность) сварного соединения реализуется только при условии точного дозирования (оптимизации) акустической энергии, вводимой в зону сварки. Поэтому при практической реализации ультразвуковой сварки широко используются различные способы дозирования акустической энергии. Эти способы основаны на установлении фиксированного времени УЗ воздействия при заданной амплитуде колебаний, или обеспечении определенного усилия прижима колебательной системы к свариваемому изделию при заданной рабочей частоте генератора, или установлении скорости перемещения сварочного инструмента колебательной системы, или ограничении пути перемещения сварочного инструмента (формировании зазора между опорой и колебательной системой).

Параметры УЗ воздействия, при которых в зону формирования шва вводится необходимое и достаточное количество энергии (т.е. обеспечивается формирование сварного соединения, характеризуемого максимальной прочностью), определяются в результате предварительных экспериментальных исследований при отработке технологии и остаются неизменными при реализации процесса сварки в производственных условиях.

Возможные и допустимые по техническим условиям изменения свойств соединяемых материалов, допустимые отклонения толщин соединяемых изделий от номинальных размеров, возможные изменения условий ввода колебаний, а также изменения электрических параметров УЗ сварочных аппаратов (генераторов и пьезоэлектрических систем) приводят к нарушению оптимальности УЗ воздействия и снижению качества сварных соединений.

Таким образом, применяемые в производственной практике УЗ сварочные аппараты не позволяют оптимизировать УЗ воздействие при формировании каждого шва, поскольку не способны отслеживать и учитывать возможные изменения параметров соединяемых изделий и свойств материалов и осуществлять оперативное изменение параметров УЗ воздействия в процессе формирования шва.

В связи с этим возникает необходимость в создании ультразвуковых сварочных аппаратов, способных на основании непрерывного контроля свойств свариваемых материалов и автоматического регулирования параметров электронных генераторов в процессе формирования каждого сварного шва обеспечивать оптимальное ультразвуковое воздействие для обеспечения максимальной прочности при допустимых отклонениях свойств материалов и изделий.

Целью работы является повышение качества сварного соединения полимерных термопластичных материалов за счет создания ультразвуковых сварочных аппаратов, обеспечивающих в процессе сварки автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия на основании непрерывного контроля изменяющихся свойств материалов в зоне формирования сварного шва.

Задачи исследований: определение условий оптимальности УЗ воздействия и выявление критериев установления и поддержания оптимальных энергетических и временных параметров для обеспечения максимальной прочности сварного соединения; теоретический анализ энергетических процессов, происходящих при формировании сварного соединения для определения параметров и технологических режимов сварочных аппаратов (электронных генераторов и УЗ пьезоэлектрических колебательных систем) для обеспечения оптимального УЗ воздействия; теоретический анализ процессов, происходящих в пьезоэлектрической колебательной системе и электронном генераторе в ходе формирования сварного соединения при УЗ сварке для выявления зависимостей контролируемых электрических параметров сварочного УЗ аппарата от изменения свойств материала формируемого сварного соединения; создание системы непрерывного контроля свойств соединяемых материалов при УЗ сварке и управление энергетическими и временными параметрами электронных генераторов для установления оптимального УЗ воздействия; разработка и создание сварочных УЗ аппаратов (электронных генераторов, УЗ пьезоэлектрических колебательных систем), обеспечивающих в процессе сварки автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия; исследования качества и прочности формируемого сварного соединения для подтверждения эффективности созданных сварочных УЗ аппаратов.

Объектами исследований являются сварочные УЗ аппараты, обеспечивающие автоматическое установление и поддержание оптимального УЗ воздействия в процессе сварки, на основе непрерывного контроля изменяющихся при сварке свойств соединяемых материалов путем измерения электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем.

Научная новизна: теоретически установлены параметры оптимального УЗ воздействия и предельные диапазоны регулирования сварочных аппаратов при формировании сварного соединения на основании выявленных зависимостей времени формирования от энергетических параметров электронного генератора, площади акустического контакта сварочного инструмента УЗ колебательной системы, толщины, свойств свариваемых материалов и материалов подложки; разработана система контроля свойств соединяемых материалов в процессе УЗ сварки и управления энергетическими и временными параметрами электронных генераторов для установления оптимального УЗ воздействия за счет непрерывного измерения электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем; новые схемные и конструктивные решения сварочных УЗ аппаратов, пьезоэлектрических УЗ колебательных систем, характеризующихся повышенным КПД и чувствительностью к изменению параметров свариваемых сред полимерных термопластичных материалов;

Практическая значимость: разработаны отдельные узлы и элементы сварочных УЗ аппаратов, обеспечивающие непрерывный контроль, измерение свойств свариваемых материалов и оптимизацию УЗ воздействия при всех возможных изменениях контролируемых параметров; разработаны УЗ сварочные аппараты, обеспечивающие повышение эффективности технологического процесса сварки, качества и прочности сварного соединения полимерных материалов за счет непрерывного контроля параметров пьезоэлектрической УЗКС в результате изменения свойств материалов и установления оптимального УЗ воздействия.

Реализация работы.

Результаты работы использованы при разработке, создании конструкторской документации и УЗ технологического оборудования для сварки полимерных термопластичных материалов и нашли промышленное применение на предприятиях РФ, таких как ФГУП НМЗ «Искра» (г. Новосибирск), ФГУП «Производственное объединение Златоустовский машиностроительный завод» (г. Златоуст), ФГУП «Центр Келдыша» (г. Москва), ГУЗ «Алтайская краевая станция переливания крови», «Новосибирская ОСПК», ОГУП «Челябинская ОСПК», ГУЗ «Кемеровская ОСПК», ГУЗ СПК (г. Междуреченск), Бийская станция переливания крови, ОАО «Муромец» Муромский электромеханический завод (г. Муром), ОАО «Биофизическая аппаратура» (г. Москва), ООО «М-Компас» (г. Москва), ООО «ПК Технотрон» (г. Набережные Челны), ООО «Птицефабрика Уссурийская» (г. Уссурийск), ЗАО «Уралпромснаб» (г. Челябинск), ООО «Уралполимериндустрия» (г. Уфа), Торгово-промышленная группа «Альт-А» (г. Новосибирск), ОАО «Бифин» (г. Кемерово), «Птицефабрика Свердловская» (г. Екатеринбург).

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» в 2001 г. (г. Москва), всероссийских научно-практических конференциях «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях (ИАМП)» в 2002, 2003, 2004 гг. (г. Бийск), Второй международной научно-технической конференции

Технологическая системотехника - 2003» (Тульский государственный университет), Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2002-2008 (Novosibirsk).

Положения, выносимые на защиту: новый способ установления и поддержания в процессе формирования сварного соединения условий оптимального УЗ воздействия, обеспечивающего соединение полимерных термопластичных материалов с максимальной прочностью; возможность и эффективность измерения электрических параметров УЗ колебательных систем для контроля изменений, происходящих в зоне сварки полимерных материалов в процессе формирования сварного соединения; методика определения предельных диапазонов необходимой перестройки электронного генератора для обеспечения оптимального УЗ воздействия в процессе формирования сварного соединения; новые способы сварки различных материалов и изделий, такие как способ герметизации и способ управления герметизацией пластиковых контейнеров для хранения и переработки крови, способ герметизации картриджей для очистки воды, устройство ультразвуковой герметизации и сегментации трансфузионных систем, способ герметизации пластиковых пакетов при упаковке сыпучих и жидких продуктов, способ изготовления решетки с ячеистой структурой для укрепления грунтовых поверхностей; новые схемные и конструктивные решения построения электронных генераторов, УЗ пьезоэлектрических колебательных систем, рабочих инструментов, позволившие создать серию специализированных УЗ сварочных аппаратов, обеспечивающих формирование с максимальной прочностью сварных швов различных конфигураций, непрерывных, прерывистых, кольцевых, специальной формы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ, в том числе 7 патентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и результатов, списка использованных источников из 125 наименования; содержит 181 страницу машинописного текста, 74 рисунка, 3 таблицы, 1 приложение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения работы решена проблема повышения качества (прочности, герметичности, внешнего вида) сварных соединений полимерных материалов за счет создания нового типа ультразвуковых аппаратов, обеспечивающих в автоматическом режиме оптимальное по времени и энергии ультразвуковое воздействие на основании непрерывного контроля и использования информации о состоянии соединяемых материалов для управления электронным генератором.

При это решены следующие частные задачи:

1. Установлено, что для формирования качественного сварного соединения надо обеспечить введение в зону сварки необходимого и достаточного количества энергии за оптимальное время для перехода соединяемых материалов в вязкопластичное состояние, показана необходимость непрерывного контроля состояния соединяемых сред и управления параметрами аппарата, теоретически определены условия оптимального УЗ воздействия, необходимые диапазоны изменения параметров при перестройке УЗ генераторов и изменении условий эксплуатации пьезоэлектрических УЗ колебательных систем в процессе сварки.

2. Доказано теоретически и подтверждено экспериментально, что для точного дозирования подводимой энергии УЗ колебаний достаточно обеспечить автоматическое управление процессом УЗ сварки на основании данных об изменении электрических параметров пьезоэлектрических колебательных систем, обусловленных изменениями акустических характеристик соединяемых материалов в процессе формирования шва.

3. Разработаны и практически реализованы способ и устройство непрерывного контроля акустических свойств (импеданса) соединяемых материалов по изменяемым значениям тока и напряжения механической ветви пьезоэлектрической колебательной системы, что позволило установить зависимости оптимального временного и энергетического воздействия от различных параметров материалов и условий протекания процесса сварки.

4. Созданы практические конструкции ультразвуковых сварочных аппаратов различного типа, снабженные новыми пьезоэлектрическими колебательными системами, системами непрерывного контроля и управления, обеспечившие оптимальное временное и энергетическое воздействие при формировании точечных, протяженных до 360 мм, кольцевых диаметром до 100 мм швов с прочностью не менее 75 % от прочности основного материала.

5. Проведены экспериментальные исследования прочности сварных соединений полимерных термопластичных материалов и подтверждено повышение эффективности ультразвукового воздействия в процессе ультразвуковой сварки.

6. Новые способы управления процессами и технические решения, практически реализованные в сварочном оборудовании для решения разнообразных технологических задач, защищены патентами РФ [57, 67, 68, 69, 105, 112, 113, 117].

1. Николаев, Г.А. Ультразвуковая технология в хирургии Текст. / Г.А. Николаев, В.И. Лощилов, — М.: Медицина, 1980. 271 е.: ил.

2. Николаев, Г.А. Новые методы сварки металлов и пластмасс Текст. / Г.А. Николаев, Н.А. Ольшанский, М.: Машиностроение, 1966. - 217 е.: ил.

3. Патон, Б.Е. Машиностроение. Энциклопедия. Оборудование для сварки Текст. / Т. 4-6 / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др., под ред. Б.Е. Патона, 1999.-496 е.: ил.

4. Волков, С.С. Сварка пластмасс ультразвуком Текст. / С.С. Волков, Б.Я.Черняк, — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1986. - 256 с.

5. Мордвинцева, А.В. Методы сварки пластмасс Текст. / А.В. Мордвинцева, Н.А. Ольшанский, -М.: Известия вузов СССР, 1960.

6. Зайцев, К.И. Сварка пластмасс Текст. / К.И. Зайцев, JI.H. Мацюк М.: Машиностроение, 1978. — 224 с.

7. Холопов, Ю.В. Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов Текст. / Ю.В. Холопов. JL: Машиностроение. Ленингр. отд. 1988. - 224 е.: ил.

8. Волков, С.С. Сварка и склеивание пластмасс Текст. / С.С. Волков, Ю.Н. Орлов, Р.Н. Астахова —М.: Машиностроение, 1972. — 128 с.

9. Шестопал, А.Н. Справочник по сварке и склеиванию пластмасс Текст. /

10. A.Н. Шестопал, Ю.С. Васильев Киев: Техника, 1986. - 202 с.

11. Мозговой, И.В. Основы технологии ультразвуковой сварки полимеров Учеб. пособие, Текст. / И.В. Мозговой. — Изд-во красноярского ун-та, 1991. 280 с.

12. B.П. Вологдина.; заявл. 24.06.1991; опубл. 15.07.1994.

13. Способ ультразвуковой сварки полимерных материалов Текст.: А. С. 1212837 А СССР, В 29 С 65/08. / В.А. Поваляев, А.Н. Смирнов, С.С. Волков, В.А. Поваляева; МВТУ им. Н.Э. Баумана; заявл. 22.05.84; опубл. 23.02.86, Бюл. № 7.

14. Способ ультразвуковой сварки пластмасс Текст.: А.С. 304139 СССР, В 29 С 27/08. / И.Ю. Щигельский, В.К. Терноруцкий, М.М. Паук; заявл. 06.03.70; опубл. 25.05.71, Бюл. № 17.

15. Способ ультразвуковой сварки термопластов Текст.: А. С. 1497032 А1 СССР, В 29 С 65/08. / Б .Я. Черняк, Ф.Е. Ляшко, Б.Э. Френкель, С.С. Волков, Ташкентский автомобильно-дорожный институт институт; заявл. 29.05.87; опубл. 30.07.89, Бюл. № 28.

16. Устройство для ультразвуковой сварки пластмасс Текст.: А. С. 176381 СССР, В 29 С / Н.В. Дружинин; заявл. 08.10.62; опубл. 02.11.65, Бюл. № 22.

17. Способ регулирования ультразвуковой сварки термопластичных материалов Текст.: А. С. 1627413 А1 СССР, В 29 С 65/08. / И.Н. Игловиков,

18. A.Ю. Пчелинцев; Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им.

19. B.П. Вологдина; заявл. 27.07.88; опубл. 15.02.91, Бюл. № 6.

20. Способ управления процессом ультразвуковой сварки Текст.: А. С. 996140 СССР, В 23 К 20/10. / А.А. Козич; заявл. 31.03.81; опубл. 15.02.83, Бюл. № 6

21. Устройство для дозировки энергии при ультразвуковой сварке Текст.: А. С. 550255 СССР, В 23 К 10/04. / Г.К. Кишкурно, А.И. Беляков, А.И. Лукашов; заявл. 18.03.76; опубл. 15.03.77, Бюл. № 10.

22. Способ управления процессом ультразвуковой микросварки Текст.: А. С. 719835 СССР, В 23 К 19/04. / А.А. Козин, В.И. Басенко; заявл. 06.03.78; опубл. 05.03.80, Бюл. № 9.

23. Разработка и выпуск УЗ оборудования Электронный ресурс. — ООО «Ультразвуковая техника ИНЛАБ». - Режим доступа: http://www.itinlab.ru/.

24. Разработка и выпуск ультразвукового оборудования Электронный ресурс. Группа компаний «Ультра-фильтр».- Режим доступа: http://www.ultra-filter.ru/

25. Оборудование для ультразвуковых технологий Электронный ресурс. — Фирма «Мэлфиз» Режим доступа: http://melfiz-uz.narod.ru

26. Технологии мощного ультразвука Электронный ресурс. ООО "Путек"- Режим доступа: http://www.ultrasonic.com.ua

27. Wibration welder machine Электронный ресурс. Ever Green - Режим доступа: http://www.evergreen-taiwan.com

28. Ultrasonic plastic & metal welding technology Электронный ресурс. — Baysonic. Режим доступа: http://www.baysonic.com/tr/index.html

29. Ultrasonic welding equipment Электронный ресурс. Decoup. - Режим доступа: http://www.decoup.com/home.htm

30. Intelligent Assembly solutions of ultrasonic welding equipment & technologies Электронный ресурс. Dukane. - Режим доступа: http://www.dukcorp.com/us/

31. Ultrasonic equipment for food industry Электронный ресурс. Sonics.-Режим доступа: http://www.sonics.biz/

32. Производство ультразвуковых сварочных систем для промышленной отрасли Электронный ресурс. Sonic Italia. - Режим доступа: http://www.sonicitalia.it

33. The Powerhouse of Ultrasonics Электронный ресурс. — Telsonic ultrasonic.

34. Режим доступа: http://www.telsonic.ch

35. Welding ultrasonic equipment Электронный ресурс. Sonobond Ultrasonics. — Режим доступа: http://www.sonobondultrasonic.com

36. Ultrasonic technology Электронный ресурс. Sonotronic. — Режим доступа: http://www.sonotronic.de/

37. Ultrasonic welding technology Электронный ресурс. Hermann Ultrashell Technick. - Режим доступа: http://www.hermannultrashell.de/

38. Бартенев, Г.М. Физика полимеров Текст. / Г.М. Бартенев, С .Я. Френкель; под. ред. A.M. Ельяшевича. JI. Химия, — 1990. — 430 с.

39. Миллер, Э. Применение ультразвука в медицине. Физические основы Текст. / Э. Миллер, Кристофер Роуланд Хилл, Дж. Бэмбер. М.: Мир, -1989. -600 е.: ил.

40. Тугов, И.И. Химия и физика полимеров Текст. / И.И. Тугов, Г.И. Костыркина. М.: «Химия», - 1989

41. Шутилов, А.В. Основы физики ультразвука Текст. / А.В. Шутилов. JL: Издательство Ленинградского университета, 1980. —280 е.: ил.

42. Агранат, Б.А. Основы физики и техники ультразвука Текст. / Б.А. Агранат [и др.]. М.: Высшая школа, - 1987. - 352 с.

43. Бабичев, А.П. Физические величины. Справочник Текст. / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братовский, и др. под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: «Энергоатомиздат», 1991, - 1232 с.

44. Нойман, А Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. Справочник Текст. / под. Ред. А. Ноймана, Е. Рихтера. — М.: -«Металлургия», 1985, - 480 с.

45. Годовский, Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров Текст. / Ю.К. Годовский. М.: Химия, - 1976. - 216 с.

46. Зельдович, И.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений Текст. / И.Б. Зедьдович, Ю.П. Райзер издательство. — М.: «Наука», 1966. - 688 е.: ил.

47. Кардашев, Г.А. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты Текст. / Г.А. Кардашев, П.Е. Михайлов. М.: Машиностроение, 1973. - 223 с.

48. Амитан, Г.Л. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Справочник Текст. / Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон, В.А. Волосатов. Л.: Машиностроение, 1988. - 719 с.

49. Аверко — Антонович, И.Ю. Методы исследования структуры и свойств полимеров. Учебное пособие. Текст. / И.Ю. Аверко-Антонович, Р.Т. Бикмуллин. Казань, 2002. — 604 с.

50. Геллер, Б.Э. Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров Текст. / Б.Э. Геллер, А.А. Геллер, В.Г. Чиртулов. М.:- Химия 1996, 432 с.

51. Браун, Д Практическое руководство по синтезу и исследованию свойств полимеров Текст. / Д. Браун, Г. Шердон, В. Керн, под ред. В.А. Зубова // Химия, М 256 с.

52. Slivin, A.N. Measurement of Parameters and Automatic Selection of Optimal Modes During Ultrasonic Welding of Thermoplastic Materials Текст. / V.N. Khmelev, R.V. Barsukov, A.N. Slivin, S.N. Tchyganok, I.I.Savin,

53. A.D. Abramov, A.V. Shalunov, S.V. Levin // International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2006: Workshop Proceedings. — Novosibirsk: NSTU, 2006. P. 289-293.

54. Гребнев, В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel Текст. /

55. B.В. Гребнев. М.: ИП «РадиоСофт», 2002. - 176 с.

56. Барсуков, Р.В. Измеритель электрических параметров ультразвуковых колебательных систем Текст. / В.Н. Хмелёв, Р.В. Барсуков, В.В. Шутов//

57. Научно-техническое творчество студентов: сборник тезисов докладов 55-ой научно—технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ им. И.И. Ползунова. В 2-х частях. Ч. 1. — Барнаул: АлтГТУ, 1997. С. 133-135.

58. Гуль, В.Е. Структура и механические свойства полимеров Учеб. Пособие для вузов Текст. / В.Е. Гуль, В.Н. Кулезнев // 2-е и перераб. М.: Высш. Школа, 1972.

59. Мадорский, С Термическое разложение органических полимеров Текст. / С.Мадорский, под.ред. д.т.н. С.Р. Рафикова. — М.: — Мир, 1967, 350 с.

60. Гершгал, Д.А. Ультразвуковая технологическая аппаратура Текст. / Д.А.Гершгал, В.М. Фридман. М.: Энергия, 1974. - 260 с.

61. Марков, А.И. Применение ультразвука в промышленности Текст. / Под ред. А.И. Маркова. — М.: Машиностроение, 1975. — 366 с.

62. Фридман, В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура Текст. / В.М.Фридман. -М.: Машиностроение, 1967. 300 с.

63. Сливин, А.Н. Развитие ультразвуковых технологий, разработка исследование многофункциональных и специализированных ультразвуковых аппаратов Текст. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н Цыганок, А.Н. Сливин// Ползуновский альманах. 2000. - №3. - С. 193-200.

64. Сливин, А.Н. Повышение эффективности ультразвуковых технологических аппаратов Текст. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н Цыганок, А.Н. Сливин, И.И. Савин// Ползуновский вестник. 2006. - №2-2. -С. 177-185.

65. Теумин, И.И. Коэффициент полезного действия ультразвуковых концентраторов Текст. / И.И. Теумин, // Акустический журнал 1963.- Т.9, №2.- С. 205-208.

66. Гутин, Л.Я. Пьезокерамические излучатели и приемники Текст./ Л .Я. Гутин // ЖТФ. 1945. - №5с. 17-21.

67. Китайгородский, Ю.И. Инженерный расчет ультразвуковых колебательных систем Текст. / Ю.И. Китайгородский, Д.Ф. Яхимович. — М.: Машиностроение, 1982. 56 с.

68. Квашнин, С.Е. Учебное пособие по курсу «Медицинские электроакустические системы» Текст. / С.Е. Квашнин. — М.: МГТУ, 1995. — 134 с.

69. Мечетнер, Б.Х. Концентраторы — инструменты для ультразвуковой обработки, способы их крепления Текст. / Б.Х.Мечетнер. М.: НИИмаш, 1965.-52 с.

70. Кикучи, Е. Ультразвуковые преобразователи Текст. / Е. Кикучи. М.: Мир, 1972.-424 с.

71. Скучик, Е. Простые и сложные колебательные системы Текст. /Е.Скучик. М.: Мир, 1971.-557 с.

72. Пугачев, С.И. Пьезокерамические преобразователи. Методы измерения и расчета параметров Текст.: справочник / под ред. С.И. Пугачева. — Л.: Судостроение, 1984. -226 с.

73. Казанцев, В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок Текст. / В.Ф. Казанцев// — М.: Машиностроение, 1980. 44 с.

74. Казанцев, В.Ф. Ультразвуковые преобразователи для технологических установок Текст. / В.Ф. Казанцев//. М.: Машиностроение, 1980. - 60 с.

75. Богомолов, С.И. Оптимальное проектирование концентраторов ультразвуковых колебаний Текст. / С.И. Богомолов, Э.А. Симеон // Акустический журнал. 1981. - Т. 27, № 4. - С. 491-499.

76. Носков, Н.С. Расчет концентраторов ультразвуковых колебаний Текст. / Н.С. Носков, А.С. Звидкин // Акустический журнал. 1963. - № 5. - С. 815.

77. HEMATRON 11. Baxter Healthcare Corporation Текст./ Техническое описание// 1992 г.

78. BIOSEALER CR2. Baxter Healthcare Corporation Текст. / Техническое описание// 1995 г.

79. BIOSEALER CR3. Baxter Healthcare Corporation Текст. / Техническое описание// 1995 г.

80. Чернов, М.Е. Упаковка сыпучих продуктов. Текст. / М.Е. Чернов/ М.ДЕЛИ, 2000.

81. Сливин, А.Н. Развитие технологии непрерывной шовной ультразвуковой сварки и резки термопластических полимерных материалов и тканей Текст. /

82. B.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, И.И. Савин, А.В. Шалунов // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленных и научных исследованиях: межвузовский сборник / под ред. Г.В. Леонова. -Бийск, 2004. С. 205-209.

83. Сливин, А.Н. Аппараты для ультразвуковой сварки с автоматической оптимизацией ультразвукового воздействия Текст. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, А.Д. Абрамов // Сварщик 2007. -№6. - С. 24-29.

84. Сливин, А.Н. Аппараты для ультразвуковой сварки Текст. / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.Н. Сливин, А.Д. Абрамов // Опыт -сборник статей, приложение к журналу "Ритм" 2008. -№2. - С. 26-29.

85. ГОСТ 11262-80 Пластмассы. Метод испытания на растяжение Текст. — М.: Изд-во стандартов, 1980.

86. ГОСТ 16971-71 Швы сварных соединений из винипласта, поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена Методы контроля качества. Общие требования. Текст. -М.: Изд-во стандартов, 1971.