Формирование соединения

---

2.7. Сварка термопластов токами высокой частоты (ТВЧ) 
Формирование соединения.
При сварке токами высокой ча-
стоты детали из полимера помещаются между электродами и 
сжимаются (рис 2.10). После этого на электроды подается напря-
жение высокой частоты, под действием которого происходит 
нагрев деталей до вязкотекучего состояния. 
Рис.2.10 Схема сварки нахлесточного соединения токами 
высокой частоты:1- детали из термопласта;2 – подвижный 
(потенциальный) электрод; 3 – неподвижный (заземленный) 
электрод;4 – генератор тока высокой частоты; F
св
-сила 
сжатия; l
э
-длина электрода; δ – ширина электрода; Е- эпюра 
распределения напряженности электрического поля между 
электродами 
При сжатии полимера в вязкотекучем состоянии происходит 
его некоторое выдавливание из контакта деталь-деталь вместе с 
загрязнениями и сближение поверхностных сил, вследствие чего 
образуется сварное соединение. 
Данный способ сварки характеризуется выделением тепла 
внутри полимера. Механизм выделения тепла основан на взаимо-
действии внешнего переменного электрического поля с поляр-
ными молекулами полимера (рис. 2.11). 

---

Рис.2.11. Движение полярных молекул термопласта в пере-
менном электрическом поле: а,б – условноположительное и 
условноотрицательное направления электрического поля; Е-
напряженность поля; F-силы, действующие на молекулы 
Полярные молекулы полимера, находясь в переменном элек-
трическом поле, в соответствии с законом Кулона подвергаются 
действию сил, стремящихся изменить их ориентацию в соответ-
ствии с направлением поля, чему препятствуют окружающие мо-
лекулы. Препятствие свободному перемещению молекулы со 
стороны окружающих ее молекул уподобляется внутреннему 
трению между молекулами. 
Затраты энергии на преодоление сил внутреннего трения в 
полимере при переориентировании звеньев полярных молекул 
под влиянием переменного электрического поля преобразуется в 
тепло, которое нагревает полимер до вязкотекучего состояния. 
Способность полимера нагреваться в высокочастотном элек-
трическом поле зависит от его 
фактора диэлектрических потерь 
К
, который в данном случае должен иметь величину не менее 
0,01 (
K
≥ 0,01). К полимерам с таким фактором диэлектрических 
потерь относятся поливинилхлорид (ПВХ), полиамиды (ПА) и 
т.д. У полиэтилена (ПЭ), фторлона-4 (Ф4-ЭН), полистирола (ПС) 
фактор диэлектрических потерь 
K
= 0,0002…0,0004, поэтому 
данные полимеры не нагреваются в высокочастотном электриче-
ском поле без специальных приемов. 
Мощность, выделяющаяся в единице объема полимера при 
высокочастотном нагреве, равна (в системе SI): 

---

2
8
10
55
,
0
E
f
tg
P









, (2) 
где 
ε
и 
δ
– диэлектрическая проницаемость и угол диэлектри-
ческих потерь в полимере; 
f
– частота; 
E
– напряженность элек-
трического поля. 
Выделение тепла внутри свариваемых деталей при сопут-
ствующем их охлаждении электродами создает зону максималь-
ных температур в контакте деталь-деталь, т.е. там, где необходи-
мо получить вязкотекучее состояние полимера и сформировать 
сварное соединение. При этом повреждение поверхностей дета-
лей, контактирующих с электродами, из-за пониженного нагрева 
минимально. 
Параметры режима сварки.
Основными параметрами ре-
жима являются напряженность электрического поля, его частота, 
давление электродов на детали, время сварки и длина электродов. 
Напряженность электрического поля (E)
наиболее сильно 
влияет на выделение тепла, т.к. в выражении 2 она находится в 
квадрате. Максимальная напряженность между электродами 
должна быть в (1,5…2) раза меньше напряженности пробоя, ко-
торая для различных полимеров составляет (10…30) кВ/мм. 
При сварке напряжение на электродах меняется, например, 
из-за утонения деталей под действием сжатия. Поэтому установ-
ку напряжения на электродах производят по модельному матери-
алу толщиной, соответствующей толщине свариваемого. В каче-
стве модельного материала используют фторпласт-4, который не 
нагревается в высокочастотном электрическом поле. 
Частота изменения электрического поля (f)
находится в 
пределах (10…1000) МГц. С ростом частоты снижается к.п.д. 
процесса сварки, но повышается напряженность пробоя и наобо-
рот, с уменьшением частоты повышается к.п.д., но снижается 
напряженность пробоя. Полимеры с малым фактором диэлектри-
ческих потерь 
K
нагреваются и свариваются при повышенных ча-
стотах и даже сверхчастотах (СВЧ). 
Генераторы токов высокой частоты создают радиопомехи, 
поэтому для технологических высокочастотных установок введен 
диапазон разрешенных частот (13,56; 27,12; 40,68; 81,36 МГц). 
Давление сжатия электродов (P
св
)
зависит от жесткости по-
лимера и находится в широком диапазоне (0,1…10 МПа). По ме-
ре нагрева электрод вдавливается в полимер, что уменьшает тол-

---

щину деталей между электродами и вызывает увеличение напря-
женности электрического поля. Поэтому при сварке полимеров с 
низкой вязкостью в вязкотекучем состоянии ход подвижного 
электрода ограничивают перемещением на величину заданной 
осадки, после чего зазор между электродами остается постоян-
ным. 
Время сварки (t
св
)
определяется длительностью включения 
напряжения на электроды. Оно зависит от толщины и типа поли-
мера и ориентировочно находится в пределах 0,1…10 с. 
Кроме основных, имеются дополнительные параметры, вли-
яющие на качество сварного соединения. 
Время выдержки сварного соединения под давлением
после 
сварки (
t
св
) необходимо для его охлаждения до температуры, при 
которой исключается деформация сварного шва и происходит его 
легкое отделение от электродов. 
Длина электрода (l
э
)
влияет на распределение напряженности 
электрического поля между электродами, которая должна быть 
постоянной по всей их длине, чтобы обеспечить постоянное вы-
деление тепла по длине шва. Для выполнения данного условия 
длина электрода определяется в зависимости от длины волны ко-
лебания электрического поля 
λ
соотношением: 



05
,
0
...
04
,
0

Э
l
, (2) 
Типы сварных соединений.
Высокочастотная сварка позво-
ляет выполнять различные типы сварных соединений. Шов мо-
жет выполняться одновременно по всей длине, если его длина со-
ответствует рекомендованной длине электрода (форм. 3), а при-
вод сжатия установки обеспечивает получение требуемой силы 
сжатия деталей. Длинные швы сваривают 
шаговым
методом. 
На рис. 2.12 показаны типы сварных соединений из полимер-
ных пленок и листов. Возможна сварка полимерных труб встык 
(рис. 2.13). При изготовлении изделий из полимерных пленок 
сварку можно совместить с обрезкой полученного изделия по 
контуру с помощью электродов специальной формы (рис. 2.14). 

---

Рис.2.12 Схемы конструкций электродов и виды сварных 
соединений: а,б – нахлесточных; в – Т образных; г,д - стыковых; 
е,ж – уголковых; з- с отбортовкой; «+»-потенциальный 
электрод; «-»-заземленный электрод; F
св
– сила сжатия деталей 
Рис.2.13 Схема сварки поперечного стыка труб ТВЧ: 1,2 – 
свариваемые трубы; 3,4 – электроды;F
заж – 
сила зажатия 
деталей в электродах; F
св
– сила сжатия деталей 

---

Рис.2.14 Сечение электродов для высокочастотной сварки с 
одновременной вырезкой изделия: а – электрод с двусторонним 
скосом; б – то же, с односторонним скосом; в – д – 
комбинированные электроды для отделки шва и обрезка; 1 – 
верхний электрод; 2 – нижний электрод; 3 – свариваемые 
пленки; 4 – предохранительная прокладка 
Разновидности высокочастотной сварки.
По технике вы-
полнения высокочастотная сварка включает в себя: 
– прессовую сварку, позволяющую выполнить неподвижны-
ми электродами за один цикл сварной шов заданной формы и 
размеров, в том числе и замкнутый, которая является наиболее 
распространенным способом; 
– роликовую сварку, выполняемую двумя вращающимися 
роликами, подключенными к генератору ТВЧ, которая позволяет 
выполнить шов разной формы и длины; 
– точечную сварку отдельными точками применяемую, как 
правило, при сборке, т.к. свариваемая площадь очень мала. 
Оборудование для высокочастотной сварки.
Установка 
для сварки состоит из следующих основных частей: 
– генератора высокой частоты; 
– привода сжатия свариваемых деталей; 
– сварочной оснастки; 
– электродов. 
Привод сжатия.
Тип и мощность привода зависят от жестко-
сти полимера, толщины пленки или листа, длины шва, выполня-
емого за один цикл. Для мягких полимеров, малых толщин (доли 

---

мм) и коротких швов применяют электромеханический привод. В 
других случаях используют более мощный гидравлический при-
вод. 
Электроды.
Электроды выполняют роль обкладок рабочего 
конденсатора в генераторе высокой частоты, т.е. участвуют в ге-
нерировании высокочастотного напряжения. Один электрод яв-
ляется заземленным, а второй – называется потенциальным (рис. 
2.10). 
Длина электрода 
зависит от длины волны высокочастотного 
напряжения и определяется выражением (3). 
Толщина электрода (δ)
должна быть не менее двух толщин 
свариваемых деталей, но не менее 0,8 мм. Чтобы ограничить глу-
бину вмятины на деталях от тонкого электрода, на него с боков 
крепят накладки из диэлектрика фторпласта-4, которые увеличи-
вают площадь контакта электрода с деталью и этим снижают 
глубину его вдавливания в деталь. 
Для уменьшения рассеивания электрического поля в меж-
электродном промежутке толщину электродов следует делать 
одинаковой. 
В качестве материала электродов используют латунь. Элек-
троды охлаждают свариваемые детали, особенно тонкие пленки. 
Для снижения отвода тепла от деталей в контакт электрод-деталь 
помещают прокладки из реактопластов. 
При пробоях высокочастотного напряжения с потенциально-
го электрода через свариваемый полимер на заземленный элек-
трод происходит выгорание электродов. Латунные электроды хо-
рошо восстанавливаются пайкой. 
Для сварки полимеров с малым фактором диэлектрических 
потерь (
K
) используют электроды с подогревом, которые внутри 
содержат спираль, нагреваемую электрическим током. После 
сжатия деталей электроды нагревают до требуемой температуры, 
затем нагрев выключают и включают ТВЧ. 
Сварку с подогревом можно выполнять электродами из фер-
ромагнитного материала, которые сами нагреваются за счет 
больших гистерезисных потерь, т.е. потерь, связанных с перемаг-
ничиванием ферромагнетика в переменном магнитном поле. 
Достоинства высокочастотной сварки: 

---

– высокое качество соединения, т.к. сварка выполняется ме-
ханизировано, что позволяет точно выдерживать параметры ре-
жима; 
– не требуется высокой квалификации оператора; 
– сварка любых по форме швов, определяемых формой элек-
тродов; 
– совмещение сварки с вырезкой изделия по контору шва; 
– сварка пористых материалов, которые трудно варить нагре-
тым инструментом и газовым теплоносителем из-за их низкой 
теплопроводности; 
– 
малое выделение реагентов при сварке. 
Недостатки высокочастотной сварки: 
– создание радиопомех; 
– сложность оборудования; 
– необходимость наладчиков оборудования высокой квали-
фикации; 
– индивидуальная конструкция инструмента; 
– ограниченная номенклатура свариваемых полимеров по 
фактору диэлектрических потерь; 
– необходимость постоянства зазора между электродами по 
всей их длине; 
– повышенные требования по охране труда из-за высокой ча-
стоты. 
Применение высокочастотной сварки: 
– сварка искусственной кожи на основе ПВХ в обувной про-
мышленности; 
– сварка тканей из полимерных материалов в швейной про-
мышленности; 
– сварка сильфонов из полимерных пленок; 
– сварка емкостей из полимерных пленок. 
2.8. Ультразвуковая сварка термопластов 
Схема и сущность процесса сварки.
Ультразвуком называ-
ются упругие механические колебания частотою от 15 до 10
6
кГц. 
Ультразвуковые колебания получаются путем преобразования 
электрических колебаний, вырабатываемых генератором 1 (рис. 
2.15), в механические с помощью преобразователя 3. Далее коле-
бания усиливаются по амплитуде трансформатором 3 и волново-
дом 5 и подводятся под давлением силы сжатия 
F
св
перпендику-

---

лярно к поверхностям свариваемых деталей. Схема подвода уль-
тразвуковых колебаний перпендикулярно поверхностям деталей 
называется 
«пластмассовой»
в отличие от 
«металлической»
при 
сварке металлов, когда ультразвуковые колебания направлены от 
волновода по касательной к поверхности детали, а сила сжатия 
прижимает волновод к деталям по нормали. 
Рис.2.15 Схема ультразвуковой сварки полимеров: 
1-генератор ультазвуковой частоты; 2-преобразователь 
электрических колебаний в ультразвуковые механические; 3-
трансформатор упругих колебаний; 4-крепление к корпусу 
установки; 5-волновод; 6-свариваемые детали; 7-опора; А,λ-
амплитуда и частота ультразвуковых колебаний; F
св
-сила 
сжатия деталей 
Колебания, введенные в полимер, начинают колебать части-
цы полимера, движения которых тормозятся окружающими ме-
нее подвижными частицами. Силы торможения движущихся ча-

---

стиц менее подвижными окружающими частицами уподобляются 
силам внутреннего трения полимера. 
Энергия, затраченная движущимися частицами полимера на 
преодоление сил внутреннего трения, переходит в тепло, т.е. дру-
гими словами поглощается полимером, а сами ультразвуковые 
колебания по мере перемещения в полимере затухают. Поглоще-
ние ультразвуковой энергии в полимере возрастает с уменьшени-
ем его модуля упругости или, другими словами, с уменьшением 
жесткости полимера. Помимо полимера, значительным погло-
щающим эффектом ультразвуковой энергии обладают контакты 
деталь-деталь и волновод-деталь. 
Поглощенная энергия, перешедшая в тепло, нагревает поли-
мер до вязкотекучего состояния. При этом зона максимальных 
температур образуется в контакте деталь-деталь, в котором до-
полнительно выделяется тепло от поглощенной ультразвуковой 
энергии и который наиболее удален от охлаждающего волновода 
и опоры. 
Наличие вязкотекучего состояния полимера облегчает его 
выдавливание силой сжатия из контакта деталь-деталь вместе с 
загрязнениями, что приводит к сближению поверхностных моле-
кул. Колебательные движения дополнительно перемешивают по-
верхностные молекулы. Между сближенными и перемешанными 
молекулами полимера образуются межмолекулярные силы связи, 
вследствие чего формируется сварное соединение. 
Влияние коэффициента затухания ультразвука в полиме-
ре на процесс сварки.
Ультразвуковые колебания, как и прочие, 
характеризуются интенсивностью. Интенсивность 
I
колебатель-
ного процесса представляет собою удельную мощность, прихо-
дящуюся на единицу площади, перпендикулярной направлению 
распространения колебаний. В вязкоупругой среде (полимере) на 
расстоянии 
x
от места ввода интенсивность ультразвукового ко-
лебания определяется выражением: 


x
I
I

2
exp
0


, (4) 
где 
I
0
– интенсивность колебаний в месте ввода; 
β
– коэффи-
циент затухания ультразвука в полимере. 
Затухание ультразвука связано с упругими свойствами поли-
мера, т.е. с его модулем упругости. Модуль упругости определя-
ет, в свою очередь, жесткость полимера, чем больше модуль 

---

упругости, тем больше жесткость полимера, тем меньше коэффи-
циент затухания. 
С уменьшением коэффициента затухания возрастает расстоя-
ние, на которое распространяется ультразвук без существенного 
снижения интенсивности. Повысить модуль упругости полимера, 
его жесткость и этим снизить коэффициент затухания можно пу-
тем охлаждения последнего до температуры близкой к темпера-
туре столкновения. 
Коэффициент затухания 
β
, определяя удельную мощность 
распространяющегося в полимере ультразвука, существенно вли-
яет на процесс сварки, обуславливая две ее разновидности: кон-
тактную сварку и передаточную сварку. 
Контактная сварка
(рис. 2.16, 
а
) применяется для полимеров 
с большим коэффициентом затухания, т.к. при этом интенсив-
ность ультразвука внутри полимера резко падает и её бывает до-
статочно для сварки только малых толщин до 5 мм. 
Передаточная сварка
(рис. 2.16, 
б
) используется для полиме-
ров с малым коэффициентом затухания, вследствие чего ультра-
звук может распространяться без существенного уменьшения ин-
тенсивности на расстояния в десятки и сотни миллиметров от ме-
ста ввода. 
Рис.2.16 Схема контактной (а) и передаточной (б) ультра-
звуковой сварки: 1-волновод; 2-свариваемые детали; 3-опора 
Полимеры с коэффициентом затухания 
β
< 35 м
-1
(полисти-
рол, поликарбонат), т.е. жесткие, хорошо свариваются переда-

---

точной и контактной сваркой, а с коэффициентом 
β 
> 55 м
-1
– 
свариваются только контактной сваркой (полиэтилен, полипро-
пилен, полиамиды). 
Параметры режима и циклограммы ультразвуковой 
сварки.
Основными параметрами режима являются: амплитуда 
колебания рабочего торца волновод 
A
; частота колебания 
f
; время 
или скорость сварки 
t
св
, v
св
; сварочная сила 
F
св
. 
Амплитуда колебания
A
квадратично влияет на выделение 
тепла в зоне сварки и по величине она составляет до 30…50 мкм, 
при этом ее можно плавно регулировать. 
При малой амплитуде прочность сварного соединения имеет 
пониженное значение из-за малого выделения тепла, вследствие 
чего полимер не достигает вязкотекучего состояния. С ростом 
амплитуды колебания прочность достигает максимума, а затем 
начинает снижаться вследствие перегрева и деструкции полимера 
и повышенной глубины вмятины на поверхности детали от вол-
новода. 
Частота колебания f
также определяет энергию ультразвука 
и количественно находится в пределах 20…50 кГц. Колебатель-
ная система (рис. 2.15) работает в условиях резонанса. Резонанс-
ная частота главным образом зависит от длин элементов колеба-
тельной системы: преобразователя, трансформатора упругих ко-
лебаний и волновода. Изменение частоты связано с изменением 
размеров колебательной системы, что при сварке невозможно. 
Сила сжатия F
св
определяет акустический контакт между 
волноводом и деталью и самими деталями. При малой силе сжа-
тия из-за плохого акустического контакта в детали вводится не-
достаточное количество энергии. При этом полимер либо вообще 
не переходит в вязкотекучее состояние, либо этот переход явля-
ется недостаточным, что исключает формирование качественного 
соединения. 
С увеличением силы сжатия улучшается физический контакт 
волновода с деталью, возрастает выделение тепла в зоне сварки, 
полимер переходит в вязкотекучее состояние в области контакта 
деталей, что приводит к формированию прочного соединения, но 
до определенного предела, после чего прочность начинает сни-
жаться. 

---

Уменьшение прочности при дальнейшем росте силы сжатия 
обусловлено снижением амплитуды колебания вследствие «за-
щемления» колебательной системы и увеличением глубины вмя-
тины от волновода на поверхности детали. 
Время сварки t
св
обеспечивает переход полимера в вязкотеку-
чее состояние. В зависимости от типа полимера и сочетания па-
раметров 
A
, 
f
, 
F
св
оно составляет от долей секунды (0,1…0,2) до 
нескольких секунд (2…3). 
Скорость сварки V
св
является параметром режима при вы-
полнении сварного соединения в условиях подвижного волново-
да или перемещающихся деталей. Величина скорости сварки 
находится в пределах 0,2…2 м/мин. 
Дополнительными параметрами режима ультразвуковой 
сварки являются размеры, форма и материал опоры и волновода 
(рис. 2.15), температура подогрева волновода и т.д. 
Циклы ультразвуковой сварки
показаны на рис. 2.17. Основ-
ным является цикл, когда сила сжатия прикладывается до вклю-
чения ультразвука, а снимается после его выключения (рис. 2.17, 
а
). Для очистки поверхностей деталей от загрязнений ультразву-
ковые колебания включают раньше приложения силы сжатия 
(рис. 2.17, 
б
). При этом сила сжатия прикладывается замедленно. 
Волновод, касаясь поверхности детали, передает ей колебания, 
которые разрушают поверхностные загрязнения в контакте меж-
ду деталями и оттесняют их на периферию контакта до начала 
формирования сварного соединения. Для повышения прочности 
сварного соединения в некоторых случаях используют повышен-
ную ковочную силу после выключения ультразвука (рис. 2.17, 
в
). 

---

Рис.2.17 Циклы ульразвуковой сварки: 
а-типовой; б-с предварительным включением ульразвука; в-с 
повышенной ковочной силой; А,f-амплитуда и частота 
колебаний; F
св
,F
к
-сварочная и повышенная ковочная силы; t
св
-
время сварки; t
п
-время предварительного сжатия;t
к
-время 
проковки; t
зк
-время задержки проковки 
Разновидности сварки по перемещению волновода и де-
талей.
По данному признаку различают прессовую и непрерыв-
ную ультразвуковую сварку. 
Прессовая сварка
выполняется при неподвижном состоянии 
волновода и деталей отдельными точками, по заданной линии, по 
замкнутому контуру. 
Непрерывная сварка
выполняется путем перемещения волно-
вода по деталям или перемещением деталей при неподвижном 
волноводе. 
Технология ультразвуковой сварки. 
В зависимости от 
толщины и коэффициента затухания ультразвука в полимере вы-
бирается контактная или передаточная сварка. Для передаточной 
сварки необходимо выполнить специальную разделку кромок 
свариваемых деталей (рис. 2.18). Главным в разделке является 
выступ на одной детали, опирающийся на плоскую поверхность 
или входящий в паз на другой детали. 

---

Рис. 2.18 Типы разделки кромок свариваемых поверхностей 
при ультразвуковой сварке жестких полимеров
При ультразвуковой сварке свариваемые поверхности наибо-
лее часто оказываются загрязненными пленками различных ма-
сел, молочными продуктами, водными растворами солей, кислот, 
щелочей и т.д. Качество сварки при наличии указанных загрязни-
телей зависит от вязкости загрязняющего вещества. 
Вещества с вязкостью 5…8 Па·с снижают прочность соеди-
нения не более, чем на 20% (жидкое мыло, мед, майонез, касто-
ровое масло). Такие вещества не являются сильными загрязните-
лями. Значительно затрудняют сварку вещества с вязкостью ме-
нее 0,5 Па·с (молоко, водные растворы солей, кислот, щелочей), 
которые снижают прочность соединения более 50%. 
Для очистки поверхностей деталей от указанных загрязнений 
можно применить цикл, когда ультразвук включается до прило-
жения силы сжатия (рис. 2.16, 
б
). 
Для сварки необходимо определить форму и размеры волно-
вода в зависимости от формы и размеров шва. 
Фиксация деталей в процессе сварки обеспечивается с помо-
щью различных опор, конструкция которых зависит от формы 
изделия. 
Значительную трудность представляет ультразвуковая сварка 
скользящим волноводом сверхтонких пленок (менее 10 мкм). Та-
кие пленки необходимо сваривать с применением прокладок, 
расположенных между волноводом и пленкой. Наиболее целесо-
образны бумажные прокладки, т.к. они легко отделяются от шва 
и примерно в 2 раза повышают прочность сварного соединения. 
Для сварки подбираются параметры режима и циклы (рис. 
2.17), которые обеспечивают прочность сварного соединения, 
герметичность и прочие свойства. Длинные швы можно свари-
вать непрерывной сварной или прессовой с шаговым перемеще-

---

нием деталей на длину рабочей части волновода ножевого типа. 
После сварки выполняется контроль качества сварных соедине-
ний. 
Внешним
осмотром выявляют прожоги, трещины, глубокие 
вмятины от волновода, несовпадение кромок, искажение формы 
шва, уменьшение толщины шва. 
Пневматическими или гидравлическими
испытаниями опре-
деляют плотность сварных соединений. 
Ультразвуковой и рентгеновский
контроли применяют для 
выявления внутренних дефектов (пор, посторонних включений и 
т.д.). 
Оборудование.
Ультразвуковая сварочная машина состоит 
из сварочного узла, привода сжатия деталей, опоры, блока управ-
ления и корпуса. 
Сварочный узел является важнейшей частью машины. Он 
представляет из себя электромеханическую колебательную си-
стему (рис. 2.15). В сварочном узле содержится 
преобразователь
электрических колебаний ультразвуковой частоты в механиче-
ские колебания той же частоты. Преобразователи работают на 
принципах магнитострикционного или пьезоэлектрического эф-
фектов. 
Магнитострикционный
эффект выражается в изменении 
размеров ферромагнитного материала в переменном магнитном 
поле. 
Пьезоэлектрический
эффект характеризуется изменением 
размеров некоторых минералов и керамик в переменном электри-
ческом поле. 
Преобразователи генерируют механические ультразвуковые 
колебания малой амплитуды (до 3…5 мкм). 
Усиление амплитуды колебания выполняется трансформато-
ром упругих колебаний и волноводом до 50…60 мкм. 
Волновод
наряду с усилением амплитуды ультразвуковых ко-
лебаний обеспечивает их ввод в свариваемые детали. По форме 
наиболее часто используются цилиндрические ступенчатые вол-
новоды (рис. 2.15), а также применяются волноводы с экспонен-
циальной, конической и катеноидальной боковыми поверхностя-
ми. 

---

Коэффициент усиления 
K
у
ступенчатого цилиндрического 
волновода определяется выражением 


2
2
1
/
D
D
K
у

, (5) 
где 
D
1
и 
D
2
– большой и малый диаметры ступеней. Длина 
ступенчатого волновода равна половине длины волны ультразву-
кового колебания (
λ/
2). 
Волноводы и трансформаторы упругих колебаний изготавли-
вают из упругих материалов с малыми акустическими потерями. 
Наилучшим, но в то же время и дефицитным материалом, являет-
ся титан. Кроме титана, используют алюминиевые сплавы (Д16) и 
стали марок 45, 40Х, 30ХГСА. 
Приводы сжатия
свариваемых деталей являются пружинами 
или пневматическими, т.к. для сварки требуются не столь боль-
шие силы сжатия (десятки и сотни Н). 
Опоры-держатели
используются для точной сборки деталей 
и их установки относительно волновода. Они могут иметь фикса-
торы для ориентирования деталей и прижимы. В зависимости от 
материала опоры разделяются на активные, отражающие ультра-
звуковые колебания, и пассивные, поглощающие их. Отражение 
ультразвука от опоры может играть положительную роль при 
сварке. Активные опоры изготавливают из стали (45, 30 ХГСА), 
титана и других металлов, а пассивные – из дерева, резины, реак-
топластов. 
Ультразвуковые генераторы
получают на выходе номиналь-
ные напряжения 55…440 В ультразвуковой частоты и имеют но-
минальную мощность 0,04…10 кВт. 
Машины и установки
для ультразвуковой сварки делятся на 
следующие группы: 
– для прессовой сварки при выполнении сварного соединения 
в неподвижном состоянии; 
– для непрерывной сварки (шовной) при перемещении либо 
волновода относительно деталей, либо деталей относительно 
волновода; 
– ручные переносные установки. 
Достоинства ультразвуковой сварки: 
– сварка термопластов с металлами и неметаллами; 
– сварка пленок разной толщины, в том числе и сверхтонких 
(менее 10 мкм); 

---

– высокая производительность; 
– сварка жестких полимеров взамен склеивания; 
– стимулирование сварки трудно сваривающихся полимеров 
(фторпласта-4). 
Недостатки ультразвуковой сварки: 
– зависимость толщины свариваемых деталей от коэффици-
ента затухания ультразвука в полимере; 
– сложность оборудования; 
– некоторое разрушение кристаллического строения полиме-
ра в зоне сварки; 
– ограничение типов сварных соединений, т.к. применяется 
только нахлесточное соединение. 
Применение ультразвуковой сварки: 
– герметизация емкостей с продуктами питания; 
– изготовление сосудов для косметики, игрушек, канцеляр-
ских принадлежностей; 
– сварка материалов из синтетических волокон в швейной 
промышленности; 
– сварка искусственных кож на основе ПВХ.