1 ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
1.1 ИНДУКЦИОННАЯ ПАЙКА: ПРОЦЕСС И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
Для осуществления качественной и герметичной сборки элементов волноводных трактов, преимущественно из алюминиевых сплавов для космических аппаратов или другого необходимого оборудования на предприятиях применяется индукционная пайка.
Пайка представляет собой процесс соединения металлов или неметаллических материалов посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем и имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла (или неметаллического материала).
Пайка соединений путем индукционного нагрева происходит посредством индуктируемых в деталях вихревых токов.
Индукторы изготовляются из медных трубок, преимущественно прямоугольного или квадратного сечения в зависимости от конфигурации деталей, подлежащих пайке. Пример схемы расположения индукторов для пайки листового материала изображен на рис. 1.
При индукционной пайке быстрый нагрев детали до температуры пайки обеспечивается использованием энергии высокой концентрации. Для предохранения индуктора от перегрева и расплавления применяют водяное охлаждение. Для защиты поверхности деталей от окисления и окалины применяют твердые флюсы. Для этой же цели индукционную пайку проводят в вакууме, в восстановительной или нейтральной средах.
Состав оборудования, требующийся для выполнения индукционной пайки следующий: – генератор средней частоты (66 кГц); – набор индукторов, выполненных в виде плоской рамы с рабочим отверстием прямоугольного сечения; – блок автоматической системы управления АСУ, состоящий из ПК с соответствующим программным обеспечением; – стенд управления постом пайки волноводов; – согласующее устройство.
Рис. 1. Схема индукторов для индукционного нагрева листового материала в поперечном магнитном поле при размещении индуктирующего провода: a – с одной стороны нагреваемого листа; б – с обеих сторон нагреваемого листа; 1 – индуктирующий провод; 2 – магнитопровод; 3 – ярмо магнитопровода
В качестве преимуществ использования технологии индукционного нагрева для пайки волноводных трактов из алюминиевых сплавов можно назвать: – быстрый и равномерный нагрев паяемого соединения, уменьшающий возможность окисления токонесущих поверхностей и коробления волновода; – избирательный разогрев, исключающий ступенчатую пайку с использованием припоев с разной температурой плавления; – возможность получения соединения тонкостенных (0,65–1,4 мм) волноводных труб со значительно более массивными (толщиной 6 мм и более) фланцами и муфтами; – возможность применения автоматического режима пайки волноводов различной конфигурации и сечения; – отсутствие концентраторов напряжений в связи с образованием плавной галтели в месте соединения деталей; – упрощение, повышение производительности и чистоты производства по сравнению с пайкой во флюсовых ваннах и вакуумной пайкой аналогичных конструкций.
Недостатками индукционного нагрева являются: – сложность и высокая стоимость электрооборудования; – несколько больший расход энергии, чем при контактном нагреве.
Подводя итоги, можно сказать, что использование метода индукционного нагрева для осуществления индукционной пайки металлов позволяет повысить качество и скорость получения паяных соединений волноводных трактов из алюминиевых сплавов. Также использование индукционного нагрева на предприятии улучшает условия труда специалистов и способствует разработке специализированного оборудования и программного обеспечения для автоматизации процесса индукционной пайки, который, в свою очередь, позволит снизить риски, связанные с участием человека в технологическом процессе.
1.2 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ
Индукционная пайка тонкостенных волноводных трактов из алюминиевых сплавов – сложный технологический процесс, обладающий рядом особенностей.
Малая разница температур плавления одного из применяемых силуминовых припоев (СвАК12, Castolin 190, BrazeTecL88/12) и температуры плавления основного материал паяемых волноводных труб, муфт и фланцев (АДЗ31Е1 ГОСТ 4784), при средней скорости индукционного нагрева 10-15 °С/с, требует точной отработки и воспроизведения технологических режимов процесса пайки.
Волноводная труба (рис. 2., а, б) и фланец (рис. 2., д), либо муфта (рис. 2., г) в процессе нагрева представляют собой две различные системы, и вплоть до момента расплавления припоя между ними практически отсутствует теплопередача за счет теплопроводности, следовательно, нагрев данных элементов происходит независимо друг от друга.
Разнотолщинность паяемых изделий, допуски на размеры применяемых особо тонкостенных волноводных труб (толщина стенок от 0,5 мм) приводят к разности по массе одноименных изделий до 25% (для волноводных труб).
Применяемые для производства элементов волноводных трактов алюминиевые сплавы практически не изменяют цвет в процессе нагрева, что делает невозможным визуально контролировать наличие локальных перегревов паяемых изделий и обусловливает применение современных средств пирометрии при обработке и автоматическом воспроизведении режимов пайки.
Из-за некоторых особенностей индукционного нагрева зоны с максимальной плотностью индуцированных вихревых токов, а, следовательно, и зоны наибольшего тепловыделения в сечениях паяемых элементов волноводных трактов не совпадают с зонами пайки (рис. 3.).
Равномерный нагрев паяемых элементов обеспечивается за счет подбора оптимальных технических параметров оборудования, особенно это касается формы индукторов и рабочей частоты и мощности генератора.