Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2468900

(19)

RU

(11)

2468900

(13)

C1

(51) МПК B23K1/008 (2006.01)

B23K1/19 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.12.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011115177/02, 18.04.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

18.04.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 18.04.2011

(45) Опубликовано: 10.12.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2124971 C1, 07.06.1977. SU 365220 A1, 08.01.1973. SU 1511033 A1, 30.09.1989. JP 80028785 B, 30.07.1980. WO 2001088451 A1, 22.11.2001.

Адрес для переписки:

445667, Самарская обл., г. Тольятти, ГСП, ул. Белорусская, 14, начальнику ОТИС ТГУ, В.А. Романееву

(72) Автор(ы):

Перевезенцев Борис Николаевич (RU),

Шашкин Олег Валентинович (RU),

Миронов Иван Николаевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для пайки изделий из специальных сталей и активных материалов. Устройство содержит нагревательную печь и расположенный в ней вакуумируемый контейнер. С вакуумируемым контейнером соединены система вакуумирования и система подачи защитного газа. Внутри вакуумируемого контейнера установлен дополнительный контейнер для паяемого изделия. Вакуумируемый контейнер содержит площадку в виде пластины с замкнутой канавкой. В канавку засыпан измельченный материал-геттер. Система подачи защитного газа снабжена несколькими каналами. Каналы выполнены с возможностью подключения к вакуумируемому контейнеру. Каналы соединены с емкостями. Емкости содержат инертные или активные газы. В вакуумируемом контейнере расположены материал-геттер и открытая емкость. В емкости испаряется активный материал при температуре пайки. В дополнительном контейнере расположена открытая емкость с испаряющимся при повышении температуры материалом. Вакуумируемый контейнер снабжен клапаном. Клапан позволяет поддерживать заданное давление газа. Техническим результатом изобретения является повышение работоспособности паяных соединений. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для пайки изделий сложной конфигурации из активных материалов, например из сплавов алюминия, титана, бериллия или ниобия.

Известен способ бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий (патент РФ 2124971, от 07.06.1997 г., МПК В23К 1/012). Устройство, которое применяют для осуществления этого способа, принято за прототип. Устройство по прототипу включает в себя печь, снабженную вакуумной системой и системой подачи инертного газа, причем в камеру печи заложен геттер, обеспечивающий очистку газа от кислорода. Такая конструкция устройства по прототипу позволяет осуществить известный способ и повысить прочность и плотность паяных соединений. Однако при пайке ряда активных металлов, имеющих высокое сродство к кислороду, например титана, ниобия и т.п., это устройство по прототипу не обеспечит достаточную очистку атмосферы в зоне пайки от кислорода, содержащегося в инертном газе и остающегося после вакуумирования, что не позволит повысить качество соединений до требуемых пределов.

Технический результат предлагаемого устройства - повышение работоспособности паяных соединений.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит нагревательную печь и расположенный в ней вакуумируемый контейнер, содержащий геттер. С печью и с вакуумируемым контейнером соединены система вакуумирования и система подачи защитного газа. В отличие от прототипа внутри вакуумируемого контейнера расположен дополнительный контейнер для паяемого изделия, выполненный в виде полой прямоугольной коробки или цилиндра с открытым торцом. На днище вакуумируемого контейнера установлена площадка в виде пластины толщиной 5 20 мм. Ее форма идентична форме открытого торца дополнительного контейнера. Ширина и длина площадки не менее чем на 50 мм превышают ширину и длину открытого торца дополнительного контейнера. В площадке выполнена замкнутая канавка шириной 10 30 мм, причем площадь части площадки, ограниченная продольными осями канавки, равна площади открытого торца дополнительного контейнера, в канавку засыпан измельченный материал-геттер, а дополнительный контейнер установлен на площадку так, чтобы кромки стенок его открытого торца входили внутрь канавки. Канавка в площадке имеет прямоугольную или корытообразную форму поперечного сечения. Система подачи защитного газа снабжена несколькими каналами с возможностью их поочередного или одновременного подключения к вакуумируемому контейнеру, причем каналы соединены с емкостями, содержащими различные инертные или активные газы. В вакуумируемом контейнере размещена открытая емкость с испаряющимся при температуре пайки активным материалом, а в дополнительном контейнере размещена открытая емкость с испаряющимся при повышении температуры материалом-катализатором процесса растекаемости припоя по поверхности паяемого изделия. Вакуумируемый контейнер снабжен клапаном, позволяющим поддерживать заданное давление газа.

Такое выполнение устройства позволяет производить многократную очистку атмосферы в зоне пайки: вначале вакуумированием полостей основного и дополнительного контейнеров, затем, в процессе нагрева под пайку, удалять часть кислорода из заполнившего эти полости защитного газа с помощью находящегося в основном контейнере материала-геттера, и, в отличие от прототипа, дополнительно удалять кислород из газа, поступающего в полость дополнительного контейнера через помещенный в канавки площадки измельченный материал-геттер. Кроме того, наличие в системе подачи защитного газа нескольких каналов, соединенных с емкостями, содержащими различные газы, позволяет, используя возможность поочередного или одновременного подключения их к основному (вакуумируемому) контейнеру, создавать в зоне пайки контролируемую как нейтральную, так и восстановительную атмосферу различного состава, в зависимости от свойств паяемого материала. Наличие в дополнительном контейнере испаряющегося материала-катализатора улучшает растекаемость припоя по поверхности паяемого материала. Все это в целом позволит уменьшить вероятность отрицательного воздействия кислорода на паяные соединения и повысить их работоспособность.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана схема конструкции предлагаемой установки.

Установка содержит печь 1 с дверцей 2, на которой закреплен вакуумируемый контейнер 3, закрытый крышкой 4 и введенный в рабочую полость печи 1. В вакуумируемом контейнере 3 установлена площадка 5 в виде пластины толщиной 5 20 мм. На площадке 5 расположен дополнительный контейнер 6, выполненный в виде полой прямоугольной коробки, как это показано на чертеже, или цилиндра с открытым торцом. Форма площадки 5 идентична форме открытого торца дополнительного контейнера 6, а ширина и длина площадки 5 не менее чем на 50 мм превышают ширину и длину открытого торца дополнительного контейнера 6. Эти условия улучшают возможность точной установки дополнительного контейнера 6 на площадку 5. В площадке 5 выполнена замкнутая канавка 7 шириной 10 30 мм. Размеры канавки обусловлены тем, что при ширине менее 10 мм будет трудно устанавливать в нее дополнительный контейнер 6, а при ширине более 30 мм потребуется большой расход измельченного материала-геттера. В обоих случаях эффективность очистки газа помещенным в канавку материалом-геттером ухудшится из-за неточной установки в канавку торца дополнительного контейнера 6. Площадь части площадки 5, ограниченная продольными осями канавки 7, равна площади открытого торца дополнительного контейнера 6. Канавка 7 имеет прямоугольную или корытообразную форму поперечного сечения. В канавку 7 засыпан измельченный материал-геттер 8. Дополнительный контейнер 6 установлен на площадке 5 так, чтобы кромки стенок его открытого торца входили внутрь канавки 7, в результате чего они оказываются по всему периметру присыпанными частицами материала-геттера 8. Внутри дополнительного контейнера 6 на площадке 5 помещено паяемое изделие 9. В вакуумируемом контейнере 3 установлена открытая емкость 10 с испаряющимся при температуре пайки активным материалом 11 и материал-геттер 12. В дополнительном контейнере 6 расположена открытая емкость 25 с материалом-катализатором 26 процесса растекания припоя по поверхности паяемого изделия 9, испаряющимся при повышении температуры.

Система вакуумирования состоит из вакуумной станции 13, снабженной насосами, необходимыми для получения остаточного давления в вакуумируемом 3 и в дополнительном 6 контейнерах, требуемого для пайки данного материала. Соединяется вакуумная станция 13 с вакуумируемым контейнером 3 каналом 14 через вентиль 15.

Система подачи защитного газа состоит из емкостей 16, 17, и 18, содержащих различные защитные (инертные или активные) газы. Она снабжена несколькими каналами 19, 20, 21, соединяющими емкости 16, 17, 18 через редукторы 22 с газовым смесителем 23, который через вентиль 24 и канал 14 соединен с вакуумируемым контейнером 3. Редукторы 22 и смеситель 23 обеспечивают возможность поочередного или одновременного подключения каналов 19, 20, 21 к вакуумируемому контейнеру 3. Клапан 27 позволяет поддерживать внутри вакуумируемого контейнера 3 заданную величину избыточного давления газов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В вакуумируемый контейнер 3 на площадку 5 укладывают подготовленное к пайке изделие 9. Затем на дно канавки 7 на всей ее длине засыпают измельченный материал-геттер 8. На площадку 5 устанавливают также открытую емкость 25 с помещенным в нее измельченным материалом-катализатором 26 процесса растекания припоя по поверхности изделия 9. В качестве материала-катализатора 26 может быть применен металл, имеющий температуру плавления ниже температуры пайки и активно влияющий на процесс растекания припоя, например свинец. Затем на площадку 5 устанавливают дополнительный контейнер 6, погружая кромки его открытого торца в канавку 7. По периметру открытого торца дополнительного контейнера 6 досыпают измельченный материал-геттер 8. На дно вакуумируемого контейнера 3 вблизи площадки 5 устанавливают компактную порцию 12 материала-геттера и открытую емкость 10 с испаряющимся при температуре пайки активным материалом 11, в качестве которого может быть применен материал более активный по отношению к кислороду, чем материал паяемого изделия 9. Таким материалом может быть, например, магний. В качестве материала-геттера 8 и 11 используют измельченную губку или стружку из активного материала, например титана.

Подготовленный таким образом к операции пайки контейнер 3 закрывают крышкой 4 и устанавливают через крышку 2 печи 1 (например, типа СНОЛ) в ее рабочее пространство. С помощью вакуумной станции 13 через вентиль 15 и канал 14 полость контейнера 3 вакуумируют, откачивая воздух до заданного значения остаточного давления. Вакуумная станция 13 состоит из известных форвакуумного (например, типа НВР) и диффузионного (например, ТМН 150-80) насосов и включает в себя также известные устройства для контроля остаточного давления в вакуумируемом контейнере 3.

После вакуумирования полости контейнера 3 в нее с помощью системы подачи газа из емкостей 16, 17 и 18 подаются защитные или активные газы, либо их смеси через каналы 19, 20 и 21. С помощью редукторов 22 и газового смесителя 23 обеспечивается возможность поочередного или одновременного подключения к вакуумируемому контейнеру 3 через вентиль 24 каналов 19, 20 и 21. При этом редукторами 22 может быть установлен различный расход газов через каждый из каналов 19, 20 и 21, что позволит с помощью газового смесителя 23 получать в вакуумируемом контейнере 3 газовые смеси различного состава, требующегося для пайки изделия 9 из данного материала. Например, в емкостях 16, 17 и 18 могут находиться аргон, азот и водород, как это показано на чертеже. В этом случае в вакуумируемом контейнере 3 может быть создана, например, атмосфера аргона с добавками азота и водорода, что позволит уменьшить парциальное давление кислорода и паров воды, присутствующих в смеси газов в виде примесей, и снизить вероятность окисления при высокой температуре подготовленных под пайку поверхностей паяемого изделия 9. Это повысит растекаемость припоя и улучшит качество паяных соединений. После окончания процесса пайки может быть резко увеличена концентрация азота в газовой смеси и прекращена подача аргона. Поскольку постоянство избыточного давления газовой смеси внутри вакуумируемого контейнера 3 обеспечивается с помощью клапана 27, настраиваемого на заданное давление, то увеличение расхода азота и выпуск смеси через клапан 27 обеспечивает возможность увеличения скорости охлаждения изделия 9 после пайки. Применительно к некоторым материалам изделия 9 это также повысит качество соединения.

Вместо азота и водорода могут быть применены и другие газы, например треххлористый бор BF 3 , фторборат калия KBF 4 и др., концентрации которых в газовой смеси выбирают в зависимости от паяемого материала и применяемого припоя. Все это улучшает качество паяных соединений и повышает их работоспособность.

Подаваемая в контейнер 3 газовая смесь смешивается с остатками воздуха после вакуумирования, в нее добавляются загрязнения воздухом, проникающим через уплотнения, а также воздухом и парами воды, адсорбированными на стенках контейнеров 3 и 6. Эти загрязнения атмосферы, содержащие кислород (O 2 , CO 2 , H 2 O), частично поглощаются, омывая материал-геттер 12, расположенный в вакуумируемом контейнере 3, а также проникая через каналы между частицами материала-геттера 8, засыпанного в канавку 7 на площадке 5. Кроме того, при нагреве в процессе пайки испаряется активный материал 11, находящийся в открытой емкости 10, установленной в полости вакуумируемого контейнера 3. В качестве активного материала 11 может быть применен, например, магний или другой металл, испаряющийся в процессе нагрева под пайку и обладающий более высоким сродством к кислороду, чем материал паяемого изделия 9 и компоненты используемого в данном случае припоя. Пары активного материала 11 поглощают кислород из атмосферы контейнера 3.

Все это приводит к тому, что атмосфера в дополнительном контейнере 6, окружающая паяемое изделие 9, очищается от примесей, содержащих кислород в большей степени, чем в устройстве по прототипу, что улучшает качество и работоспособность паяных соединений.

Расположенный внутри дополнительного контейнера 6 в непосредственной близости от паяемого изделия 9 в открытой емкости 25 материал-катализатор 26 при нагреве в процессе пайки испаряется, и его пары активируют поверхность паяемого изделия, существенно улучшая растекаемость припоя по поверхности паяемого изделия 9. В качестве материала-катализатора 26 может быть использован, например, свинец. Экспериментальная проверка подтвердила эффективность применения свинца в качестве материала-катализатора процесса растекания использованного в качестве припоя технического алюминия и силумина при пайке изделий из сплавов титана.

Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении работоспособности паяных соединений. Устройство может быть изготовлено и использовано с применением известных в технике устройств, деталей и материалов. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.

Формула изобретения

1. Устройство для пайки изделий в контролируемой атмосфере, содержащее нагревательную печь и расположенный в ней вакуумируемый контейнер, содержащий геттер, соединенные с печью и с вакуумируемым контейнером систему вакуумирования и систему подачи защитного газа, отличающееся тем, что внутри вакуумируемого контейнера расположен дополнительный контейнер для паяемого изделия, выполненный в виде полой прямоугольной коробки или цилиндра с открытым торцом, на днище вакуумируемого контейнера установлена площадка в виде пластины толщиной 5 20 мм, форма которой идентична форме открытого торца дополнительного контейнера, при этом ширина и длина площадки не менее чем на 50 мм превышают ширину и длину открытого торца дополнительного контейнера, по периметру площадки выполнена замкнутая канавка шириной 10 30 мм, причем площадь части площадки, ограниченная продольными осями канавки, равна площади открытого торца дополнительного контейнера, в канавку засыпан измельченный материал - геттер, а дополнительный контейнер установлен на площадку так, чтобы кромки стенок его открытого торца входили внутрь канавки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канавка в площадке имеет прямоугольную или корытообразную форму поперечного сечения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система подачи защитного газа снабжена несколькими каналами с возможностью их поочередного или одновременного подключения к вакуумируемому контейнеру, причем каналы соединены с емкостями, содержащими различные инертные или активные газы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вакуумируемом контейнере размещена открытая емкость с испаряющимся при температуре пайки активным материалом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в дополнительном контейнере размещена открытая емкость с испаряющимся при нагреве под пайку материалом - катализатором процесса растекаемости припоя по поверхности паяемого изделия.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумируемый контейнер снабжен клапаном для поддержания заданной величины избыточного давления газовой смеси.

РИСУНКИ