СПОСОБ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК B23K1/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в технологических процессах выполнения сборочных работ.

Известен способ неразъемного соединения деталей, заключающийся в выполнении в предварительно сжатых деталях совмещенных отверстий, в которые вставляются заклепки с последующим формированием на их концах замыкающих головок, примыкающих к наружным поверхностям соединяемых деталей (клепка). См., например, справочник технолога машиностроителя под редакцией А.Г.Косимовой и Р.К.Мещерякова, М.: Машиностроение, 1972 год, том 1, стр.652-653.

Известный способ обеспечивает надежное соединение деталей. Однако он не позволяет реализовывать торцевое соединение плоских деталей. Для реализации неразъемного соединения листовых материалов по торцу необходимо выполнение либо соединения в нахлестку, либо необходимо выполнение на торцах соединяемых деталей специальных технологических элементов. Кроме того, известное решение не позволяет скрыть наличие шва соединения.

Известен способ неразъемного соединения деталей, заключающийся в предварительном нанесении на примыкающие поверхности соединяемых деталей клеевых составов с последующим прижатием их друг к другу и поддержанием давления сжатия в течение времени отвердения клеевого состава (склеивание). См., например, справочник технолога машиностроителя под редакцией А.Г.Косимовой и Р.К.Мещерякова, М.: Машиностроение, 1972 год, том 1, стр.654-655. Данный способ, аналогично способу, описанному выше, позволяет соединять детали только по плоскостям (узлы из листового материала - внахлестку с одной или двумя накладками).

Известен способ соединения деталей, заключающийся в местном сплавлении поверхностей соединяемых деталей (сварка). См., например, http://www/krugosvet.ru/arlicles/14/1001473/14001473al.httm. Данный способ позволяет выполнять неразъемные соединения по любым примыкающим поверхностям. Однако в процессе плавления в примыкающих друг к другу областях соединяемых деталей изменяется структура материала, что оказывает влияние на изменение его физико-механических свойств. Частично этот недостаток устраняется путем использования различных методов защиты зоны соединения, например, сварка под флюсом (см. источник в Интернет, указанный выше). Использование различных методов защиты удается получать надежные соединения по прочности, не уступающие характеристикам основного материала. Вместе с тем, при соединении известным способом возникают трудности с сокрытием шва соединения деталей в оптическом диапазоне, что особенно актуально при соединении прозрачных материалов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ неразъемного соединения деталей, основанный на заполнении пространства между установленными друг относительно друга частями соединяемых поверхностей частицами из припоя, выполненными в виде колец, фольговых прокладок, пасты и флюса с последующим их плавлением и выдержкой в течение процесса охлаждения до отвердения расплавленного материала (пайка). См., например, справочник технолога машиностроителя под редакцией А.Г.Косимовой и Р.К.Мещерякова, М.: Машиностроение, 1972 год, том 1, стр.650-652. Данный способ обеспечивает решение задачи надежного соединения деталей, однако, аналогично сварке не позволяет обеспечить скрытность шва соединения в оптическом диапазоне, особенно при соединении прозрачных материалов.

Целью настоящего изобретения является снижение вероятности проявления шва соединяемых деталей в оптическом диапазоне.

Для достижения заявленной цели в известном способе неразъемного соединения деталей, основанном на заполнении пространства между установленными друг относительно друга частями соединяемых поверхностей частицами из припоя и флюса с последующим их плавлением и выдержкой в течение процесса охлаждения до отвердения расплавленного материала, в качестве припоя используются наночастицы;

спектр используемых частиц включает частицы всего нанодиапазона от 10³ нм и менее;

процесс соединения деталей предваряют обработкой частей соединяемых поверхностей до степени шероховатости поверхности не более 10³ нм, а спектр используемых наночастиц выбирают подобным спектру шероховатости соединяемых поверхностей;

заполнение пространства наночастицами осуществляется в процессе их производства путем осаждения частиц на предварительно электрически заряженные части соединяемых поверхностей каждой из деталей до начала процесса установки поверхностей друг относительно друга.

Сущность заявляемого способа следующая.

Как известно, температура плавления наночастиц ниже температуры плавления материала в «массе». В экспериментальных исследованиях, проведенных авторами предлагаемого изобретения, температура плавления наночастиц стекла доходила до температуры ниже температуры плавления стекла, в зависимости от спектра наночастиц, более чем на 50°. Таким образом, используя наночастицы в качестве припоя для соединения деталей, можно использовать широкий спектр материалов, начиная от материала соединяемых деталей до материалов, физико-механические характеристики которых, в частности их оптические свойства, аналогичны материалу соединяемых деталей.

Для создания неразъемного соединения подлежащие соединению детали устанавливаются в специальном приспособлении и фиксируются друг относительно друга с точностью, определяемой технологическими требованиями к собранному изделию. Далее пространство между соединяемыми деталями, аналогично, как и в процессе пайки, заполняется наночастицами припоя с флюсом и разогревается до температуры плавления наночастиц припоя. Использование частиц всего спектра диапазона от 10³ нм и менее позволяет обеспечить более плотную упаковку наночастиц и их более плотное прилегание друг к другу и, как следствие, более прочное их спекание. Выполнение предварительной обработки частей соединяемых поверхностей до степени шероховатости поверхности не более 10³ нм и согласование спектра наночастиц припоя со спектром шероховатости обеспечивает более плотное прилегание и, как следствие, спекание частиц припоя с поверхностями соединяемых деталей.

Для упрощения технологического процесса хранения, транспортировки и укладки наночастиц в пространство между соединяемыми деталями в предлагаемом способе предусмотрен вариант заполнения пространства наночастицами в процессе их производства. Кроме того, путем заряжания соединяемых поверхностей электрическими зарядами обеспечивается притягивание и прилипание к ним наночастиц. Это позволит избежать распыления наночастиц в окружающее пространство и сократить затраты на весь цикл технологического процесса.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным обладает новыми отличительными признаками и в совокупности с известными позволяет решать задачу снижения вероятности проявления шва соединяемых деталей в оптическом диапазоне.

Изобретение может быть использовано при соединении, преимущественно, прозрачных деталей. Между установленными друг относительного друга соединяемыми поверхностями деталей вводят частицы припоя и флюса. Осуществляют пайку путем нагрева до температуры плавления частиц и выдержки в течение процесса охлаждения до отвердения расплавленного материала. Используют припой в виде наночастиц всего нанодиапазона от 10³ нм и менее. Соединяемые поверхности предварительно обрабатывают до степени шероховатости не более 10³ нм. Спектр используемых частиц выбирают подобным спектру шероховатости соединяемых поверхностей деталей. Введение частиц припоя между соединяемыми поверхностями деталей осуществляют путем осаждения наночастиц припоя на предварительно электрически заряженные поверхности каждой из деталей. Способ обеспечивает скрытность шва в оптическом диапазоне при надежном соединении деталей из прозрачных материалов. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ неразъемного соединения деталей, включающий введение между установленными относительного друг друга соединяемыми поверхностями деталей частиц припоя и флюса, нагрев до температуры плавления частиц и выдержку в течение процесса охлаждения до отвердения расплавленного материала, отличающийся тем, что используют припой в виде наночастиц, при этом соединяемые поверхности предварительно обрабатывают до степени шероховатости не более 10³ нм.2. Способ соединения деталей по п.1, отличающийся тем, что используют частицы припоя всего нанодиапазона от 10³ нм и менее.3. Способ соединения деталей по п.1, отличающийся тем, что спектр используемых частиц выбирают подобным спектру шероховатости соединяемых поверхностей деталей.4. Способ соединения деталей по п.1, отличающийся тем, что введение частиц припоя между соединяемыми поверхностями деталей осуществляют путем осаждения наночастиц припоя на предварительно электрически заряженные поверхности каждой из деталей.