УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ СВЧ НАГРЕВОМ Российский патент 2020 года по МПК B23K1/08 B23K3/04 

Область техники

Данное техническое решение относится к электротехнике, в частности к электрическому нагреву магнитным полем, с использованием СВЧ. Область применения - технологические операции по пайке деталей сложно-комбинированных изделий из металла и керамики, выполнение без дефектов паяных соединений, работающих в тяжелых условиях импульсного возрастания температуры, агрессивных сред, динамических нагрузок и т.д.

Предшествующий уровень техники

Известен способ, на который получен патент РФ №2511722 «Способ пайки изделий из стали, меди и медных сплавов серебросодержащими припоями», МПК: В23К 1/008, В23К 1/19, В23К 103/18; приоритет от 12.02.2013 г, опубликовано 10.04.2014 г; авторы Лопатина Е.С., Симунова С.С., Трегубов В.А., Баталова Е.И.

Устройство для пайки содержит вакуумную печь, форвакуумный насос, изделие.

Недостатком данного устройства является применение дополнительного оборудования в виде форвакуумных насосов, что обуславливается дополнительными затратами при изготовлении деталей, что в свою очередь также усложняет технологию пайки и требует наличие дополнительных контрольных операций. Предварительный нагрев собранных изделий под пайку в вакууме 1×10^-2 - 2×10^-3 мм рт. ст.

В качестве прототипа был выбран патент Японии №JP2001058259 «Пайка, способ и устройство для пайки»; МПК: В23K-001/00, В23K-001/008, В23K-031/02, В23K-101/40, H01L-021/60, Н05K-003/34, приоритет 19.06.2000 г, опубликовано 06.03.2001 г, автор: SEIKI SHINKO.

Устройство для пайки содержит вакуумную камеру печи, образец, опорный стол, нагреватель, вакуумный насос, устройство для подачи в камеру водорода, генератор СВЧ.

Недостатком данного устройства является увеличение времени процесса пайки, что связано с использованием вакуумной системы и водородной газовой средой. Высокая сложность процесса пайки, связанная с применением атмосферы газовой среды водорода, усложняет технологию изготовления деталей, увеличивает количество контрольных операций, которые заключаются в измерении объема газа в фиксированном диапазоне непосредственно на всем протяжении процесса пайки.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение времени процесса пайки, упрощение конструкции.

Технический результат заключается в отсутствие контрольных операций по подаче газа в рабочую камеру печи, расширение условий использования нагревателя в различных защитных средах, а так же в воздушной атмосфере. Это позволяет решить задачу сокращения временного интервала управления процессом пайки, экономии затрат на энергию, упрощения конструкции.

Технический результат достигается тем, что устройство для пайки СВЧ нагревом, включающее камеру в печи, нагреватель, генератор СВЧ, согласно изобретению, снабжено теплоизоляционным боксом, внутри которого на боковой поверхности расположен нагреватель, выполненный в виде теплоотдающего слоя, кварцевый трубопровод, соединенный с кварцевым колпаком, с возможностью подачи в колпак инертного газа, и регулятор давления подаваемого газа.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - отсутствие контрольных операций по подаче газа в рабочую камеру печи, расширение условий использования нагревателя в различных защитных средах, а так же в воздушной атмосфере. Это позволяет решить задачу сокращение временного интервала управления процессом пайки, экономию затрат на энергию благодаря более высокому КПД СВЧ устройства, упрощения конструкции.

Достигаемый результат, обеспечивается не только наличием известных отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого устройства. Это позволяет устройству расширить свои функциональные возможности и обеспечить решение задачи сокращения времени процесса пайки, упрощения конструкции.

Расширенная функция, обеспечиваемая известными отличительными признаками, и получение неожиданного результата от использования этих признаков в совокупности с другими признаками, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Краткое описание фигур чертежа

На фиг. показан внешний вид устройства для пайки СВЧ нагревом.

Варианты осуществления изобретения

Как показано на фиг. СВЧ установка состоит из теплоизоляционного бокса 1, выполненного из теплоизоляционного материала. Теплоизоляционный бокс 1 состоит из основания 2 и крышки 3. Внутри крышки 3 установлен нагреватель 4. Нагреватель 4 выполнен в виде теплоотдающего слоя, состоящего из материалов, которые способны проводить преобразование тепловой энергии. Элементный состав из Si, Al, Na, K, С, В, Fe, W, в виде размолотой крупки, смешанной со связующим веществом в виде силикатного стекла наносят на внутреннюю поверхность теплоизоляционного бокса. Этот теплоотдающий слой является нагревателем.

Это позволяет расширить условия использования нагревателя 4 в различных защитных средах, а так же в воздушной атмосфере.

Теплоизоляционный бокс 1 выполнен в форме цилиндра, на внутренней боковой поверхности которого расположен нагреватель 4. Внутри бокса 1 расположена система ввода инертного газа, выполненная в виде кварцевой трубки 5 и кварцевого колпака 6. Нагреватель 4 создает температуру внутри бокса 1 в диапазоне от 100 до 1300°С.

Конструкция устройства значительно упрощена по сравнению с прототипом за счет неиспользования вакуумной системы и отсутствия системы ввода водорода газообразного.

Устройство работает следующим образом. Изделие для пайки 7 устанавливают на основание 2. После установки изделие для пайки 7 накрывают кварцевым колпаком 6 и крышкой 3. Полученную сборную конструкцию СВЧ установки соединяют с кварцевым трубопроводом 5 внутри рабочего пространства резонатора 8. Подают инертный газ от внешнего источника 9 по трубопроводу 10 через регулятор давления подаваемого газа 11 по кварцевой трубке 5 в кварцевый колпак 6. Заполнение внутреннего пространства кварцевого колпака 6 инертным газом обеспечивают непрерывной подачей газа на весь период нагрева и охлаждения процесса пайки.

По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве отсутствует вакуумная система, и используют не водород, а инертный газ - аргон. Это позволяет сократить число контрольных операций по подаче газа в рабочую камеру печи, так как инертный газ - аргон по сравнению с водородом безопасен. Это позволяет решить задачу сокращения временного интервала управления процессом пайки.

Затем включают магнетрон СВЧ печи, который воздействует на нагреватель 4. С излучающей поверхности нагревателя 4, обращенной непосредственно в рабочее пространство бокса 1, излучающая теплота передается на тепловоспринимающее изделие для пайки 7 и поднимает температуру внутри рабочего пространства бокса 1 до температуры плавления припоя в составе изделия для пайки 7.

Кварцевое стекло не может преобразовывать энергию и, тем самым, оно не нагревается. СВЧ волны проникают через него, не ослабевая при этом, без преобразования энергии. Это позволяет использовать кварцевые детали в требуемом диапазоне температур нагрева от 100 до 1300°С.

Были проведены эксперименты по пайке стеклометалических образцов в виде титанового корпуса, коварового штыря и стеклоприпоя, которые были спаяны в камерной печи СГВ 2.4.215 ИЗ и в СВЧ печи Sanyo ЕМС-1900. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

По сравнению с устройствами для пайки камерного типа, устройство для пайки СВЧ нагревом позволяет сократить временной интервал процесса пайки элементов (штырей, капиллярных соединений, и т.д.), экономить затраты на энергию, упростить конструкцию печи.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не были обнаружены аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем существенным признакам данного изобретения. Это подтверждает, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна».

Промышленная применимость

Предложенное изобретение может быть использовано для изготовления паяных изделий для использования их в авиационной, космической технике, в атомной энергетике и т.д. Были проведены испытания предложенного варианта устройства для пайки на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.

Устройство для пайки СВЧ нагревом может быть использовано для изготовления пайкой сложно-комбинированных изделий из металла и керамики. СВЧ установка содержит теплоизоляционный бокс 1, установленный в камере, имеющий основание 2 для размещения на нем паяемого изделия 7 и крышку 3. Кварцевый колпак 6 расположен в упомянутом боксе и накрывает паяемое изделие. На боковой внутренней поверхности теплоизоляционного бокса 1 расположен нагреватель 4, выполненный в виде теплоотдающего слоя, материал которого способен преобразовывать электрическую энергию в тепловую. Кварцевый колпак 6 соединен с внешним источником инертного газа кварцевым трубопроводом 5 с регулятором давления подаваемого в колпак газа. Нагреватель 4 создает температуру внутри бокса 1 в диапазоне от 100 до 1300°С. Устройство обеспечивает отсутствие контрольных операций по подаче газа в рабочую камеру печи, расширение условий использования нагревателя в различных защитных средах и в воздушной атмосфере. 1 ил., 1 табл.

Устройство для пайки СВЧ нагревом, содержащее камеру, нагреватель и генератор СВЧ, отличающееся тем, что оно снабжено теплоизоляционным боксом, установленным в камере и имеющим основание для размещения на нем паяемого изделия, кварцевым колпаком, расположенным в упомянутом боксе и накрывающим паяемое изделие, при этом на боковой внутренней поверхности теплоизоляционного бокса расположен нагреватель, выполненный в виде теплоотдающего слоя, а кварцевый колпак соединен с внешним источником инертного газа кварцевым трубопроводом с регулятором давления подаваемого в колпак газа.