Устройство для пайки магнитоуправляемой дугой в вакууме Советский патент 1987 года по МПК B23K9/16 B23K3/04 

10

Изобретение относится к устройствам для обработки магнитоуправляемой дугой, в частности к устройствам магнитного управления дугой для осуществления локального нагрева зоны пай- е ки при получении неразъемного соединения, преимущественно используемого для упрочнения и восстановления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и установок.

Цель изобретения - повышение равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А.

На чертеже изображено устройство, разрез.

Устройство для пайки магнитоуправляемой дугой в вакууме содержит горелку 1 с полым неплавящимся катодом 2 и установленную на горелке 1 электромагнитную систему 3. Электромагнитная, система 3 содержит водоохлажt5

20

кулярных плоскостях, линией пересечения которых является центральная ось горелки 1, позволяет с помощью двух пар полюсных наконечников создавать два поперечных взаимно перпендикулярных скрещенных магнитных поля. Пара, катушек 8 управления,предназначенных для создания поперечного магнитного поля, надеты на стержни 5 магнитопро- вода и соединена между собой последовательно с суммированием магнитных потоков. Вторая пара катушек управления установлена таким же образом на другом магнитопроводе. Для обеспечения независимого управления двумя взаимно перпендикулярными поперечны - ми полями магнитопроводы электрически и магнитно изолированы один от другого. Стержни 5 магнитопровода и перекладина 6 выполнены из магнито- мягкого материала, а соединение их между собой без зазоров приводит к уменьшению магнитного сопротивления

30

магнитопровода и способствует эффек- даемую рубашку 4 кольцевой формы, два 5 тивной передаче магнитного потока по- П-образных магнитопровода, каждый из них имеет два параллельных стержня 5, к верхним концам которых прикреплена перекладина 6 с помощью двух гаек 7, а нижние концы, являющиеся полюсными наконечниками, ниже выходного торца полого катода 2 отогнуты в : направлении к центральной оси горелки и под прямым углом к ней, а также катушки 8 управления, надетые на стержни 5 магнитопроводов и опирающиеся на водоохлаждаемую рубашку 4, и электромагнитную катушку 9, установленную на горелке 1 внутри П-образных магнитопроводов. Электромагнитная катушка 9 помещена в ферромагнитный кожух 10, выполненный с коль- цевьм отверстием,, через которое выступает часть электромагнитной катушки 9, которая расположена относительно рабочего торца горелки со ступенчатым кольцевым зазором.

люсными наконечниками в зону дуги.

Помещение электромагнитной катушки 9 в ферромагнитный кожух 10 исключает влияние ее магнитного-поля рассеяния на магнитные потоки катушек 8 управления, а подбор ширины кольцевого отверстия в кожухе 10 дает возможность создавать аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, действуог ющее наиболее эффективно на столб дуги в прикатодной области. При этом величины продольной и поперечной составляющих поля на уровне воздействия поперечных магнитных полей сведены к

4Q минимуму, что практически не приводит к искажению формы и симметричности распределения их относительно центральной оси горелки 1.

45

Устройство работает следующим образом.

В вакуумной камере создают разрежение порядка (1-1-10 )Па. При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на. электромагнитную катушку 9 подают постоянный ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, которое, воздействуя, в основном, на п рикатодную область столба дуги, сжимает его. При этом диаметр дуги на уровне воздействия поперечных магнитных полей становится соизмеримым с диаметром полюсных наМежду перекладиной 6 и электромагнитной катушкой 9 вставлена распорная втулка 11 для предотвращения ее перемещения по высоте горелки 1. Перекладина 1 2 другого П-рбразного магнитопровода опирается на изолирующую втулку 13, предназначенную для крепления электромагнитной системы 3 с помощью фиксирующего винта 14 к горелке 1.

Расположение двух П-образных магнитопроводов в двух взаимно перпенди

кулярных плоскостях, линией пересечения которых является центральная ось горелки 1, позволяет с помощью двух пар полюсных наконечников создавать два поперечных взаимно перпендикулярных скрещенных магнитных поля. Пара, катушек 8 управления,предназначенных для создания поперечного магнитного поля, надеты на стержни 5 магнитопро- вода и соединена между собой последовательно с суммированием магнитных потоков. Вторая пара катушек управления установлена таким же образом на другом магнитопроводе. Для обеспечения независимого управления двумя взаимно перпендикулярными поперечны - ми полями магнитопроводы электрически и магнитно изолированы один от другого. Стержни 5 магнитопровода и перекладина 6 выполнены из магнито- мягкого материала, а соединение их между собой без зазоров приводит к уменьшению магнитного сопротивления

магнитопровода и способствует эффек- тивной передаче магнитного потока по-

люсными наконечниками в зону дуги.

Помещение электромагнитной катушки 9 в ферромагнитный кожух 10 исключает влияние ее магнитного-поля рассеяния на магнитные потоки катушек 8 управления, а подбор ширины кольцевого отверстия в кожухе 10 дает возможность создавать аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, действующее наиболее эффективно на столб дуги в прикатодной области. При этом величины продольной и поперечной составляющих поля на уровне воздействия поперечных магнитных полей сведены к

минимуму, что практически не приводит к искажению формы и симметричности распределения их относительно центральной оси горелки 1.

магнитопровода и способствует эффек- 5 тивной передаче магнитного потока по-

45

Устройство работает следующим образом.

магнитопровода и способствует эффек- тивной передаче магнитного потока по-

В вакуумной камере создают разрежение порядка (1-1-10 )Па. При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на. электромагнитную катушку 9 подают постоянный ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, которое, воздействуя, в основном, на п рикатодную область столба дуги, сжимает его. При этом диаметр дуги на уровне воздействия поперечных магнитных полей становится соизмеримым с диаметром полюсных наконечникоВо Затем на катушки 8 управления подают токи управления. Протекание тока по обмоткам катушек 8 управления создает магнитный поток в стержнях 5 и перекладине 6 магнито- провода, который замыкается между по- люсными наконечниками, расположеннь ми ниже выходного торца полого катода 2. Взаимодействие поперечного магнитного поля с дугой вызывает ее откло- JO делению поперечных магнитных полей, нение от оси горелки 1. Отклонение столба дуги происходит под действием электромагнитной силы, перпендикулярной плоскости, в которой лежат вектор

Увеличивается также влияние аксиально-симметричного поля на активную зону дуги, расположенную в полости катода на токах разряда 20-50 А, как

дрейфового тока, т.е. потока электро-f5 правило, в глубине катода на 0,4-0,5

нов, и вектор поперечного магнитного поля. Питание катушек 8 управления разнополярными импульсами тока обусловливает колебания столба дуги в противоположные стороны Одновремен- 20 ная подача разнополярных импульсов тока на катушки 8 управления двух П- образных магнитопроводов позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба дугИо Амплитуда откло-25 плоскости, существенно увеличивается нения столба дуги регулируется изменением величины тока, питающего катушки 8 управления, а частота с1сани- рования - изменением частоты следовапродольная составляющая аксиально- симметричного магнитного поля катушки в зоне воздействия на дугу поперечных магнитных полей. Это приводит к несимметричному перераспределению их относительно оси горелки и соответственно к уменьшению эффективности управления технологическими характеристиками дуги. Радиальная составляющая аксиально-симметричного магнитного поля в прикатодной области столба дуги в этих случаях наоборот существенно уменьшается, что приводит К слабому обжатию столба, а значит,- и к снижению эффективности управления его поперечными магнитными полями, так как диаметр столба в области их воздействия сохраняется большим, чем диаметры полюсных наконечников.

НИЛ импульсов.

Опытная проверка показала, что предлагаемое устройство обладает лучшими рабочими характеристиками при сканировании столба, дуги в диффузной форме, когда электромагнитная катушка, помещенная в ферромагнитный кожух с кольцевым зазором, создает аксиально-симметричное относительно оси горелки неоднородное магнитное поле с магнитодвижущейся силой 150- 200 А/витков, При этом катушка вместе с кожухом имеет высоту не более длины полого катода, т.е. 30-35 мм, при .внутреннем диаметре 25-30 мм и среднем ее диаметре 40-45 мм, а нижняя плоскость кожуха расположена на одном уровне с выходным торцом полого катода. Толщина стенки кожуха 1,5-2,0 мм. Для формирования -оптимальной формы аксиально-симметричного неоднородного магнитного поля кольцевой зазор располагают в месте пересечения внутренней боковой поверхности кожуха и его нижней плоскости. Меньший диаметр кольцевого зазора равен 0,2-0,3 высо- ты кожуха, а больший диаметр равен 0,5-0,6 разности между средним и внутренним диаметром . Обоснованно это тем, что при кольцевом зазоре с

меньшим диаметром, большим 0,3 высоты кожуха, и большим диаметром, равным 0,6 разности между средним и внутренним диаметрами по нижней плоскости кожуха, существенно увеличивается поле рассеяния электромагнитной катушки, особенно в радиальном направлении, что приводит к несимметричному относительно оси горелки перераспределению поперечных магнитных полей,

Увеличивается также влияние аксиально-симметричного поля на активную зону дуги, расположенную в полости катода на токах разряда 20-50 А, как

его длины, что нежелательно с точки зрения технологии пайки, так как при этом существенно ухудшаются рабочие характеристики дуги. При меньшем диаметре кольцевого зазора, меньшем 0,2 высоты внутренней боковой поверхности кожуха, и большем диаметре, равном 0,5 разности между средним и внутренним диаметрами по его нижней

5 плоскости, существенно увеличивается

5

0

0

5

продольная составляющая аксиально- симметричного магнитного поля катушки в зоне воздействия на дугу поперечных магнитных полей. Это приводит к несимметричному перераспределению их относительно оси горелки и соответственно к уменьшению эффективности управления технологическими характеристиками дуги. Радиальная составляющая аксиально-симметричного магнитного поля в прикатодной области столба дуги в этих случаях наоборот существенно уменьшается, что приводит К слабому обжатию столба, а значит,- и к снижению эффективности управления его поперечными магнитными полями, так как диаметр столба в области их воздействия сохраняется большим, чем диаметры полюсных наконечников.

Полюсные наконечники из конструктивных соображений выполняют, как правило, из круглого прутка диаметром 8-10 мм. Величину зазора между парой полюсных наконечников во избежании интенсивного их нагрева от дуги устанавливают равной 20-25 мм. Расстояние в просвете между нижней плоскостью кожуха и полюсными наконечниками устанавливают равным 12-16 мм. При этих соотношениях размеров аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле практически не вносит изменений в распределние поперечных полей, создаваемых двумя взаимно перпендикулярно расположенными парами магнитных полюсов.

Экспериментальные исследования показали, что для создания зоны

нагрева дуги на токах 20-50 А площадью 1,0-5,0 см любой по конфигурации с равномерным распределением по ней удельного теплового потока дуги достаточно в зазоре между парой полюсных наконечников иметь магнитное поле порядка (2-5) 10 Тл, создаваемое двумя катушками управления с суммарной магнитодвижущей силой 60 - 100 А-витков. При этом расстояние в просвете между полюсными наконечника ми и анодом-изделием устанавливают равным 25-40 мм.

Конструкция устройства позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба диффузного дугового разряда с полым катодом в вакууме на токах 20-50 А,а следовательно, получать зону нагрева любой конфигурации с требуемым распределением удельного теплового потока в ней, что значительно расширяет технологические возможности дуговой пайки в вакууме. Применение устройства дает возможность одновременным воздействием на столб дуги в диффузной форме аксиально-симметричным неоднородным и двумя поперечными магнитньми полям управлять распределением удельного теплового потока по длине паяного соединения и за счет этого при минимальном тепловложении дуги получать требуемое температурное поле в зоне

Редактор С. Патрушева Заказ 2458/10

Составитель Г„ Квартальнова Техред В.Кадар

Тираж 975 ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

а- ff

1318358-6

пайки, что приводит к значительному расширению номенклатуры рабочих лопаток, контактные поверхности которых можно упрочнять или восстанавливать дуговой пайкой в вакууме, а также к повышению производительности процесса пайки и качества паяных соединений

ff

JO Формула изобретен.и я

f

О

Устройство для пайки магнитоуправ- ляемой дугой в вакууме, содержащее горелку с полым неплавящимся катодом и установленную на ней эле ктромагнит- ную систему, выполненную с двумя П- образными магнитопроводами полюсные наконечники которых загнуты под прямым углом в направлении к оси горелки и расположенными в зоне рабочего торца горелки, и с обмотками управления, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности . прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А, оно дополнительно снабжено электромагнитной катушкой, размещенной в ферромагнитном кожухе с кольцевым отверстием и установленной внутри П-об- разного магнитопровода, а выступающая из кольцевого отверстия кожуха часть электромагнитной катушки расположена относительно рабочего торца горелки со ступенчатым кольцевым зазором,,

0

5

5

Корректор В. Бутяга Подписное

Изобретение относится к устройствам для обработки магнитоуправляе- мой дугой, в частности к устройствам магнитного управления дугой для осуществления локального нагрева зоны Воао пайки при получении неразъемного сет единения, преимущественно используемого для упрочнения и восстановления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и установок. Цель изобретения- повышение равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А. При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на электромагнитную катушку 9 подают постоянный ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неодно-, родное магнитное поле, которое, воздействуя в основном на прикатодную . область столба дуги, сжимает его. Конструкция устройства позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба диффузионного дугового разряда с полым катодом в вакууме на токах 20-50 А и получать зону нагрева любой конфигурации с требуемым распределением удельного теплового потока в ней, 1 ил. . I сл :о :л эо