Способ контроля процесса пайки Советский патент 1992 года по МПК B23K1/00 

Изобретение относится к области пайки, преимущественно печной, телескопических соединений преимущественно в печах и может быть использовано при создании переходников труб разного диаметра и труб с внутренним покрытием.

Известен способ определения момента окончания нагрева при пайке по состоянию припоя в зоне шва, включающий установку контактного датчика на припой, перемещение которого, вызванное размягчением припоя, принимают за сигнал окончания нагрева 1. Существенными недостатками этого способа являются невозможность установки контактного датчика в ряде конструкций паяных соединений, в т.ч. и телескопических, а также возможность появления перемещения припоя до размягчения от нагрева при пайке из-за неравномерного прогрева изделия сложной формы, приводящего к значительным термодеформациям в зоне пайки и, как следствие, к перемещению контактного датчика без плавления припоя. Это в значительной мере снижает достоверность контроля.

Известен способ определения начала процесса пайки по состоянию припоя, состоящий в том, что момент расплавления припоя определяют по изменению интегрального коэффициента излучения матери со о

(

ала припоя 2. Данный способ позволяет избежать механической связи с припоем в паяемом изделии и осуществлять контроль за процессом на расстоянии. Однако существенным недостатком этого способа является затруднительность применения при печной пайке, когда в печи присутствуют нагревательные части, интегральный коэффициент излучения материала которых значи- тельно превышает .интегральный коэффициент излучения материала припоя, что значительно затрудняет определение последнего. Это ведет к снижению производительности процесса пайки, так как увеличивается время на проведение измерений. В случае расположения припоя в замкнутом объеме паяемого узла этот способ практически неприменим, так как отсутствуют откры- тые участки поверхности припоя, коэффициент излучения которых можно измерить.

Применяется также способ контроля процесса пайки, по которому измеряется температура паяемого изделия одновременно с электрическими характеристиками при пропускании по изделию электрического тока 3. Однако данный способ предполагает измерение по крайней мере двух параметров объекта (температуры и падения напряжения или сопротивления зоны пропускания электрического тока), что при повышенной производительности процесса пайки снижает достоверность и наоборот,

Наиболее близким по сути к данному техническому решению и наиболее широко используемым способом контроля процесса пайки является способ, по которому контроль осуществляют по температуре паяемого изделия, фиксируемой с помощью термопары 4. По данному способу термопару устанавливают на поверхности паяемого изделия по касательной схеме (с касанием паяемого изделия термопарным спаем). Применение схемы установки термопары с зэчеканиаанием ее в паяемое из- делие на производстве ограничено, так как в этом случае удаление термопары после пайки может привести к повреждению изделия или выполнение зачеканивающего отверстия в изделии недопустимо. По касательной схеме термопара фиксирует температуру точки касания термопаркого спая, по которой судят о характере протекания процесса пайки. Данный способ прост в осуществлении, не требует сложной аппаратуры, применим при различных конструкциях паяемого изделия и различных способах пайки. Однако он обладает рядом

существенных недостатков, При контроле процесса пайки по температуре паяемого узла необходимо знать не температуру поверхности паяемого изделия, а температуру

зоны пайки, так как процесс пайки должен быть закончен по достижении в этой зоне температуры не ниже температуры солиду- са припоя. 8 то же время термопара в изве- сгном способе дает значения только

0 температуры поверхности изделия. Чтобы исключить указанный недостаток в известном способе контроля процесса пайки используют выдержку изделия в печи по достижении температуры, измеренной с помощью поверхностной термопары темпера5 туры плавления припоя, с целью прогрева изделия до зоны пайки за счет теплопроводности. В связи с тем, что заранее точное значение времени выдержки изделия при температуре пайки неизвестно, данное время обычно завышают для повышения на0 дежности достижения зоны пайки температуры пайки. Это приводит к повышению времени пайки, снижению производительности пайки и качества паяемого изделия, так как завышение времени выдер5 жки сверх необходимого может привести к перегреву припоя, его вытеканию из паяльного зазора и образованию непропаев в шве. Это ведет к снижению достоверности данного способа контроля процесса пайки.

0 Снижение достоверности контроля по данному способу может быть вызвано еще и тем, что в процессе пайки в печи часто происходит изменение мощности источника нагрева, приводящее к резкому изменению

5 температуры поверхности паяемого изделия, в то время как температура зоны пайки остается неизменной из-за большой инерционности процесса теплопередачи. В конечном итоге это приводит к

0 необоснованному регулированию мощности источника нагрева при отсутствии необходимости регулирования, что также снижает производительность и качество пайки,5

Целью изобретения является повышение качества паяного соединения и произ- подительности процесса пайки за счет повышения достоверности контроля.

0 Цель достигается за счет того, что на внешней поверхности охватывающей детали устанавливают теплоизолирующее покрытие в виде круга с радиусом, составляющим 2/3 толщины охватывающей

5 детали, на расстоянии центра покрытия от зоны пайки не менее двух толщин охватывающей детали, а термопару размещают в центре теплоизолирующего покрытия.

Целью такой установки термопары является получение у поверхности охватывающей детали под теплоизолирующим покрытием градиентатемпературы по радиусу покрытия равным градиенту температуры по толщине охватывающей детали, что позволяет измерять касательной термопарой на поверхности паяемого изделия температуру, равную температуре зоны пайки. Этого удается достичь за счет того, что под теплоизолирующим покрытием, как и по толщине охватывающей детали, распространение тепла происходит только за счет теплопроводности самой охватывающей детали.

На фиг.1 представлена схема установки термопары с изолирующим покрытием на поверхности охватывающей детали паяемого узла; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - схема распределения температуры по толщине охватывающей детали с помощью изотерм; на фиг.4 изображено сечение В-В на фиг.З.

Способ контроля процесса пайки осуществляется следующим образом. Паяемый узел, состоящий из охватывающей детали 1 и охватываемой детали 2 с размещенной на ней закладкой 3 припоя в виде проволочного или прессованного кольца, собирают с образованием телескопического соединения деталей 1 и 2. На поверхность охватывающей детали 1 устанавливают термопару 4 по касательной схеме в точке, лежащей от зоны закладки припоя, а значит, и зоны пайки на расстоянии не менее 2 д параллельно оси узла, где д - толщина охватывающей детали 1. После этого на поверхность детали 1 наносят теплоизолирующее покрытие 5 в виде круга с центром в точке установки термопары 4 и радиусом, равным 2/3 д. Собранный таким образом узел помещают в печь в вертикальном положении (на фигурах повернуто) и производят нагрев узла. В процессе нагрева измеряют термоЭДС термопары 4, по которому судят о температуре в точке установки термопары. Так как теплоизолирующее покрытие искажает температурное поле в точке установки термопары за счет исключения всех видов теплообмена, кроме теплопередачи, по детали 1, то поверхность детали по радиусу покрытия нагревается так же, как и по толщине детали 1. В этом случае термопара измеряет температуру не внешней поверхности детали 1, а тем- пературу внутренней поверхности охватывающей детали 1, т.е. температуру места закладки 3 припоя или зоны пайки. По достижении температурой, измеренной термопарой 4, температуры плавления припоя процесс нагрева прекращается, печь выключают и производят охлаждение паяемого узла.

Из расчетов и экспериментальной проверки на натурном образце установлено, что в случае выполнения покрытия радиусом более 2/3 д температура поверхности охватывающей детали в месте установки термопары ниже температуры места пайки. При

выполнении теплоизолирующего покрытия радиусом менее 2/3 д температура поверхности охватывающей детали в месте установки термопары выше температуры зоны пайки в любой момент времени нагрева.

При размещении термопары на поверхности охватывающей детали вместе с теплоизолирующим покрытием ближе чем 2 д от зоны пайки происходит искажение температуры в зоне пайки из-за влияния теплоизолирующего покрытия на температурное поле в зоне пайки.

Пример использования способа контроля процесса пайки.

Муфту из стали 10 диаметром 100 мм и

толщиной стенки 6 мм спаивали с втулкой из той же стали диаметром 88 мм и толщиной стенки 5 мм. Для пайки использовали припой ПСр 72. В качестве нагревателя использовали печь СНЗ-4.82,5/12-М1 с наполнением ее аргоном. Перед пайкой на поверхность муфты на расстоянии 12 мм от места пайки устанавливали хромель-алюме- левую термопару. Вокруг термопары в месте ее установки на поверхность муфты наносили теплоизолирующее покрытие из асбеста в виде круга радиусом 4 мм с центром в точке установки термопары. Собранный узел помещали в печь с размещением

оси паяемого узла вертикально. В процессе нагрева измеряли температуру точки поверхности муфты в месте расположения термопары. По достижении данной температурой температуры плавления припоя 780°С нагрев прекращали и-производили остывание паяемого узла в печи. В результате было получено соединение с равномерным расплавлением припоя в паяном шве, без вытекания припоя из паяльного зазора и без пор.

Данный способ контроля позволяет повысить выход годных паяных соединений и их качество за счет более точного определения момента окончания нагрева паяемого

изделия, производительность процесса пайки за счет снижения времени на проведение пайки и понизить расход энергии на проведение пайки за счет исключения перегрева изделия.

Формула изобретения Способ контроля процесса пайки телескопических соединений преимущественно в печах, включающий измерение температуры поверхности паяемого узла с помощью термопары, отличающийся тем, что, с целью повышения качества паяного соединения и производительности процесса пайки за счет повышения достоверности

контроля температуры, на внешнюю поверхность охватывающей детали устанавливают теплоизолирующее покрытие в виде круга с радиусом, составляющим 2/3 толщины охватывающей детали, на расстоянии центра покрытия от зоны пайки не менее двух толщин охватывающей детали, термопару размещают в центре теплоизолирующего покрытия.

Использование: контроль процесса пайки при соединении труб разного диаметра, а также для получения труб с внутренним покрытием. Сущность изобретения: на внешнюю поверхность охватывающей детали устанавливают теплоизолирующее покрытие в виде круга с радиусом, составляющим 2/3 толщины охватывающей детали, а термопару размещают в центре теплоизолирующего покрытия. Благодаря изменению температурного поля под теплоизолирующим покрытием и вблизи него термопара измеряет температуру, равную температуре пайке, на расстоянии от непосредственного места пайки. 4 ил. (Л

Фиа. Ј

5°d/S. 3

&-&

Риё.4.

Tnobt TV Ts T3 TV 7%