Способ регулирования процесса контактной сварки Советский патент 1980 года по МПК B23K11/24 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ Изобретение относится к контактной сварке металлов на переменном токе и может быть использовано в производстве изделий электронной техники и приборостроении при сварке деталей, требующих соединения с минимальной зоной термического влияния, например, при герметизации интегральных схем шовной контактной сваркой. Известен способ регулирования про цесса контактной сварки, при котором регулирование процесса ведут по величинам контактных сопротивленийCl Известный способ обладает низким быстродействием в обработке возмущмощих воздействий, что является его недостатком. Известен также способ регулироваНИН процесса контактной сварки, осно ванный на применении повышенной част ты, при котором регулирование энерги сварочных импульсов осуществляют путем изменения частоты генератора сва рочных импульсов 2. Однако при реализации этого способа необходимо применение специального генератора сварочных импульсов повышенной частоты.

СВАРКИ Наиболее близок предлагаемому способ регулирования процесса контактной сварки на переменном токе, при котором управляют сварочным током путем изменения углов включения и выключения в каждом полупериоде 3. Недостатком известного способа регулирования является низкая стабильность формируемой энергии сварочных импульсов, что снижает качество сварных соединений. .Цель изобретения - повышение качества сварки. Указанная цель достигается тем, что угол включения корректируют в соответствии с колебаниями напряжения питающей сети, а угол выключения - в зависимости от скорости изменения тока сварки. Качество сварки обуславливается стабильностью сварочного процесса, которая в основном определена стабилизацией энергии, подводимой в зону сварки, а отклонения., возникающие в процессе сварочного цикла, компенсируются коррекцией его длительности по величине скорости измене.ния сварочного тока.

Получение стабильных размеров сварного соединения обусловлено не только стабилизацией энергии, выделяемой между электродами, но и корретировкой ее в зависимости от состояния деталей. Это достигается, вопервых, корректировкой заданного угл включения сети, т. е. сохранением постоянства величины при нестабильном питающем напряжении. Вовторых, автоматическая корректировка предварительно выбранной продолжительности сварочного цикла осуществлется в зависимости от скорости изменния величины сварочного тока, котора (При и const соответствует скорости изменения общего сопротивления в контакте свариваемых деталей, что обуславливается в основном ростом удельного сопротивления металлов свариваемых дета71ей и падением переходного сопротивления при повышении температуры. Однако стабильность изменения общего сопротивления контакта главным образом определяется отклонениями состояния поверхности, химического состава, термобработки и размеров свариваемых деталей,.нестабильностью усилия сжатия электродов и т. п. Поэтому для поддержания- стабильного качества соединения недостаточно вьщел1ения равных порций энергии между электродами при каждом сварочном импульсе, а необходима некоторая коррекция этой энергии. Именно этому условию соответствует такая коррекция длительности сварочного импульса, которая уменьшает его при большей скорости изменения сварочного-тока и наоборот.

Корректировка угла выключения по этой величине, а не по абсолютному значению сварочного тока обеспечивает управление сварочным циклом независимо от начальных значений напряжения на электродах и сопротивления контакта. Такая корректировка, кроме того, обеспечивает автоматическое регулирование по динамическим параметрам контактного сопротивления в пределах одного полупериода,, в то время как начальный режим предварительно устанавливается по статическим параметрам.

Таким образом, способ позволяет управлять процессом контактной свар1ки с продолжительностью менее одногс полупериода питающего напряжения, что характерно для режима сварки с ми|1имальной зоной термического влияния. Общая длительность сварочного импульса tci. равна

to + At

+ At

6ЫКЛ.

вкл.

где .to - предварительно выбранное время сварки при номинальном напряжении сети и сети номим. Для конкретного сварочного процесса, определяемое углами включения о( вкд и выключения . сварочного тока; . коррекция времени включения и выключения сварочного тока;

At-- f /AUcern, , ,

вкл .г,..1

Uceru-HoMMH

-ВЫКЛ. d Г . 8ЫКЛ.

где dl/dt - скорость изменения сваO рочного тока.

Для поддержания постоянства величины энергии может использоваться разомкнутая система автоматического регулирования на тиристос pax с фазовым управлением.

Пример. Проводится прихватка донышка и ободка точечной контактной сваркой при сборке металлостеклянного корпуса с планарным

расположением выводов для микросхем

К401.14-5(Схема-74). Сваривают детали толщиной 0,1 мм + 1,5 ммиз сплава 29 НК(ковар). Сварка проводится с двухсторонним токоподводом на электроды диаметром 1 мм через свариваемые детали.

Усиленная точка формируется импульсами сварочного тока в положительный и отрицательный полупериоды питающего напряжения частотой 50 Гц. Угол

0 включения тока задан равным 70°, а угол выключения - 130° в каждом .полупериоде напряжения, при амплитудном значении тока 700 А,

Коррекция сварочного цикла осуществляется в диапазоне i-5,5°no углу выключения. Диаметр сварной точки равняется 0,6 при среднем усилении на разрыв 4,5 кгс.

Регулирование процесса контактной сварки по предлагаемому способу увеличивает стабильность сварного соединения. Так, при управлении .процессом в десятипроцентный диапазон от среднего усилия на разрыв соединения входит 87% образцов, в то время

5 какбез управления - только 64%.

П р и м е р 2. Проводят герметизацию корпуса К401. 14-5 шовной контактной сваркой. Свариваемые деталикрышка и основание из сплава 29НК

0 с гальваническими покрытиями из никеля (3 мк)и золота (1-2мк). Толщина крышки 0,1 мм. Сварку проводят по схеме с односторонним токоподводом через конические ролики диае метром 12 мм и крышку. Скорость сварки 7,5 мм/с. Усилие сжатия 0,8 кгс.

Сварную точку формируют аналогично случаю с точечной сваркой (пример 1). Угол включения тока задан равным 80, а угол выключения - 130° при

0 амплитудном значении тока 1100 А.

Прочноплотный шов образован сварНЕдми перекрывающимися точками эллипсного типа с большей стороной равной 0,6 мм, чередующимися с

5 паузой длительностью в два периода питающего напряжения. При этом коэф фициент перекрытия точек выбран око ло 40%. Коррекция длительности: сварочного цикла при формировании шва составляет + 1° по углу выключения Определение эффективности деистВИЯ регулирования проводят в процессе герметизации по температуре н грева ободка оснбвания корпуса в зоне стеклоспая между предпоследним и последним выводами микросхемы по ходу сварки. При управлении процессом сварки по предлагаемому способу максимальная температура нагре ва составляет , в то время как при сварке без управления, при той же прочности сварного шва на отрыв, температура нагрева составляет . Температуру измеряют термопарой медь-константан диаметром 0,1 мм + Ю,1 мм. Для получения прочноплотного шва при сварке без управления процессом энерговложение в каждую сварную точ ку в условиях цеха должно быть несколько завышенным для компенсации нестабильности факторов, влияющих на качество сварки (напряжение питающей сети, состояние поверхностей свариваемых деталей и рабочих частей электродов и т. д.). При таком же режиме с управлением процессом сварки угол коррекций принимает отрицательные значения, составляющие около 90%, при формировании сварных точек исследуемого шва, что обеспечивает уменьшение те ловложений при равной прочности сварного соединения. Способ применим как для однополу периодной, так и для многополупериодной сварки, и особенно эффективен при создании швов вблизи термочувст вительных элементов, так как позвол уменьшать зону термического влияния Например, при герметизации полупроводниковых и гибридных микросхем, изделий пьезотехники и т. п. сущес венно повышается процент выхода год- , ных изделий. По сравнению с известными предлагаемый способ регулирования шовной контактной сварки обладает большим быстродействием и за счет автоматической корректировки величины энерговложения в сварную точку позволяет качественно соединять детали, имеющие значительное отклонение по размерам, состоянию поверхности, составу и т. п. Кроме того, способ осуществляет управление сварочным циклом независимо от начальных значений напряжения на электродах и контактного сопротивления деталей, регулируя ди-i намические параметры, и в то же время более прост по cBoeriy техническому выполнению, так как требует контроля Только величины сварочного тока и вычисления изменения ее во времени. Формула изобретения Способ регулирования процесса контактной сварки на переменном токе, при котором управляют сварочным током путем изменения углов включения и выключения тока в каждом полупериоде , отличающ.ийся тем, что, с целью повышения качества сварки, угол включения корректируют в соответствии с колебаниями напряжения питающей сети, а угол выключения - в зависимости от скорости изменения тока сварки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 461816, кл. В 23 К 11/24, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2312893/25-27, кл. В 23 К 11/24, 1975. 3.Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для контактной сварки. М., Машиностроение 1969, с. 81, 85.