RU202604U1

RU202604U1 - Устройство для фиксации и прижима деталей в процессе высокотемпературной вакуумной пайки в печах сопротивления

Info

Publication number: RU202604U1
Application number: RU2020115205U
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Литуновский; Алексей Николаевич Маханьков
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-02-26

Abstract

Полезная модель может быть использована в процессе высокотемпературной пайки изделий в вакуумных печах сопротивления, когда в процессе пайки оснастка, фиксирующая спаиваемые детали, подвергается воздействию такой же температуры, как и сами спаиваемые детали. В устройстве для фиксации деталей в процессе пайки, помимо металлической пружины из жаропрочного сплава, установлена газовая пружина в виде герметизированного сильфона, заполненного инертным газом. Эта пружина начинает работать после вакуумирования печи с паяемой сборкой и увеличивает создаваемое усилие по мере нагрева печи, и, соответственно, увеличения температуры заключенного в сильфон газа. Металлическая пружина установлена параллельно с газовой, при этом используется только для создания начального прижимного усилия при сборке деталей под пайку и в начале разогрева печи, когда избыточное давление в газовой пружине и создаваемое ею усилие невелики. Техническим результатом использования полезной модели является получение надежного и эластичного сжатия деталей в процессе пайки при температуре до 970°С. 3 ил.

Description

Область техники

Полезная модель может быть использована в процессе высокотемпературной пайки изделий в вакуумных печах сопротивления, например, вольфрамовой облицовки компонентов дивертора термоядерного реактора ИТЭР.

Уровень техники

Пайка изделий в вакуумных печах сопротивления, в том числе с использованием высокотемпературных твердых припоев, широко применяется в промышленности. При этом, если для фиксации спаиваемых деталей применяются какие-либо устройства, то в процессе пайки они подвергаются воздействию такой же температуры, как и сами спаиваемые детали, и, следовательно, должны быть достаточно жаропрочными. Помимо жаропрочности, конструкция таких устройств должна учитывать тепловое расширение как фиксируемых деталей, так и самого устройства, неизбежное во время выполнения пайки. Обычно эта проблема решается созданием необходимых технологических зазоров и/или изготовлением фиксирующих устройств из материала, имеющего сходный с материалом деталей коэффициент теплового расширения.

Однако в случае, когда требуется пайка изделия сложной формы, состоящего из большого количества деталей или узлов, изготовленных из различных материалов, обеспечение фиксации частей изделия по зонам пайки и обеспечение их достаточного взаимного прижима становится весьма сложной инженерной задачей. Эта задача еще более усложняется, если температура пайки настолько высока, что использование в фиксирующем устройстве в качестве упругих элементов, металлических пружин даже из тугоплавких металлов и сплавов, становится проблематичной.

Именно такая ситуация имеет место при пайке вольфрамовой облицовки обращенных к плазме элементов (ОПЭ) Центральной Сборки Дивертора ИТЭР, в процессе которой необходимо осуществлять одновременною пайку нескольких десятков вольфрамовых облицовочных плиток к многослойному теплоотводящему основанию сложной формы. Пайка выполняется в вакуумных печах сопротивления при температуре 970°С. Конструкции устройств для фиксации плиток облицовки на теплоотводящем основании ОПЭ, где в качестве обеспечивающих прижим плиток и компенсацию разности теплового расширения упругих элементов используются жаропрочные пружины рессорного типа из тугоплавких сплавов в общих чертах представлены в Nikolay Litunovsky et al, Development of the armoring technique for ITER Divertor Dome, Fusion Engineering & Design 86 (2011) pp.1749-17 и в Nikolay Litunovsky et al., Repair of manufacturing defects in the armor of plasma facing units of the ITER Divertor Dome, Fusion Engineering & Design 88 (2013) pp.1739-1743.

Существенным недостатком данных фиксирующих устройств является крайне быстрый выход из строя упругих элементов - металлических пружин, которые после одно-двукратного использования теряли свои упругие свойства вследствие высокотемпературной пластической деформации. Несмотря на все предпринятые усилия по оптимизации формы пружин и поискам наилучшего материала для их изготовления существенно увеличить их срок службы не удалось.

Техническим результатом использования представляемой полезной модели является устранение указанного недостатка высокотемпературных фиксирующих оснасток и получение стабильного усилия прижима в процессе пайки при температуре до 970°С.

Раскрытие полезной модели

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для фиксации деталей в процессе пайки, помимо металлической пружины из жаропрочного сплава, устанавливается газовая пружина, представляющая собой герметизированный сильфон, заполненный инертным газом. При этом заполнение сильфона инертным газом (удобней и дешевле всего для этих целей использовать аргон) перед герметизацией производится без создания в нем избыточного давления, и работать в качестве газовой пружины он начинает только после начала вакуумирования печи с паяемой сборкой и увеличивает создаваемое усилие по мере нагрева печи, и, соответственно, увеличения температуры заключенного в сильфон газа. Металлическая пружина в данном устройстве устанавливается параллельно с газовой и используется только для создание начального прижимного усилия при сборке деталей под пайку.

Согласно закону Шарля давление заключенного в замкнутый объем идеального газа увеличивается пропорционально росту его температуры. Поэтому с учетом того, что инертные газы по своим физическим свойствам близки к идеальным, усилие, создаваемое газовой пружиной в вакууме достаточно точно определяется формулой

где F_T - усилие сильфонной газовой пружины при температуре пайки, кгс/см²;

F₀ - абсолютное давление инертного газа в сильфоне при его герметизации, кгс/см²;

Т - температура пайки, °С;

Т₀ - температура инертного газа в сильфоне при его герметизации, °C;

D - внутренний диаметр наружных гофр сильфона, см.

Из вышеприведенной формулы следует, что газовая пружина из сильфона с диаметром D=20 мм, наполненная инертным газом до нормального атмосферного давления F₀ ≈ 1 кгс/см² и герметизированная при Т₀=20°С, при температуре пайки Т_П=970°С будет создавать прижимное усилие около 13,2 кгс.

Краткое описание чертежей

Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами: Рисунок 1 - конструкция газовой пружины на основе сильфона; Рисунок 2 - устройство для фиксации, общий вид; Рисунок 3 - прижимной кулачок.

Газовая пружина на основе сильфона (Рисунок 1) состоит из четырех деталей -стандартного тонкостенного сильфона из нержавеющей стали 1, нижнего и верхнего фланцев 2 и 3, и заглушки 4.

При сборке газовой пружины к сильфону 1 сначала привариваются нижний и верхний фланцы 2 и 3. Затем, после проверки герметичности сварного соединения, внутренняя полость пружины заполняется инертным газом через отверстие в верхнем фланце и окончательно герметизируется завариванием в это отверстие заглушки 4.

Шток, имеющийся у нижнего фланца газовой пружины служит для передачи прижимного усилия на спаиваемые детали.

Устройство для фиксации деталей во время пайки (Рисунок 2), в составе которого используется газовая пружина, имеет следующую конструкцию:

Газовая пружина на основе сильфона 5 помещена в гильзу 6, закрытую сверху приварной крышкой 7 с регулировочным болтом 8. Гильза 6 приварена к перекладине 9 так, чтобы шток газовой пружины проходил через отверстие, имеющиеся в середине перекладины. Длина штока газовой пружины подобрана таким образом, чтобы он упирался в верхнюю поверхность плоской линейной металлической пружины 10, которая зафиксирована своими концами в прямоугольных пазах, имеющихся в нижних боковых приливах перекладины. В средней части пружины 10 имеется продольная прорезь, через которую проходит верхняя часть прижимного кулачка 11 (форма прижимного кулачка пояснена на Рисунке 3), которая фиксируется в прорези штока газовой пружины при помощи штифта 12.

Остальными деталями приспособления, обеспечивающими фиксацию и эластичное сжатие спаиваемых деталей, являются ложемент 13, тяговые шпильки 14 и гайки 15, при помощи которых происходит регулировка высоты устройства, фиксация деталей под пайку, а также устанавливается начальное усилие их сжатия.

Осуществление полезной модели

Устройство для фиксации деталей в процессе пайки работает следующим образом: Детали, подготовленные к проведению высокотемпературной вакуумной пайки, устанавливаются в устройство для фиксации на ложемент 13. Регулировочный болт 8 в крышке 7 гильзы газовой пружины выкручивается в крайнее верхнее положение. Затем при помощи гаек 15 детали изделия фиксируются в устройстве и на них создается необходимое начальное усилие за счет деформации металлической пружины 10. После этого, закручиванием регулировочного болта 8 выбирается его свободный ход и создается небольшая деформация газовой пружины. После этого изделие помещается в печь для выполнения пайки.

После вакуумирования печи, по мере ее разогрева, усилие, создаваемое газовой пружиной, будет увеличиваться. Так как шток сильфона газовой пружины одновременно связан как с прижимным кулачком, давящим непосредственно на спаиваемые детали, так и металлической пружиной, обеспечивающей начальную фиксацию спаиваемых деталей перед пайкой. Поэтому прижимные усилия, производимые металлической и газовой пружиной суммируются. При этом суммирование усилий обеих пружин происходит только в сторону сжатия спаиваемых деталей. Металлическая пружина своей жесткостью не может мешать работе газовой пружины т.к. пазы в перекладине 9, в которые вставлены концы металлической пружины, открыты снизу, и металлическая пружина просто не имеет опоры, чтобы противодействовать газовой,

Таким образом, обеспечивается надежное и эластичное сжатие деталей на самом ответственном этапе пайки, при температуре, когда припой находится в расплавленном состоянии.

По окончании пайки гайки 15 ослабляются, устройство для фиксации снимается с изделия.

Claims

Устройство для фиксации деталей в процессе высокотемпературной пайки в вакуумных печах сопротивления, содержащее ложемент для размещения спаиваемых деталей и прижимной кулачок, установленный с возможностью контакта с деталями, две пружины, обеспечивающие фиксацию и сжатие спаиваемых деталей, при этом одна из пружин выполнена в виде газовой пружины на основе сильфона и предназначена для работы в высокотемпературной области пайки, а другая выполнена в виде плоской металлической пружины из жаропрочного сплава и предназначена для фиксации и сжатия деталей при их сборке под пайку, причем газовая пружина имеет нижний фланец со штоком и установлена в гильзе, приваренной к перекладине, соединенной с ложементом тяговыми шпильками с гайками с возможностью регулирования высоты, при этом перекладина выполнена с отверстием, через которое проходит шток газовой пружины для передачи прижимного усилия на спаиваемые детали, плоская металлическая пружина зафиксирована концами в пазах упомянутой перекладины, а в средней части плоской металлической пружины выполнена продольная прорезь, через которую проходит верхняя часть прижимного кулачка, зафиксированная в прорези штока газовой пружины.