RU2758710C2 - Vacuum induction soldering method - Google Patents
Vacuum induction soldering method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758710C2 RU2758710C2 RU2019145478A RU2019145478A RU2758710C2 RU 2758710 C2 RU2758710 C2 RU 2758710C2 RU 2019145478 A RU2019145478 A RU 2019145478A RU 2019145478 A RU2019145478 A RU 2019145478A RU 2758710 C2 RU2758710 C2 RU 2758710C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- soldering
- inductor
- temperature
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/002—Soldering by means of induction heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области техники и технологии пайки изделий высокотемпературным припоем в высокочастотном поле индуктора в вакуумной среде, и может быть использовано, например, в процессе пайки бериллиевой или вольфрамовой облицовки на бронзовый теплоотводящий слой обращенных к плазме компонентов термоядерного реактора ИТЭР.The invention relates to the field of engineering and technology of soldering products with high-temperature solder in a high-frequency field of an inductor in a vacuum environment, and can be used, for example, in the process of soldering a beryllium or tungsten cladding onto a bronze heat-removing layer of the components of the ITER fusion reactor facing the plasma.
Уровень техникиState of the art
Известны способ индукционной пайки и устройство для его реализации, раскрытые в источнике информации (Вологдин В.В. и др. Индукционная пайка. - Л.: Машиностроение, 1989 г. ). При этом, данный известный способ включает установку соединяемых припоем деталей, зафиксированных оснасткой, в рабочую зону индуктора, настройку параметров режима пайки и проведение нагрева зоны пайки за счет вихревых токов, индуцируемых в деталях высокочастотным электромагнитным полем индуктора. Устройство для реализации данного способа включает: разработанный под заданную конфигурацию изделия водоохлаждаемый медный индуктор, в том числе проходного типа, для обеспечения возможности перемещения изделия относительно индуктора; источник питания высокочастотной энергии; устройства для контроля температуры пайки, в том числе термопары; механизм для подачи изделий, в том числе собранных в фиксирующей оснастке, в зону пайки и обратно.The known method of induction soldering and a device for its implementation, disclosed in the source of information (Vologdin VV and other Induction soldering. - L .: Mechanical engineering, 1989). At the same time, this known method includes the installation of parts connected by solder, fixed by a tooling, into the working area of the inductor, setting the parameters of the soldering mode and heating the soldering zone due to eddy currents induced in the parts by the high-frequency electromagnetic field of the inductor. The device for implementing this method includes: a water-cooled copper inductor developed for a given configuration of the product, including a through-feed type, to enable the product to move relative to the inductor; high frequency power supply; soldering temperature control devices, including thermocouples; a mechanism for feeding products, including those assembled in fixing equipment, to the soldering zone and back.
Однако, в предложенных способе пайки и реализующем его устройстве, не предусмотрена возможность обеспечения минимального времени нахождения изделия в фазе высокой температуры пайки, при сохранении необходимого и равномерного нагрева всей зоны пайки. Это приводит к сильному снижению прочности предварительно упрочненного термочувствительного материала изделия, например, используемой в обращенных к плазме компонентах, хромистой бронзы.However, in the proposed soldering method and the device that implements it, it is not possible to ensure the minimum residence time of the product in the high soldering temperature phase, while maintaining the necessary and uniform heating of the entire soldering zone. This leads to a strong decrease in the strength of the pre-hardened heat-sensitive material of the article, for example, chromium bronze used in the plasma-facing components.
Известен способ индукционной пайки и устройство для его реализации, раскрытые в материалах патента (см. патент РФ 2296037, кл. В23К 1/002, В23К 3/04, 2003 г.), заключающийся в преобладающем нагреве технологической подложки, выполненной из электропроводного материла, которая нагревает расположенные на ней детали и припой, что приводит к образованию паянного соединения.There is a known method of induction soldering and a device for its implementation, disclosed in the materials of the patent (see RF patent 2296037, class В23К 1/002, В23К 3/04, 2003), which consists in the predominant heating of the technological substrate made of electrically conductive material, which heats the parts located on it and the solder, which leads to the formation of a soldered joint.
Недостатком данного способа является необходимость введения технологической подложки, размещение которой в зоне пайке не всегда возможно и ограничено геометрией и исходными требованиями к изделию. Кроме того, в данном способе не предусмотрена возможность сохранения прочности материала технологической подложки. Техническим результатом использования изобретения является устранение указанных недостатков рассмотренных способов, получение паянных соединений высокого уровня качества и сохранение прочности термочувствительного материала изделия, находящегося в зоне пайки, не ниже 70% от исходной (до пайки).The disadvantage of this method is the need to introduce a technological substrate, the placement of which in the soldering zone is not always possible and is limited by the geometry and the initial requirements for the product. In addition, this method does not provide for the possibility of maintaining the strength of the material of the technological substrate. The technical result of using the invention is the elimination of the indicated disadvantages of the considered methods, obtaining high quality brazed joints and maintaining the strength of the heat-sensitive material of the product located in the brazing zone, not less than 70% of the original (before brazing).
Раскрытне изобретенияDisclosed inventions
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе вакуумной индукционной пайки, содержащем вакуумную камеру с размещенным внутри камеры медным водоохлаждаемым индуктором, имеющим проходной участок с одной стороны, обеспечивающим свободный доступ в рабочую зону индуктора паяемого изделия с предварительно размещенным в зоне пайки аморфным быстрозакаленным припоем, а также установленной фиксирующей оснасткой и закрепленными термопарами, систему управления, обрабатывающую показания всех термопар и управляющую высокочастотным источником питания, согласно заданному оператором режиму нагрева, а новым является то, что режим нагрева имеет две фазы, позволяющие вначале выполнить предварительный медленный равномерный нагрев всего изделия до предельной температуры, не приводящей к снижению прочности термочувствительного материала изделия, после которой выполнить быстрый нагрев до требуемой температуры пайки высокотемпературного припоя, с последующим отключением нагрева, индуктор имеет соединенные с ним по всей длине электрически изолированные тяги, позволяющие проводить регулировку зазора между изделием и индуктором в требуемых местах, что позволяет добиться оптимальной равномерности распределения температуры по всей зоне пайки на всех фазах нагрева.The specified technical result is provided by the fact that in the method of vacuum induction soldering, containing a vacuum chamber with a copper water-cooled inductor placed inside the chamber, having a passage section on one side, providing free access to the working area of the inductor of the brazed product with an amorphous fast-quenched solder previously placed in the soldering zone, as well as the installed fixture and fixed thermocouples, a control system that processes the readings of all thermocouples and controls the high-frequency power supply, according to the heating mode set by the operator, and the new one is that the heating mode has two phases, which allow first to perform preliminary slow uniform heating of the entire product to limiting temperature, which does not lead to a decrease in the strength of the heat-sensitive material of the product, after which to perform rapid heating to the required soldering temperature of the high-temperature solder, followed by switching off the heating, It has electrically insulated rods connected to it along the entire length, which allow adjusting the gap between the product and the inductor in the required places, which allows to achieve optimal uniformity of temperature distribution throughout the soldering zone at all heating phases.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the invention is illustrated by graphic materials on which:
на фиг. 1 - паяемое изделие и индуктор, вид сверху;in fig. 1 - soldered product and inductor, top view;
на фиг. 2 - вид А по фиг. 1;in fig. 2 - view A according to FIG. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 1;in fig. 3 - section B-B according to Fig. 1;
на фиг. 4 - разрез В-В по фиг. 1;in fig. 4 - section B-B according to FIG. 1;
на фиг. 5 - график режима нагрева с двумя фазами.in fig. 5 is a graph of a heating mode with two phases.
Метод вакуумной индукционной пайки содержит, размещенный внутри вакуумной камеры, медный водоохлаждаемый индуктор 1, имеющий проход с одной стороны, для обеспечения свободного доступа паяемого изделия 2 с предварительно размещенным в зоне пайки аморфным быстрозакаленным припоем, а также установленной фиксирующей оснасткой и закрепленными близко к зоне пайки термопарами (оснастка и термопары не показаны) в рабочую зону индуктора 1.The method of vacuum induction brazing contains, located inside the vacuum chamber, a copper water-cooled
К индуктору, в определенных местах по всей длине, припаяны медные стойки 3 с резьбовыми отверстиями, в которые вкручиваются резьбовые шпильки 4. Вращение гаек 5 или 6, упирающихся через электроизоляционные вставки 7 и 8 в подвижные стойки 9, приводит в движение резьбовые шпильки 4, вместе с которыми перемещается часть индуктора 1, и локально изменяется величина зазора между индуктором 1 и изделием 2 (размер А1).
Профиль индуктора 1 повторяет профиль зоны пайки по всей длине изделия 2. Положение середины индуктора 1 по высоте (размер А2) относительно зоны пайки на изделии 2 подбирается на основании анализа используемых в изделии материалов. Режим нагрева паяемого изделия 2 включает фазу предварительного медленного нагрева 10, в процессе которого достигается равномерная температура всего изделия 2 до значений ниже порога температуры при которой происходят процессы потери прочности термочувствительного материала. Следующая фаза 11 - быстрый нагрев до температуры на 20°С-30°С выше температуры ликвидуса припоя, после достижения которой начинается фаза 12 - свободное охлаждения в вакууме.The profile of the
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Способ вакуумной индукционной пайки заключается в следующем.The vacuum induction brazing method is as follows.
На компоненты паяемого изделия 2, близко к зоне пайки крепятся термонары, расположение которых и общее количество определятся в зависимости от типоразмера изделия 2.On the components of the soldered
Все компоненты паяемого изделия 2 подвергаются полной очистке и обезжириванию, а также травлению сопрягающихся поверхностей в зоне пайки. Ленточный аморфный быстрозакаленный припой, подобранный для условий пайки конкретных материалов изделия 2, обезжиривается и нарезается на элементы нужной длины, зависящей от типоразмера изделия. Отрезанные элементы ленты припоя помещаются в один слой на поверхность одного из компонентов изделия 2, в нашем случае, на бронзовую поверхность основания обращенного к плазме компонента. Далее, на ленту припоя устанавливаются ответные компоненты изделия 2, в нашем случае, бериллиевые плитки защитной облицовки. Собранные компоненты изделия 2 фиксируются при помощи оснастки для исключения смещения компонентов друг относительно друга в процессе монтажа, нагрева и охлаждения. Фиксация компонентов должна выполняться с усилием, обеспечивающим создание давления в зоне пайки не ниже требуемого значения, величина которого определяется при анализе паяемых материалов, и, для случая бронзы и бериллия, составляет 0,05 Н/мм2.All components of the brazed
Изделие 2 с установленной фиксирующей оснасткой и закрепленными термопарами помещается внутрь вакуумной камеры технологической установки до касания ограничительных упоров, попадая в рабочую зону медного водоохлаждаемого индуктора 1. Индуктор 1, изготовленный из медной трубы, предварительно согнут так, что его форма повторяет форму криволинейной поверхности по которой осуществляется пайка компонентов изделия 2. Регулировкой положения изделия 2 по высоте производят настройку положения середины индуктора 1 относительно зоны пайки на изделии 2 (размер А2) - индуктор 1 должен быть расположен ближе к материалу с меньшим коэффициентом удельного электросопротивления (в нашем случае - бронза). Вращая гайки 5 или 6, перемещают резьбовые шпильки 4, которые, через медные стойки 3, перемещают индуктор 1, изменяя тем самым зазор (размер А1) между боковой стенкой изделия 2 и индуктором 1. Величина зазора (размер А1) должна составлять от 4 мм до 8 мм, при этом меньшую величину зазора устанавливают в случае необходимости получения большей мощности нагрева в данной области, что характерно для случая, когда изделие 2 в данной области обладает большим размером поперечного сечения и большей теплоемкостью. Регулировкой зазоров (размеры А1 и А2) компенсируют влияние кривизны зоны пайки, вариативность конструкции детали под зоной пайки (изменение поперечного сечения), влияние краевых эффектов. После завершения настройки зазоров (размеры А1 и А2), выполняют подключение выводов всех термопар, закрывают вакуумную камеру и откачивают воздух из камеры.
Выполняют ввод параметров режима нагрева в систему автоматического управления процессом пайки. Параметры режима нагрева определяются для каждого нового типоразмера изделия и содержат скорости и длительности на предварительной медленной фазе нагрева 10, а также быстрой фазе нагрева 11.The parameters of the heating mode are entered into the automatic control system for the soldering process. The parameters of the heating mode are determined for each new standard size of the product and contain the speeds and durations in the preliminary
Включают автоматический нагрев, в процессе которого система автоматического управления, согласно введенным параметрам и сигналу обратной связи от термопар, установленным на паяемом изделии 2, управляет высокочастотным источником питания и, соответственно, режимом нагрева. После достижения требуемой температуры пайки - на 20°С-30°С выше температуры ликвидуса припоя, источник питания выключается. Используемый аморфный быстрозакаленный припой имеет малый интервал температуры плавления входящих компонентов и успевает быстро и полностью перейти в жидкую фазу. Разброс значений температуры деталей в зоне пайки в конце фазы быстрого нагрева должен составлять +/-3% от номинального значения, что необходимо для равномерного смачивания соединяемых деталей припоем.Automatic heating is switched on, during which the automatic control system, according to the entered parameters and the feedback signal from the thermocouples installed on the soldered
После охлаждение изделия 2 до температуры ниже 200°С, в вакуумную камеру напускают воздух, открывают крышку камеры, отключают выводы термопар и извлекают спаянное изделие 2 с установленной фиксирующей оснасткой из вакуумной камеры. Далее цикл повторяется аналогично описанному выше, за исключением операции по настройке положения индуктора (размеры А1 и А2) в том случае, если пайка выполняется для изделия того же типоразмера.After
Использование данного способа вакуумной индукционной пайки обеспечивает получение паянных швов высокого уровня качества, например, контроль паянных швов обращенных к плазме компонентов при помощи методов ультразвукового контроля с оценкой по калибровочному образцу с искусственными дефектами (∅2 мм, ∅3 мм, ∅4 мм) не выявил дефектов в соединении. Кроме того, использование данного способа индукционной пайки обеспечивает сохранение прочности термочувствительного материала изделия, находящегося в зоне пайки, не ниже 70% от исходной (до пайки), например, предел прочности (о"в) бронзы, при испытаниях образцов материала на разрыв при комнатной температуре, до пайки составлял не менее 360 МПа, а после пайки - не менее 270 МПа.The use of this method of vacuum induction brazing provides high quality brazed seams, for example, the control of soldered seams facing the plasma components using ultrasonic testing methods with an assessment using a calibration sample with artificial defects (∅2 mm, ∅3 mm, ∅4 mm) is not identified defects in the connection. In addition, the use of this induction brazing method ensures that the strength of the heat-sensitive material of the product located in the soldering zone is not less than 70% of the original (before soldering), for example, the tensile strength (o "c) of bronze, when testing material samples for rupture at room temperature. temperature, before brazing was at least 360 MPa, and after brazing - at least 270 MPa.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145478A RU2758710C2 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Vacuum induction soldering method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145478A RU2758710C2 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Vacuum induction soldering method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019145478A3 RU2019145478A3 (en) | 2021-06-30 |
RU2019145478A RU2019145478A (en) | 2021-06-30 |
RU2758710C2 true RU2758710C2 (en) | 2021-11-01 |
Family
ID=76742274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019145478A RU2758710C2 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Vacuum induction soldering method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758710C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824969C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-08-19 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Induction soldering method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2105645C1 (en) * | 1997-03-25 | 1998-02-27 | Виктор Никонорович Семенов | Method of brazing of products |
RU2296037C2 (en) * | 2003-01-13 | 2007-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "Геофизика" | Method of induction brazing and device for realization of this method |
RU2646300C2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-03-02 | Иван Владимирович Федотов | Method for obtaining molybdenum and graphite brazed joint |
-
2019
- 2019-12-30 RU RU2019145478A patent/RU2758710C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2105645C1 (en) * | 1997-03-25 | 1998-02-27 | Виктор Никонорович Семенов | Method of brazing of products |
RU2296037C2 (en) * | 2003-01-13 | 2007-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "Геофизика" | Method of induction brazing and device for realization of this method |
RU2646300C2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-03-02 | Иван Владимирович Федотов | Method for obtaining molybdenum and graphite brazed joint |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824969C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-08-19 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Induction soldering method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019145478A3 (en) | 2021-06-30 |
RU2019145478A (en) | 2021-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7141763B2 (en) | Method and apparatus for rapid temperature change and control | |
KR102411595B1 (en) | Heating and cooling device | |
GB2262901A (en) | Method and apparatus for welding superalloys | |
US8931684B2 (en) | Induction bonding | |
CN109880993B (en) | Device and method for regulating and controlling temperature field of partial postweld heat treatment of unequal-thickness joint | |
CN105855544A (en) | Electromagnetically-induced three-dimensional heating system for selective laser melting | |
WO1999043022A1 (en) | Thermal cycling module and process using radiant heat | |
KR20100005683A (en) | In-chamber member temperature control method, in-chamber member, substrate mounting table and plasma processing apparatus including same | |
JP2008522446A (en) | Method and apparatus for controlling spatial temperature distribution | |
KR20070003823A (en) | Method and apparatus for temperature control | |
RU2758710C2 (en) | Vacuum induction soldering method | |
US10109510B2 (en) | Apparatus for improving temperature uniformity of a workpiece | |
JP5662468B2 (en) | Stretch molding apparatus and method with supplemental heating | |
CN111730172A (en) | Substrate-wire material cooperative preheating device and method for electric arc additive manufacturing | |
EP3562606B1 (en) | Method and device for fastening at least two workpieces | |
CN106935470A (en) | A kind of plasma processor with temperature measuring equipment | |
CN216217626U (en) | Induction heating device | |
RU2551045C1 (en) | Method of thermal treatment of weld joints produced by linear friction welding | |
CN104227254A (en) | Ultra-hard thin sheet hard alloy copper welding processing method | |
CN208681477U (en) | A kind of assembly tooling for diaphragm half a coupler | |
CN113832423B (en) | Local heat treatment method for thin-wall titanium alloy structure | |
US7040804B2 (en) | Method for measuring diffusion coefficient in conductive melts, and apparatus for measuring the same | |
RU181399U1 (en) | Semi-automatic installation for induction soldering of microwave cable assemblies | |
RU2822049C2 (en) | System and method for melting materials | |
JP7554764B2 (en) | Heating element and system and method for melting material using said heating element - Patents.com |