RU2812040C1 - Способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры - Google Patents
Способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812040C1 RU2812040C1 RU2023104550A RU2023104550A RU2812040C1 RU 2812040 C1 RU2812040 C1 RU 2812040C1 RU 2023104550 A RU2023104550 A RU 2023104550A RU 2023104550 A RU2023104550 A RU 2023104550A RU 2812040 C1 RU2812040 C1 RU 2812040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- ball
- constantan
- copper
- copper wire
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении датчиков теплового потока, используемых для измерения тепловых потоков на поверхности различных объектов, в частности, при измерении нестационарных тепловых потоков в условиях воздействия аэродинамических нагрузок при проведении наземных тепловых и теплопрочностных испытаний элементов конструкции скоростных летательных аппаратов и объектов космической техники, а также для управления тепловыми потоками при проведении испытаний. Предложен способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры, включающий изготовление диска из константана с отверстием в центре, последующую зенковку отверстия с одной из сторон диска, продевание в отверстие медного провода, формирование на конце медного провода шарика методом оплавления, вдавливание с деформацией шарика в зенковку, его приваривание к диску из константана и последующую механическую обработку королька, формирование шарика на медном проводе осуществляют лазерным импульсом в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна оси медного провода и пересекается с ней, а приваривание сдеформированного медного шарика к диску из константана производят методом локального расплавления медного шарика посредством воздействия импульсного лазерного излучения в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна плоскости диска из константана. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является упрощение технологического процесса изготовления ТВЭ и повышение качества ТВЭ. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении датчиков теплового потока, используемых для измерения тепловых потоков на поверхности различных объектов, в частности, при измерении нестационарных тепловых потоков в условиях воздействия аэродинамических нагрузок при проведении наземных тепловых и теплопрочностных испытаний элементов конструкции скоростных летательных аппаратов и объектов космической техники, а также для управления тепловыми потоками при проведении испытаний.
Известны различные датчики теплового потока, например ФОА 013-03 (Ю.Н.Коптев Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.1 (кн. 1) / под общ. Ред. Ю.Н.Коптева, 1998, стр.364-366), основной частью которых являются тепловоспринимающие элементы.
Известен способ изготовления тепловоспринимающего элемента (ТВЭ) одиночного датчика теплового потока (Геращенко О.А. Основы теплометрии. - Киев: Наукова думка, 1971, с.48-50, Рис.27), при котором заготовки штампуются из листового материала: константановые чистые круги толщиной 0,6 мм, медные круги толщиной 0,1 мм с токосъемными выступами. Токосъемные провода привариваются к выступам на медных пластинах, затем токосъемные пластины на конденсаторной сварочной машине привариваются к основной.
Общий недостаток датчиков со съемом сигнала по периферии - высокая инерционность работы и большой разброс данных в последовательно проводимых градуировках.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) к заявляемому изобретению является способ изготовления ТВЭ (Геращенко О.А. Основы теплометрии. - Киев: Наукова думка, 1971, с.81). В константановом диске по центру сверлится отверстие с последующей зенковкой. Токосъемные проводники изготавливаются из медного провода ∅ 0,2 - 0,25мм. Медный провод продевается через отверстие в константановом диске. На продетом конце провод оплавляется в шарик ∅0,8 - 0,9мм. Для оплавления продетый конец погружают в ванночку из графитового порошка и пропускают через провод ток. Шарик протравливают в серной кислоте с примесью азотной, промывают и сушат. Протравленный шарик за провод втягивается в зенковку, вдавливается с небольшой остаточной деформацией специальной струбциной и несколькими разрядами на конденсаторной сварочной машине приваривается к пластине. Выступающие части медных шариков снимаются на торцевом алмазном круге с последующей механической обработкой.
Недостатком известного способа изготовления ТВЭ является большой размер шарика относительно диаметра провода, из-за большого диаметра шарика получается большой королек, что является негативным фактором. В шарике во время оплавления частицы графита привариваются к меди, а в самом шарике также образуются окислы меди, поскольку фактически плавление меди происходит в воздушной среде (между частицами графита находится воздух). Последующая химическая обработка шарика не в полной мере удаляет побочные продукты химического взаимодействия расплавленной меди с графитом и воздухом. В силу перечисленных причин при сварке меди с константаном в корольке содержится большое количество побочных продуктов, что противоречит основным требованиям предъявляемых к термопарным спаям (Геращенко О.В., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения: Справочное руководство. Киев, Наукова думка, 1965, с.9). Поскольку у меди удельное сопротивление равно 0,017 Ом⋅мм2/м, а у константана 0,5 Ом⋅мм2/м, то есть разница примерно 30 раз, при конденсаторной электросварке, осуществляемой за счет электрического сопротивления в месте сварки, сильно разогревается диск из константана в зоне контакта с медным шариком. Поскольку диск изготавливается из тонкой фольги толщиной 0,1-0,5мм, локальный перегрев приводит к сквозной проварке константанового диска (браку). Кроме этого, из-за перегрева константановый диск может покоробиться, что также недопустимо.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение технологического процесса изготовления ТВЭ и повышение качества ТВЭ.
Указанная задача решается тем, что предложен:
1. Способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры, включающий изготовление диска из константана с отверстием в центре, последующую зенковку отверстия с одной из сторон диска, продевание в отверстие медного провода, формирование на конце медного провода шарика методом оплавления, вдавливание с деформацией шарика в зенковку, его приваривание к диску из константана и последующую механическую обработку королька, отличающийся тем, что формирование шарика на медном проводе осуществляют лазерным импульсом в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна оси медного провода и пересекается с ней, а приваривание сдеформированного медного шарика к диску из константана производят методом локального расплавления медного шарика посредством воздействия импульсного лазерного излучения в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна плоскости диска из константана.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического газа используют смесь аргона и водорода.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологический газ при сварке сдеформированного медного шарика и константанового диска подают на обе стороны константанового диска.
Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется на фиг 1, 2, 3, 4, 5 и 6.
На фиг.1 схематически показано формообразование шарика 1 на медном проводе 2.
На фиг.2 схематически показана приварка к диску 3 из константана сдеформированного медного шарика 4 в зенковке 5 канала.
На фиг.3 схематически показан тепловоспринимающий элемент после механической обработки сдеформированного медного шарика (королька) 4.
На фиг.4 показано фото медного провода 2 перед формообразованием шарика 1 лазерным импульсом.
На фиг.5 показано фото медного провода 2 после формообразования шарика 1.
На фиг.6 показан внешний вид ТВЭ, причем для демонстрации малых размеров ТВЭ приложена спичечная головка.
Изобретение поясняется примером. Разработан способ изготовления ТВЭ датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры. Для формирования шарика 1 на конце медного провода 2 и приварки сдеформированного медного шарика (королька) 4 к диску 3 из константана применяют лазерную установку ЛАТ-С-300. В качестве термоэлектродов дифференциальной термопары используют медный провод ∅ 0,5 мм (фиг.4) и фольгу из константана марки МНМц 43-0,5 толщиной 0,5мм согласно ГОСТу 5189-2018. Предварительно в центре диска 3 из константана изготавливают канал ∅ 0,5 мм с зенковкой на одной из сторон. Медный провод 2 помещают в рабочую зону лазерной установки, фиксируют его перпендикулярно оптической оси лазерной установки, далее в рабочую зону подают технологический газ. В качестве технологического газа применяют смесь газовую ТУ 2114-002-45905715-2015 аргон (99% Ar) + водород (1% Н2). После этого на медный провод 2 подают единичный лазерный импульс, в результате чего на конце медного провода 2 формируется пятно контакта, в котором происходит расплавление меди с последующим образованием шарика 1 под действием сил поверхностного натяжения (фиг.5). Регулировка параметров лазерного импульса позволяет получать шарики 1 разного диаметра. В качестве оптимального был принят диаметр шарика 1 равный 0,6мм. Медный провод 2 пропускают через центральный канал диска 3, а шарик 1 помещают в зенковке канала 5. После этого шарик 1 вдавливают в зенковку и деформируют его до заполнения шариком объема зенковки. Подготовленную таким образом заготовку помещают в рабочую зону лазерной установки, в которую подают технологический газ, который обдувает плоскость константанового диска 3 с двух сторон. После этого на поверхность сдеформированного медного шарика 4, по его периметру, подают серию лазерных импульсов. За счет локализации нагрева, медь в пятне контакта расплавлялась и приваривалась к константановому диску с образованием королька. Поскольку плавление происходило в нейтрально-восстановительной среде аргона и водорода, окисления меди не происходило. При этом константановый диск из-за краткосрочности лазерных импульсов и обдува технологическим газом с двух сторон испытывал незначительную локальную тепловую нагрузку, не окислялся и не коробился. Финальной технологической операцией следует механическая зачистка королька 4 посредством торцевого алмазного диска. Подача при сварке технологического газа на обе поверхности константанового диска позволяет устранить окисление диска (фиг.6). Полученные по данной технологии ТВЭ используются для изготовления датчиков теплового потока с поперечным градиентом температуры.
Технологический процесс практически исключает выход ТВЭ в брак и обладает хорошей повторяемостью, что доказано изготовлением большого количества ТВЭ. Кроме этого, технологический процесс не требует дорогостоящего технологического оборудования и имеет высокую производительность. Из технологического процесса исключены вредные и дорогостоящие химические вещества, а сам технологический процесс является экологичным. Подача при сварке технологического газа на обе поверхности константанового диска позволяет устранить окисление диска (фиг.6). Также, снижается себестоимость ТВЭ, полученных по данному способу, поскольку сокращается номенклатура расходных материалов и время технологических операций, уменьшается трудоемкость, сокращается выход в брак полученных изделий.
Claims (3)
1. Способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры, включающий изготовление диска из константана с отверстием в центре, последующую зенковку отверстия с одной из сторон диска, продевание в отверстие медного провода, формирование на конце медного провода шарика методом оплавления, вдавливание с деформацией шарика в зенковку, его приваривание к диску из константана и последующую механическую обработку королька, отличающийся тем, что формирование шарика на медном проводе осуществляют лазерным импульсом в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна оси медного провода и пересекается с ней, а приваривание сдеформированного медного шарика к диску из константана производят методом локального расплавления медного шарика посредством воздействия импульсного лазерного излучения в среде технологического газа, при этом оптическая ось лазерного импульса перпендикулярна плоскости диска из константана.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического газа используют смесь аргона и водорода.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологический газ при сварке сдеформированного медного шарика и константанового диска подают на обе стороны константанового диска.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812040C1 true RU2812040C1 (ru) | 2024-01-22 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU596049A1 (ru) * | 1976-07-13 | 1983-01-30 | Институт технической теплофизики АН УССР | Датчик теплового потока |
| RU2131118C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1999-05-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Датчик теплового потока и способ его изготовления |
| US6837614B2 (en) * | 2002-04-19 | 2005-01-04 | Agency For Defence Development | Heat-flux gage, manufacturing method and manufacturing device thereof |
| WO2023156178A1 (fr) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Office National D'etudes Et De Recherches Aérospatiales | Capteurs pour systèmes de mesure de flux thermique à inertie |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU596049A1 (ru) * | 1976-07-13 | 1983-01-30 | Институт технической теплофизики АН УССР | Датчик теплового потока |
| RU2131118C1 (ru) * | 1997-06-17 | 1999-05-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Датчик теплового потока и способ его изготовления |
| US6837614B2 (en) * | 2002-04-19 | 2005-01-04 | Agency For Defence Development | Heat-flux gage, manufacturing method and manufacturing device thereof |
| WO2023156178A1 (fr) * | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Office National D'etudes Et De Recherches Aérospatiales | Capteurs pour systèmes de mesure de flux thermique à inertie |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Статья: " Основы теплометрии", - Киев: Наукова думка, 1971, с.81. * |
| Статья: "ГРАДИЕНТНЫЕ ДАТЧИКИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ФИЗИЧЕСКОМ И ПРОМЫШЛЕННОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ", ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. Т. 52, номер 7, 2009. Статья: "ГРАДИЕНТНЫЕ ДАТЧИКИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ДЛЯ ТЕПЛОМЕТРИИ В ТОПКАХ КОТЛОВ", Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета Ж. Глобальная энергия, 4-1(183), 2013 год. Статья: "ИННОВАЦИОННЫЙ ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА", Ж. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, том 17, номер 1, 2017 год. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dimatteo et al. | Continuous laser welding with spatial beam oscillation of dissimilar thin sheet materials (Al-Cu and Cu-Al): Process optimization and characterization | |
| US4224499A (en) | Laser welding aluminum to copper | |
| US6265688B1 (en) | Method of welding metals and apparatus for use therefor | |
| US3648009A (en) | Method and device for inspecting and/or controlling thermally produced mechanical joints | |
| DE1957539C3 (de) | Einrichtung zum Verschweißen der Anschlüsse von elektronischen Bauteilen in Miniaturausführung | |
| RU2812040C1 (ru) | Способ изготовления тепловоспринимающего элемента датчика теплового потока с поперечным градиентом температуры | |
| US3851138A (en) | Diffusion bonding of butt joints | |
| Lee et al. | Deposition quality and efficiency improvement method for additive manufacturing of Ti–6Al–4V using gas metal arc with CMT | |
| US20040232119A1 (en) | Laser beam welding method | |
| Różowicz et al. | An analysis of the microstructure, macrostructure and microhardness of NiCr-Ir joints produced by laser welding with and without preheat | |
| JP4935703B2 (ja) | 溶接部の靭性が良好な電縫鋼管の製造方法 | |
| CN103706917A (zh) | 一种防止fcb焊接产生终端裂纹的终端加热方法 | |
| US3612813A (en) | Method of forming a lightweight metal sandwich having a honeycomb core | |
| RU2781399C1 (ru) | Способ изготовления термопар | |
| JPH06254690A (ja) | レーザ溶接方法 | |
| GB2210691A (en) | Method of determining the weldability of an alloy part by measuring the resonant frequency of the weld pool | |
| JP5612000B2 (ja) | 圧入接合の接合品質管理方法 | |
| GB2091616A (en) | Method and apparatus for electric flash butt welding | |
| JP2019104061A (ja) | 欠陥検知方法および欠陥検知装置 | |
| US20090001134A1 (en) | Method and apparatus for judging quality of resistance brazing | |
| Haddad et al. | Comparison Between Copper-Aluminium Laser Joining using Short Pulses and Continuous Wave Mode | |
| Nagarajan et al. | Infrared Techniques for Real-Time Weld Quality Control | |
| US3056884A (en) | Welding method | |
| SU1360927A1 (ru) | Способ пайки изделий проход щим током | |
| Otte et al. | Microwelding of electronic components with 532nm laser radiation |