RU2812459C1 - Device for making thermocouples - Google Patents

Device for making thermocouples Download PDF

Info

Publication number
RU2812459C1
RU2812459C1 RU2023111305A RU2023111305A RU2812459C1 RU 2812459 C1 RU2812459 C1 RU 2812459C1 RU 2023111305 A RU2023111305 A RU 2023111305A RU 2023111305 A RU2023111305 A RU 2023111305A RU 2812459 C1 RU2812459 C1 RU 2812459C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
holder
support
wire electrodes
thermocouples
longitudinal axis
Prior art date
Application number
RU2023111305A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Дмитриевич Малыгин
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" filed Critical Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2812459C1 publication Critical patent/RU2812459C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device is equipped with an optical binocular microscope, a nozzle for supplying process gas and a digital magnifying video camera connected to a monitor. The laser radiation source, which ensures the formation of a liquid metal junction between the wire electrodes of the manufactured thermocouples, is installed on a base with the ability to move along three coordinates and is combined with a microscope and a video camera. Two axisymmetric two-channel holders with clamping devices for the mentioned wire electrodes are coaxially placed on two supports. The holder on the first support is equipped with a device for rotation around its longitudinal axis, for example, in the form of a self-braking worm gear. The holder on the other support is configured to move along the longitudinal axis and is equipped with a force accumulating element, for example, in the form of springs, and on its outer side the holder together with the support forms a sliding bearing.
EFFECT: production of high quality solders while simplifying the process.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для изготовления термопар.The invention relates to the field of thermometry and can be used for the manufacture of thermocouples.

Известно устройство для изготовления термопар, раскрытое в способе изготовления горячего спая термопары из тугоплавких материалов (SU 1224610 А, МПК G01 K7/02, 15.04.1986). Согласно данному техническому решению предварительно скрученные термоэлектроды с предварительно нанесенным покрытием из термопластичного металла устанавливают в теплоотводящий зажим на расстоянии, не менее двух витков от торца скрутки, и сваривают выступающие скрученные концы термоэлектродной проволоки сваркой плавлением. A device for manufacturing thermocouples is known, disclosed in a method for manufacturing a hot junction of a thermocouple from refractory materials (SU 1224610 A, IPC G01 K7/02, 04/15/1986). According to this technical solution, pre-twisted thermoelectrodes with a pre-coated thermoplastic metal are installed in a heat-removing clamp at a distance of at least two turns from the end of the twist, and the protruding twisted ends of the thermoelectrode wire are welded using fusion welding.

Недостатком этого устройства является, в частности, то, что выполненный с помощью него спай проволочных электродов, покрытых слоем пластичного металла, противоречит основным требованиям, предъявляемых к спаям термопар (Геращенко О.В., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения: Справочное руководство. Киев, Наукова думка, 1965, с.95), а именно: зона неоднородности, образующаяся в спае, должна быть минимальной, при этом из-за введения в спай дополнительного металла покрытия увеличивается структурная неоднородность спая. Кроме этого, введение дополнительного металла в зону спая может провоцировать уменьшение химической стойкости спая по сравнению с химической стойкостью материалов проволочных электродов. Помимо этого, может уменьшаться прочность спая за счет провоцирования материалом покрытия межкристаллитной эрозии в материалах проволочных электродов, а также образования интерметаллидов в зоне спая. Интерметаллиды являются хрупкими соединениями и, как правило, являются центрами концентрации напряжений, трещинообразования и дальнейшего разрушения материала. Сварка оплавлением вылета проволочных электродов приведет к образованию окислов металлов, что увеличит неоднородность и сопротивление спая. Металлическое покрытие проволочных электродов может служить дополнительным припоем, что при сваривании концов проволочных электродов приведет к увеличению размеров спая (королька) и припаиванию проволочных электродов к теплоотводящему зажиму, что увеличивает процент брака. Увеличение размеров спая приводит к снижению точности термопары и увеличению её инерционности. Устройство не обеспечивает изготовление термопар в виде единого технологического цикла, необходимо применение дополнительных технологических операций, например, нанесение на поверхность электродов слоев пластичного металла, что требует дополнительного оборудования и значительных затрат рабочего времени. Технологический процесс изготовления термопары на данном устройстве является сложным, трудоемким, дорогим и трудновоспроизводимым.The disadvantage of this device is, in particular, that the junction of wire electrodes coated with a layer of ductile metal made with it contradicts the basic requirements for thermocouple junctions (Gerashchenko O.V., Fedorov V.G. Thermal and temperature measurements: Reference manual. Kiev, Naukova Dumka, 1965, p. 95), namely: the zone of heterogeneity formed in the junction should be minimal, while due to the introduction of additional coating metal into the junction, the structural heterogeneity of the junction increases. In addition, the introduction of additional metal into the junction area can provoke a decrease in the chemical resistance of the junction compared to the chemical resistance of wire electrode materials. In addition, the strength of the junction may decrease due to the coating material provoking intercrystalline erosion in the materials of the wire electrodes, as well as the formation of intermetallic compounds in the junction zone. Intermetallic compounds are brittle compounds and, as a rule, are centers of stress concentration, crack formation and further destruction of the material. Reflow welding of wire electrodes will result in the formation of metal oxides, which will increase the heterogeneity and resistance of the junction. The metal coating of the wire electrodes can serve as additional solder, which when welding the ends of the wire electrodes will lead to an increase in the size of the junction (king) and soldering of the wire electrodes to the heat-sinking clamp, which increases the percentage of defects. Increasing the size of the junction leads to a decrease in the accuracy of the thermocouple and an increase in its inertia. The device does not provide the production of thermocouples in the form of a single technological cycle; it is necessary to use additional technological operations, for example, applying layers of ductile metal to the surface of the electrodes, which requires additional equipment and a significant investment of working time. The technological process for manufacturing a thermocouple using this device is complex, labor-intensive, expensive and difficult to reproduce.

Известно устройство для изготовления микротермопар (RU 2681859 С2, МПК В23К 11/04, G01K 7/02, 13.03.2019), включающее бункер с графитовым порошком, зажимное приспособление с губками на наконечнике, оптический бинокулярный микроскоп, зажим для скручивания проволок. A device for the manufacture of microthermocouples (RU 2681859 C2, MPK V23K 11/04, G01K 7/02, 03/13/2019) is known, including a hopper with graphite powder, a clamping device with jaws on the tip, an optical binocular microscope, a clamp for twisting wires.

Недостатком такого устройства для изготовления термопар является большой размер шарика (спая) термопары относительно диаметра проволоки, что является негативным фактором, поскольку размер спая влияет на инертность термопары – чем больше диаметр спая, тем выше инертность. Во время оплавления скрутки согласно упомянутому патенту частицы графита привариваются к спаю, а в самом шарике также образуются окислы и карбиды металлов, поскольку фактически плавление металлов проволочных электродов происходит в газовой среде (между частицами графита находится воздух, углекислый газ, получающийся при испарении твердого углерода и т.д.). Чтобы удалить частицы графита и окислов, требуется травление места спая в кислотах. Химическое травление является трудоемкой и вредной технологической операцией. Но последующая химическая обработка шарика не в полной мере удаляет побочные продукты химического взаимодействия расплавленного металла с графитом и газами. В силу перечисленных причин при сварке проволочных электродов в спае содержится большое количество побочных продуктов, что противоречит основным требованиям, предъявляемым к термопарным спаям (Геращенко О.В., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения: Справочное руководство. Киев, Наукова думка, 1965, с.95). Технологический процесс изготовления термопары согласно указанному патенту сложен, требует много времени, высокой квалификации персонала, дополнительные материалы и оборудование.The disadvantage of such a device for making thermocouples is the large size of the thermocouple ball (junction) relative to the diameter of the wire, which is a negative factor, since the size of the junction affects the inertness of the thermocouple - the larger the diameter of the junction, the higher the inertness. During the melting of the twist according to the mentioned patent, graphite particles are welded to the junction, and metal oxides and carbides are also formed in the ball itself, since in fact the melting of the metals of the wire electrodes occurs in a gaseous environment (between the graphite particles there is air, carbon dioxide resulting from the evaporation of solid carbon and etc.). To remove graphite particles and oxides, etching of the junction in acids is required. Chemical etching is a labor-intensive and harmful technological operation. But subsequent chemical treatment of the ball does not fully remove the by-products of the chemical interaction of the molten metal with graphite and gases. Due to the above reasons, when welding wire electrodes, the junction contains a large number of by-products, which contradicts the basic requirements for thermocouple junctions (Gerashchenko O.V., Fedorov V.G. Thermal and temperature measurements: A reference guide. Kiev, Naukova Dumka, 1965, p.95). The technological process for manufacturing a thermocouple according to this patent is complex, requires a lot of time, highly qualified personnel, additional materials and equipment.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для изготовления микротермопар (RU 2660323 C1, МПК G01K 7/02, H01L 35/34, B23K 11/04, B23K 11/26, 05.07.2018) с диаметром проволок 200 мкм и менее встык, включающее станину, оптический бинокулярный микроскоп, цифровую видеокамеру, подсоединенную к монитору, два расположенных оппозитно зажима для проволочных электродов и сопло для подачи технологического газа в место сварки, электронный блок для воспроизведения сварочного импульса.The closest technical solution is a device for the manufacture of microthermocouples (RU 2660323 C1, IPC G01K 7/02, H01L 35/34, B23K 11/04, B23K 11/26, 07/05/2018) with a wire diameter of 200 μm or less end-to-end, including frame, optical binocular microscope, digital video camera connected to the monitor, two opposite clamps for wire electrodes and a nozzle for supplying process gas to the welding site, an electronic unit for reproducing the welding pulse.

Недостатком этого устройства является то, что для сварки тонких, микронного типоразмера, проводов встык требуется предварительная точная обработка торцов проводов, поскольку от качества прилегания свариваемых встык проводов зависит качество сварки. Технологическая операция сведения торцов двух тонких проводов с погрешностью несколько микрометров по двум координатам в точку сварки является трудоемкой и длительной, требующей высокой квалификации персонала. Усилие сжатия торцов проволок также зависит от степени квалификации персонала. Устройство не обеспечивает изготовление термопар в виде единого технологического цикла, необходимо применение дополнительных технологических операций, а именно – необходима предварительная точная обработка торцов тонких проволок для получения плоскости их среза, перпендикулярной оси проволок. Применение данного устройства требует дополнительного оборудования, значительных затрат рабочего времени и высокой квалификации персонала. Кроме того, сварка встык при большом диаметре проволок представляет сложности и не всегда позволяет получить идентичные спаи в партии термопар. Перечисленные факторы не позволяют обеспечить повторяемость технологического процесса и, соответственно, одинаковое качество термопар. Следует заметить, что устройство позволяет получать сварочный спай только при сварке встык, что не дает возможности изготовления более востребованных и распространенных термопар при параллельном расположении проволок. The disadvantage of this device is that for butt welding of thin, micron-sized wires, preliminary precise processing of the ends of the wires is required, since the quality of welding depends on the quality of the fit of the wires being butt welded. The technological operation of bringing the ends of two thin wires together with an error of several micrometers along two coordinates to the welding point is labor-intensive and time-consuming, requiring highly qualified personnel. The compression force of the ends of the wires also depends on the level of qualification of the personnel. The device does not ensure the production of thermocouples in the form of a single technological cycle; it is necessary to use additional technological operations, namely, preliminary precise processing of the ends of thin wires is necessary to obtain a cut plane perpendicular to the axis of the wires. The use of this device requires additional equipment, significant investment of working time and highly qualified personnel. In addition, butt welding with large wire diameters is difficult and does not always make it possible to obtain identical junctions in a batch of thermocouples. The listed factors do not allow us to ensure repeatability of the technological process and, accordingly, the same quality of thermocouples. It should be noted that the device makes it possible to obtain a welding junction only when butt welding, which does not make it possible to produce more popular and common thermocouples with parallel arrangement of wires.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:The technical result of the proposed invention is:

- обеспечение высокого качества спаев при изготовлении термопар;- ensuring high quality of junctions in the manufacture of thermocouples;

- упрощение технологического процесса изготовления термопар и снижение квалификационных требований к обслуживающему персоналу;- simplification of the technological process of manufacturing thermocouples and reducing qualification requirements for operating personnel;

- увеличение производительности изготовления термопар;- increasing the productivity of thermocouples manufacturing;

- уменьшение себестоимости изготовления термопар.- reducing the cost of manufacturing thermocouples.

Указанный технический результат достигается тем, что предложено:The specified technical result is achieved by what is proposed:

1. Устройство для изготовления термопар, содержащее основание, на котором установлены два расположенных оппозитно зажимных приспособления для проволочных электродов, над которыми размещен оптический бинокулярный микроскоп, сопло для подачи технологического газа, цифровая увеличивающая видеокамера, подсоединенная к монитору, отличающееся тем, что на основании установлен источник лазерного излучения с возможностью перемещения по трем координатам, совмещенный с микроскопом и видеокамерой, при этом на основании соосно размещены на заданном расстоянии на двух опорах два осесимметричных двухканальных держателя с зажимными приспособлениями, причем установленный на первой опоре держатель оснащен устройством для вращения вокруг своей продольной оси, а держатель, размещенный на другой опоре, выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси и снабжен элементом аккумулирования усилий и по своей внешней стороне образует вместе с упомянутой опорой подшипник скольжения.1. A device for manufacturing thermocouples, containing a base on which two oppositely located clamping devices for wire electrodes are installed, above which an optical binocular microscope is placed, a nozzle for supplying process gas, a digital magnifying video camera connected to a monitor, characterized in that a a laser radiation source with the ability to move along three coordinates, combined with a microscope and a video camera, while on the base two axisymmetric two-channel holders with clamping devices are coaxially placed at a given distance on two supports, and the holder installed on the first support is equipped with a device for rotation around its longitudinal axis , and the holder, placed on another support, is configured to move along the longitudinal axis and is equipped with an element for accumulating forces and along its outer side forms a sliding bearing together with the said support.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства для вращения используют самотормозящую червячную передачу.2. The device according to claim 1, characterized in that a self-braking worm gear is used as a rotation device.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве элемента аккумулирования растягивающего усилия и возврата в исходное положение используют пружину.3. The device according to claim 1, characterized in that a spring is used as an element for accumulating tensile force and returning to its original position.

На фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6 представлены чертежи, иллюстрирующие представленное техническое решение, а на фиг.7 показано фото образцов полученных термопар, где:Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 5 and Figure 6 show drawings illustrating the presented technical solution, and Figure 7 shows a photo of samples of the resulting thermocouples, where:

- фиг.1 – схематически показан основной вид устройства с пропущенными двумя проволочными электродами 11, 12 через полые каналы осесимметричных держателей 8, 9 и зафиксированными зажимами 10 от осевого перемещения относительно каналов держателей 8, 9;- Fig.1 – schematically shows the main view of the device with two wire electrodes 11, 12 passed through the hollow channels of axisymmetric holders 8, 9 and clamps 10 fixed against axial movement relative to the channels of the holders 8, 9;

- фиг.2 – схематически представлен вид Б  на устройство; - Fig.2 – schematically shows view B of the device;

- фиг.3 – схематически показано сечение Е-Е подшипника скольжения;- Fig.3 – cross-section E-E of a plain bearing is schematically shown;

- фиг.4 – схематически представлена скрутка 17 проволочных электродов в зоне лазерной сварки между держателями 8, 9 и возникновение в скрутке 17 разрывного усилия;- Fig.4 – schematically shows the twisting of 17 wire electrodes in the laser welding zone between holders 8, 9 and the occurrence of a breaking force in the twisting 17;

- фиг.5 – схематически представлена подача технологического газа на область скрутки 17, подача лазерного импульса на скрутку 17 и формирование в пятне контакта первичного жидкого спая 18 из жидкого металла;- Fig.5 – schematically shows the supply of process gas to the twisting area 17, the supply of a laser pulse to twisting 17 and the formation of a primary liquid junction 18 of liquid metal in the contact spot;

- фиг.6 – схематически показано разделение под действием разрывного усилия сжатой пружины 16 первичного жидкого спая на два вторичных жидких спая 19, 20 с последующим формированием на скрутках электродов сферических корольков.- Fig.6 – schematically shows the division under the action of the breaking force of the compressed spring 16 of the primary liquid junction into two secondary liquid junctions 19, 20 with the subsequent formation of spherical beads on the twisted electrodes.

- фиг.7 – показан внешний вид образцов термопар, причем для демонстрации малых размеров термопар приложена спичечная головка.- Fig.7 – shows the appearance of thermocouple samples, and a match head is attached to demonstrate the small size of thermocouples.

Предлагаемое устройство содержит источник лазерного излучения 1 который установлен на основании 2 с возможностью перемещения по трем взаимно перпендикулярным координатам, как показано на фиг.1. Источник лазерного излучения 1 совмещен с бинокулярным микроскопом и видеокамерой 3, к которой подсоединен монитор 4, устройством подачи технологического газа 5 в зону лазерной сварки проволочных электродов 11, 12. На основании 2 имеются две опоры 6 и 7, на которых соосно размещены два осесимметричных двухканальных держателя 8 и 9 с зажимами 10 для проволочных электродов 11 и 12. Двухканальный держатель 8 установленный на опоре 7 снабжен устройством для вращения держателя 8 вокруг своей продольной оси без продольного перемещения, например, самотормозящейся червячной передачей, в состав которой входит зубчатое колесо 13, червяк 14 и маховик 15, как показано на фиг. 2. Держатель 8 жестко соосно закреплен на зубчатом колесе 13 и может вращаться вместе с зубчатым колесом 13. При вращении маховика 15 крутящий момент передается на червяк 14 и, далее, на зубчатое колесо 13 вместе с держателем 8, вследствие чего зубчатое колесо 13 вместе с держателем 8 и зажимом 10 приводится во вращение. Другой держатель 9, размещенный на опоре 6, снабжен устройством для продольного перемещения без осевого вращения, например, по своей внешней стороне выполнен с опорой 6 в виде четырёхугольного подшипника скольжения, как показано на фиг.3. Таким образом, держатель 9 вместе с зажимом 10 может перемещаться вдоль своей продольной оси без осевого вращения. Между опорой 6 и держателем 9 с зажимом 10 размещена пружина сжатия 16. При вращении маховика 15 происходит поворот зубчатого колеса 13 и, соответственно, держателя 8 на нужное количество оборотов. При этом в зоне между держателями 8 и 9 происходит закрутка проволочных электродов 11 и 12, как показано на фиг. 4. При скручивании проволочных электродов 11 и 12 появляется стягивающее усилие между держателями 8 и 9, поскольку проволочные электроды 11 и 12 жестко закреплены зажимами 10 и не могут перемещаться в каналах держателей 8 и 9. Под действием этого усилия происходит перемещение держателя 9 в сторону скрутки проволочных электродов 11, 12 и сжатие пружины 16. The proposed device contains a laser radiation source 1 which is mounted on a base 2 with the ability to move along three mutually perpendicular coordinates, as shown in Fig.1. The laser radiation source 1 is combined with a binocular microscope and a video camera 3, to which a monitor 4 is connected, a device for supplying process gas 5 to the laser welding zone of wire electrodes 11, 12. On the base 2 there are two supports 6 and 7, on which two axisymmetric two-channel holder 8 and 9 with clamps 10 for wire electrodes 11 and 12. The two-channel holder 8 mounted on the support 7 is equipped with a device for rotating the holder 8 around its longitudinal axis without longitudinal movement, for example, a self-braking worm gear, which includes a gear 13, a worm 14 and flywheel 15, as shown in FIG. 2. The holder 8 is rigidly coaxially fixed to the gear wheel 13 and can rotate together with the gear wheel 13. When the flywheel 15 rotates, the torque is transmitted to the worm 14 and, further, to the gear wheel 13 together with the holder 8, as a result of which the gear wheel 13 together with the holder 8 and the clamp 10 are driven into rotation. Another holder 9, placed on the support 6, is equipped with a device for longitudinal movement without axial rotation, for example, on its outer side it is made with a support 6 in the form of a quadrangular sliding bearing, as shown in Fig.3. Thus, the holder 9 together with the clamp 10 can move along its longitudinal axis without axial rotation. Between the support 6 and the holder 9 with the clamp 10 there is a compression spring 16. When the flywheel 15 rotates, the gear wheel 13 and, accordingly, the holder 8 rotates by the required number of revolutions. In this case, in the area between the holders 8 and 9, the wire electrodes 11 and 12 are twisted, as shown in Fig. 4. When twisting wire electrodes 11 and 12, a tightening force appears between holders 8 and 9, since wire electrodes 11 and 12 are rigidly fixed by clamps 10 and cannot move in the channels of holders 8 and 9. Under the influence of this force, holder 9 moves in the direction of twisting wire electrodes 11, 12 and spring compression 16.

Скручивание проволочных электродов 11, 12 держателями 8, 9 происходит путем вращения вокруг своей продольной оси одного держателя 8 и возвратно-поступательного движения другого держателя 9.Twisting of wire electrodes 11, 12 by holders 8, 9 occurs by rotation of one holder 8 around its longitudinal axis and reciprocating movement of the other holder 9.

Предложенное устройство для изготовления термопар работает следующим образом. В качестве источника лазерного излучения 1 используется лазерная установка модели ЛАТ-С-300. Источник лазерного излучения 1 совмещен с бинокулярным микроскопом и видеокамерой 3, к которой подсоединен монитор 4, устройством подачи технологического газа 5 в зону лазерной сварки проволочных электродов 11, 12. В качестве проволочных электродов 11, 12 используется проволока из хромеля и алюмеля (ГОСТ 1790-2016 Межгосударственный стандарт. Проволока из сплавов хромель, алюмель, копель и константан для термоэлектродов термоэлектрических преобразователей) диаметром 0,2 мм. Предварительно проволока пропускается через осесимметричные двухканальные держатели 8 и 9. Далее проволочные электроды 11 и 12 фиксируются от осевого перемещения относительно держателей 8 и 9 посредством зажимов 10. При вращении маховика 15 происходит поворот зубчатого колеса 13 и, соответственно, держателя 8 на нужное количество оборотов. При этом в зоне между держателями 8 и 9 получается скрутка 17 проволочных электродов 11 и 12, как показано на фиг. 4. При скручивании проволочных электродов 11 и 12 появляется стягивающее усилие между держателями 8 и 9. Под действием этого усилия происходит перемещение держателя 9 в сторону скрутки 17 и сжатие пружины 16. Далее в зазор между держателями 8 и 9 на скрутку 17 подавался технологический газ. В качестве технологического газа применялась смесь газовая ТУ 2114-002-45905715-2015 аргон (99% Ar) + водород (1% Н2). После этого, с временной задержкой в несколько секунд, на скрутку 17 подавался лазерный импульс, в результате чего формировалось пятно контакта с последующим образованием первичного жидкого спая 18 из расплавленных металлов проволочных электродов 11 и 12, как показано на фиг. 5. Под действием растягивающего усилия пружины 16 в центре первичного жидкого спая 18 происходит разделение на два вторичных жидких спая 19 и 20 и разведение на несколько миллиметров зафиксированных в держателях 8, 9 проволочных электродов 11, 12 в противоположные стороны, как показано на фиг. 6. При этом пружина 16 распрямляется и возвращает в исходное положение держатель 9. Под действием сил поверхностного натяжения два вторичных жидких спая 19 и 20 приобретают сферическую форму, далее они охлаждаются и затвердевают. Процесс формирования первичного жидкого спая 18 и, далее, вторичных жидких спаев 19 и 20, а также их последующее охлаждение происходят в среде инертного газа, что уменьшает образование окисных пленок, а это повышает гомогенность спая. The proposed device for making thermocouples works as follows. A laser installation model LAT-S-300 is used as a source of laser radiation 1. The laser radiation source 1 is combined with a binocular microscope and a video camera 3, to which a monitor 4 is connected, a device for supplying process gas 5 to the laser welding zone of wire electrodes 11, 12. Wire electrodes 11, 12 are made of chromel and alumel wire (GOST 1790- 2016 Interstate standard. Wire made of chromel, alumel, copel and constantan alloys for thermoelectrodes of thermoelectric converters) with a diameter of 0.2 mm. First, the wire is passed through axisymmetric two-channel holders 8 and 9. Next, the wire electrodes 11 and 12 are fixed from axial movement relative to the holders 8 and 9 by means of clamps 10. When the flywheel 15 rotates, the gear wheel 13 and, accordingly, the holder 8 rotates by the required number of revolutions. In this case, in the area between the holders 8 and 9, 17 twisted wire electrodes 11 and 12 are obtained, as shown in Fig. 4. When twisting the wire electrodes 11 and 12, a tightening force appears between the holders 8 and 9. Under the influence of this force, the holder 9 moves towards the twist 17 and the spring 16 is compressed. Next, process gas was supplied into the gap between the holders 8 and 9 for the twist 17. The gas mixture TU 2114-002-45905715-2015 argon (99% Ar) + hydrogen (1% H2 ) was used as a process gas. After this, with a time delay of several seconds, a laser pulse was applied to the twist 17, as a result of which a contact patch was formed, followed by the formation of a primary liquid junction 18 from the molten metals of the wire electrodes 11 and 12, as shown in Fig. 5. Under the action of the tensile force of the spring 16 in the center of the primary liquid junction 18, a division occurs into two secondary liquid junctions 19 and 20 and the wire electrodes 11, 12 fixed in the holders 8, 9 are moved apart by several millimeters in opposite directions, as shown in Fig. 6. In this case, the spring 16 straightens and returns the holder 9 to its original position. Under the action of surface tension forces, two secondary liquid junctions 19 and 20 acquire a spherical shape, then they cool and solidify. The process of forming the primary liquid junction 18 and, subsequently, the secondary liquid junctions 19 and 20, as well as their subsequent cooling, occurs in an inert gas environment, which reduces the formation of oxide films, and this increases the homogeneity of the junction.

В качестве технологического газа применялась смесь газовая, состоящая из 99% аргона (Ar) и 1% водорода (Н2). Содержащаяся в газовой смеси добавка водорода позволяет практически полностью восстановить образовавшиеся в результате расплавления проволочных электродов окислы металлов и тем самым улучшить качество спая. A gas mixture consisting of 99% argon (Ar) and 1% hydrogen ( H2 ) was used as a process gas. The addition of hydrogen contained in the gas mixture makes it possible to almost completely restore the metal oxides formed as a result of the melting of wire electrodes and thereby improve the quality of the junction.

В результате разделения первичного спая 18 на две части, вторичные спаи 19, 20 полученных двух термопар имеют малую массу и размеры, что повышает чувствительность термопар и снижает их инерционность. As a result of dividing the primary junction 18 into two parts, the secondary junctions 19, 20 of the resulting two thermocouples have a low mass and size, which increases the sensitivity of thermocouples and reduces their inertia.

Завершающей операцией является ослабление зажимов 10 и извлечение готовых двух термопар из держателей 8 и 9.The final operation is to loosen the clamps 10 and remove the completed two thermocouples from the holders 8 and 9.

Таким образом, технологический процесс с использованием предложенного устройства обладает хорошей повторяемостью, что доказано изготовлением большого количества термопар. Кроме того, технологический процесс с использованием предложенного устройства не требует дорогостоящего технологического оборудования и имеет высокую производительность, поскольку за один технологический цикл изготавливаются две термопары. Устройство для изготовления термопар обеспечивает хорошее качество спаев, поскольку процесс происходит в инертно-восстановительной среде без применения посторонних металлов и веществ. Устройство является универсальным для широкого ряда применяемых диаметров проволочных электродов. Также себестоимость полученных с использованием данного устройства термопар снижается практически в два раза, поскольку расходные материалы и ресурсы (инертный газ, вода, электричество, подготовительно-заключительное время и т.д.) расходуются на изготовление не одной, а одновременно двух термопар. Thus, the technological process using the proposed device has good repeatability, which is proven by the manufacture of a large number of thermocouples. In addition, the technological process using the proposed device does not require expensive technological equipment and has high productivity, since two thermocouples are manufactured in one technological cycle. The device for making thermocouples ensures good quality of junctions, since the process takes place in an inert reducing environment without the use of foreign metals and substances. The device is universal for a wide range of used wire electrode diameters. Also, the cost of thermocouples produced using this device is reduced by almost half, since consumables and resources (inert gas, water, electricity, preparatory and final time, etc.) are spent on the production of not one, but two thermocouples at the same time.

Claims (3)

1. Устройство для изготовления термопар, содержащее основание, на котором установлены два расположенных оппозитно зажимных приспособления для проволочных электродов, над которыми размещен оптический бинокулярный микроскоп, сопло для подачи технологического газа, цифровая увеличивающая видеокамера, подсоединенная к монитору, отличающееся тем, что на основании установлен источник лазерного излучения с возможностью перемещения по трем координатам, совмещенный с микроскопом и видеокамерой, при этом на основании соосно размещены на заданном расстоянии на двух опорах два осесимметричных двухканальных держателя с зажимными приспособлениями, причем установленный на первой опоре держатель оснащен устройством для вращения вокруг своей продольной оси, держатель, размещенный на другой опоре, выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси и снабжен элементом аккумулирования растягивающего усилия и возврата в исходное положение, а по своей внешней стороне образует вместе с упомянутой опорой подшипник скольжения.1. A device for manufacturing thermocouples, containing a base on which two oppositely located clamping devices for wire electrodes are installed, above which an optical binocular microscope is placed, a nozzle for supplying process gas, a digital magnifying video camera connected to a monitor, characterized in that a a laser radiation source with the ability to move along three coordinates, combined with a microscope and a video camera, while on the base two axisymmetric two-channel holders with clamping devices are coaxially placed at a given distance on two supports, and the holder installed on the first support is equipped with a device for rotation around its longitudinal axis , the holder, placed on another support, is configured to move along the longitudinal axis and is equipped with an element for accumulating tensile force and returning to its original position, and along its outer side forms a sliding bearing together with the said support. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства для вращения использована самотормозящая червячная передача.2. The device according to claim 1, characterized in that a self-braking worm gear is used as a rotation device. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве элемента аккумулирования растягивающего усилия и возврата в исходное положение использована пружина.3. The device according to claim 1, characterized in that a spring is used as an element for accumulating tensile force and returning to its original position.
RU2023111305A 2023-05-02 Device for making thermocouples RU2812459C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2812459C1 true RU2812459C1 (en) 2024-01-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2399893C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-20 Юрий Валерьевич Будкин Procedure for fabrication of hot joint of thermocouple out of refractory metal
CN204975655U (en) * 2015-07-14 2016-01-20 中南大学 Thermocouple welding device
RU2660323C1 (en) * 2017-08-04 2018-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Device for microthermocouples manufacturing
RU2674554C1 (en) * 2017-11-15 2018-12-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device for butt seam welding tips of thin thermocouple wires
RU2781399C1 (en) * 2022-02-08 2022-10-11 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for manufacturing thermocouples

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2399893C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-20 Юрий Валерьевич Будкин Procedure for fabrication of hot joint of thermocouple out of refractory metal
CN204975655U (en) * 2015-07-14 2016-01-20 中南大学 Thermocouple welding device
RU2660323C1 (en) * 2017-08-04 2018-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Device for microthermocouples manufacturing
RU2674554C1 (en) * 2017-11-15 2018-12-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device for butt seam welding tips of thin thermocouple wires
RU2781399C1 (en) * 2022-02-08 2022-10-11 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Method for manufacturing thermocouples

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
Pang et al. Intermetallic growth studies on Sn-Ag-Cu lead-free solder joints
Feng et al. Microstructure and properties of Cu/Al joints brazed with Zn–Al filler metals
Wiskott et al. Mechanical and elemental characterization of solder joints and welds using a gold-palladium alloy
Kumar et al. Micro-welding of stainless steel and copper foils using a nano-second pulsed fiber laser
RU2812459C1 (en) Device for making thermocouples
Monika et al. The effect of heat input on the mechanical properties of MIG welded dissimilar joints
CN112975130A (en) Welding process of aluminum alloy, copper alloy and nickel-plated copper for lithium battery tab
US20130002850A1 (en) Inspection of a component
RU2781399C1 (en) Method for manufacturing thermocouples
FR2634577A1 (en) SUMMER FOR A NUCLEAR REACTOR HEART AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
RU2827345C1 (en) Method of making thermocouples and device for its implementation
Różowicz et al. An analysis of the microstructure, macrostructure and microhardness of NiCr-Ir joints produced by laser welding with and without preheat
JP6032846B2 (en) Welding and sealing method for sheathed electrothermal pair tip
US5616258A (en) Process and apparatus for micro-arc welding
EP3919219A1 (en) Welding method for connecting a first connector to a second connector, the use of the welding method, and the welding connection
RU2820954C1 (en) Method of manufacturing heat-sensing element of heat flow sensor with transverse temperature gradient and device for its implementation
US9908194B2 (en) Method for establishing a permanent bond between a ferrous alloy and an aluminium or an aluminium alloy
KR101600604B1 (en) apparatus for welding inspection using temperature profile and method thereof
Poláková et al. CMT welding of titanium and stainless steel using CuSi3 electrode
KR100906146B1 (en) Brazing-welding system of nuclear fuel rod and method there of
JP4431784B2 (en) Method for manufacturing ultrafine wire thermocouple and jig for manufacturing
CN110877141A (en) Preparation method of test piece for testing tensile property of metal deposited by MIG (metal-inert gas) welding aluminum alloy welding wire
CN111438433B (en) Method for measuring peak temperature of FSW welding seam center area and welding tool
JP7518469B2 (en) Temperature/reaction force measuring device and temperature/reaction force measuring method