Способ автоматического управления процессом пайки

Способ автоматического управления процессом пайки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам управления процессом пайки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества пайки за счет более точного определения момента окончания нагрева и воздействия на газовые и неметаллические включения в расплавленном припое. Паяемые детали размещают в устройстве для пайки, производят настройку канала измерения по фактическому размещению деталей, осуществляют нагрев и воздействуют на детали пилообразным периодическим импульсным магнитным полем, характеризующимся условиями H≤500√2Σ/R*98M<SB POS="POST">0</SB><SP POS="POST">.</SP>*98M<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">-1</SP>, R<SB POS="POST">ф1</SB>≥φγ*98M<SB POS="POST">0</SB>*98M<SB POS="POST">2</SB>S<SP POS="POST">2</SP>/4, &Tgr;<SB POS="POST">ф</SB> @ &ast;98&tgr;<SB POS="POST">ф</SB> @ , где H - максимальная напряженность магнитного поля в области зазора под пайку, σ - поверхностное натяжение расплава припоя

R - величина зазора под пайку

μ<SB POS="POST">0</SB> - магнитная проницаемость вакуума

μ<SB POS="POST">2</SB> - относительная магнитная проницаемость материала деталей

&Tgr;<SB POS="POST">ф</SB> @ и &Tgr;<SB POS="POST">ф</SB> @ длительности фронта нарастания и фронта спада напряженности магнитного поля соответственно

γ - удельная электропроводность материала деталей

S - расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку. Одновременно регистрируют амплитуду или частоту собственных колебаний резонансного контура канала измерения и по их величине формируют программу управления процессом пайки. Наложение импульсного магнитного поля на паяемые детали позволяет точно определить момент окончания заполнения зазора припоем и обеспечивает колебания припоя, приводящие к удалению из зазора газовых пузырей и неметаллических включений, что повышает качество паяных соединений. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

40 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4643361/31-27 (22) 26.12.88 (46) 07.12.90. Бюл. № 45 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института радиофизики и электроники АН УССР (72) А. M. Губарь и Ю. А. Кузнецов (53) 621.791.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 341612, кл. В 23 К 1/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 1039662, кл. В 23 К 3/00, 1983.

Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник./ Под ред. Г. С. Самойловича. — М.: Машиностроение, 1976, с. 251. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПАЙКИ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к способам управления процессом пайки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения — повышение качества пайки за счет более точного определения момента оконча-. ния нагрева и воздействия на газовые и неметаллические включения в расплавленном припое. Паяемые детали размещают в устройстве для пайки, производят настройку канала измерения по фактическому размеИзобретение относится к области пайки, в частности к способам управления процессом пайки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, приборостроения и электронной промышленности.

На фиг. 1 представлена схема реализации процесса пайки; на фиг. 2 — схема функциональных связей между системой воздействия на паяемые детали и системой управления процессом пайки; на фиг. 3 — траектории вихревых потоков в месте стыка детаЛ0 1611621 А 1

2 щению деталей, осуществляют нагрев и воздействуют на детали пилообразным периодическим импульсным магнитным полем, хаРа еяиааюшимся условиями Н(5ддуууу у

/Rpo уг 10, т<1 ??????0??????>

Н вЂ” максимальная напряженность магнитного поля в области зазора под пайку; о поверхностное натяжение расплава припоя;

R — величина зазора под пайку; р0 — магнитная проницаемость вакуума; pq — относительная магнитная проницаемость материала деталей; т и т.ф — длительность фронта нарастания и фронта спада напряженности магнитного поля, соответственно; у — удельная электропроводность метариала деталей;

S — расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку. Одновременно регистрируют амплитуду или частоту собственных колебаний резонансного контура канала измерения и по их величине формируют программу управления процессом пайки. Наложение импульсного магнитного поля на паяемые детали позволяет точно определить момент окончания заполнения зазора припоем и обеспечивает колебания припоя, приводящие к удалению из зазора газовых пузырей и неметаллических включений, что повышает качество паяных соединений. 6 ил. лей до расплавления припоя; на фиг. 4— траектория вихревых токов в месте стыка деталей после расплавления припоя; на фиг. 5 — диаграмма изменения амплитуды пилообразного периодического импульсного магнитного поля; на фиг. 6 — диаграмма изменения амплитуды и частоты сигнала управления.

Целью изобретения является повышение качества пайки за счет более точного определения момента окончания нагрева и воз1611621

H(5000 л g Pp 11)- 5 тф ) тф!))тф2, действия на газовые и неметаллические включения в расплавленном припое.

Способ реализуется следующим образом.

Паяемые детали 1 размещают в устройстве, для пайки производят настройку канала измерения по фактическому размещению паяемых деталей, осуществляют нагрев и воздействуют на детали 1 пилообразным периодическим импульсным магнитным полем, характеризующимся условиями где Н вЂ” максимальная напряженность магнитного поля в области зазора под пайку; а — поверхностное натяжение расплаВа припоя;

R — величина зазора под пайку;

pu — магнитная проницаемость вакуума; р — относительная магнитная проницаемость материала деталей; тф — длительность фронта нарастания напряженности магнитного поля; у — удельная электропроводность материала деталей; — расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку; тф — длительность фронта спада напряженности магнитного поля.

Одновременно регистрируют амплитуду ил и частоту собственных колебаний резонансного контура 2 канала измерения и по их величине формируют программу управления процессом пайки.

Суть происходящих процессов заключается в регистрации изменения электродвижущей силы в обмотке датчика, что позволяет сформировать программу управления процессом пайки путем регулирующих воздействий на режим выдержки и охлаждений в сочетании с регулирующим воздействием на характер механических колебаний посредством управления переменным магнитным потоком.

Г1илообразное периодическое магнитное поле наиболее эффективно обеспечивает возбуждение как собственных электромагнитных колебаний в резонансном контуре 2 датчика, так и механических колебаний деталей 1.

Помимо процессов управления пилообразное импульсное магнитное поле оказывает комбинированное воздействие в виде медленно возрастающего поля, сформированного тф, и быстро уменьшающегося, обусловленного тфг. Медленные изменения поля проникают на большую глубину и обусловлены рядом факторов: электропроводностью, магнитной проницаемостью и конфигурацией самого поля. При наличии неметаллических либо

55 газовых включений возникают силы противодействия, локализованные в этих областях и воздействующие на поверхности раздела металл-включение, что в случае периодического их изменения приводит к возникновению колебаний расплава припся по всей глубине, при выполнении условия

> г po p2 тф ) — — — ——

При меньшем тф колебания не пронь кают на всю глубину расплава припоя и газовые пузыри могут в нем остаться.

Быстрое изменение поля, сформированное тф, обусловливает возникновение поверхностных токов и несет информацию о форме поверхности в виде интегральной величины, фиксируемой контуром канала измерения.

Расплав припоя заполняет зазор под пайку в процессе нагрева и изменяет этим величину сигнала в контуре измерения. Кроме этого, поверхностные вихревые токи, «подтекая» в зазор, создают поверхностные колебания расплава, уменьшая энергию выхода на поверхность расплава неметаллических включений и газов.

Величина требуемой напряженности магнитного поля обусловлена величиной сил противодействия, направленных навстречу, и ограничивается величиной сил поверхностного натяжения расплава припоя в зазоре под пайку., поскольку превышение этой величины вызывает выталкивание припоя из зазоров.

Система воздействия и управления может быть выполнена в виде источника 3 нагрева, сборки паяемых деталей 1, источника 4 пилообразного периодического импульсного магнитного поля, резонансного колебательного контура 2 канала измерения, формирователя 5 программы управления. Эти системы охвачены функциональными связями в виде поля 6 возбуждения вихревых токов, поля 7 возбуждения резонансного колебательного контура канала измерения, индуктивной связи 8 между полями 6 и 7, сигнала 9 управления программой по изменению амплитуды либо частоты, сигналов 10 и 11 формирования программы управления процессом пайки.

Прил ер. Паяли волноводное устройство, состоящее из медных пластин, собранных в пакет. Габариты изделия 40)(40)(20 мм.

В качестве источника 3 нагрева применяли сфокусированный световой луч, например излучение ксеноновой лампы высокого давления, Индуктор источника 4 магнитного поля и катушки индуктивности контура 2 выполняли в виде соленоидов, охватывающих детали 1. Помимо индуктора в источник 4 вводили электронный генератор токовых импульсов, формирующих воздействие пилообразного периодического импульсного магнитного поля.

Контур 2 с целью обеспечения согласования сигнала с входов формирователя 5 выполняли в виде электронного блока с пороговым устройством на входе, изменяющим состоя1611б21

Формула изобретения.

Н (500 ние при изменении амплитуды либо частоты и формирующим управляющее воздействие по заранее введенной временной программе.

Выполняли оценочный расчет длительности фронта нарастания напряженности магнитного поля тф . Для медных заготовок удельное электросопротивление р =

О

= О 0175 — — — -, S = 100 мм, у =, м

>7-Apr8 — з тф1) — — — — — — = 5 10 с.

В случае нарушения этого условия силы воздействия будут ограничены меньшими глубинами проникновения поля внутрь деталей и качество пайки на всей глубине зазора снизится ввиду ухудшения условий выхода включений из зазора.

Автоматическое управление процессом включает два этапа.

Первый этап (подготовительный) — операции по подготовке к пайке и операции по наладке средств автоматического управления.

Процесс включает в себя следующие операции: — посеребреные (Cp3! медные пластинки собирали на штифтах в пакет; пакет размещали в приспособлении в виде двух скоб с прокладками из нержавеющей стали; между скобами располагали источник 4 пилообразного импульсного магнитного поля в виде соленоида (п=70 витков) и катушку индуктивности резонансного колебательного контура (п=400 витков, емкость конденсатора C=15000 пф); устанавливали сборку на керамическое основание в контейнере; перемещением конденсатора света и контейнера добивались в режиме поджига лампы совмещения пятна света с зоной нагрева изделия; изменяя величину тока в катушке, эмпирически подбирали амплитуду импульсного магнитного поля по силе механических колебаний, подбирали режим источника 3 (Н=! э, тф = 10 мЯ, тф2= 5 р. К S); выполняли настройку канала измерения посредством подачи последовательности токовых импульсов на индуктор и путем изменения чувствительности формирователя 5 к амплитуде сигнала 9 выбирали режим формирования сигналов посредством порогового устройства (A=40V, частота подачи импульсов

50 Гц); вакуумным насосом путем откачки обеспечивали вакуум в контейнере (!Π—

10 4 мм рт.ст.); включали источник 3 нагрева в режиме рабочего тока ксеноновой лампы при включенной системе средств автоматического управления (рабочий режим лампы

1=100 А, Ь =30 В).

Второй этап (управляющий) заключался в следующем: лучистая энергия К разогревала изделие до температуры образования эвтектического расплава серебро-медь (Т=

=900 С); воздействие в процессе нагрева возрастающего поля (тф|), вызывало силы противодействия на всю глубину изделия, способствуя улучшению условий процесса пайки; заполнение расплавом эвтектики зазоров между деталями изменяло амплитуду сигнала 9 (амплитуда уменьшается с 40 до

38 В); изменение амплитуды сигнала 9 в формирователе преобразуется в управляющие сигналы !О и 11 с последующим отключением источников нагрева 3 и электромагнитн о го в озде и ств и я 4.

Отключение источников 3 и 4 воздействия завершало процесс пайки и управления. В зависимости от требований технологии применительно к условиям изготовления конкретных изделий в программу управления могут быть введены дополнительные условия по формированию изменения величины либо частоты подачи пилообразного импульсного магнитного поля с одновременным изменением режимов нагрева.

В случае выполнения пайки на воздухе с применением флюса способ позволяет регистрировать момент расплавления флюса и последующего расплавления припоя.

Источник 3 и формирователь 5 выполняются на базе стандартных полупроводниковых изделий, сигналы 10 и 11 управления формируются с помощью реле формирователя 5.

Испытания паяных образцов подтвердили повторяемость технологических режимов и высокое качество пайки. Качество контролировалось визуально путем выявления наличия непропаев после вскрытия шва. Дефекты в виде непропаев не выявлены.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять автоматическое управление процессом пайки по степени заполнения припоем зазоров между деталями, улучшает качественные характеристики процесса пайки путем совмещения процесса управления с возбуждением механических колебаний деталей паяемой сборки и перемешивания расплавленного припоя под воздействием вихревых токов.

Способ автоматического управления процессом пайки, включающий настройку канала измерения по фактическому размещению паяемых деталей, нагрев деталей, регистрирование состояния деталей и припоя, формирование сигналов программы выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пайки за счет более точного определения момента окончания нагрева и воздействия на газовые и неметаллические включения в расплавленном припое, на детали воздействуют пилообразным периодическим импульсным магнитным полем, характеризующимся условиями:

1611621

7-PO-P2 тф1) — — — — — —;

J т Ф 1))т Ф 2 где Н

11о

Фиг. 2 максимальная напряженность магнитного поля в области паяемого зазора; поверхностное натяжение расплавленного припоя; величина паяемого зазора; магнитная проницаемость вакума;

p2 — относительная магнитная проницаемость материала деталей; т ф1 — длительность фронта нарастания напряженности магнитного поля;

5 у — удельная электропроводность материала деталей;

S — расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку; тф2 — длительность фронта спада напряженности магнитного поля, регистрируют амплитуду или частоту собственных колебаний резонансного контура канала измерения и по их величине формируют программу управления процессом пайки.

1611621

CLI2. 6

Составитель Л. Абросимова

Редактор О. Юрковецкая Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 3797 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101