Особенности пайки элементов волноводно-распределительных трактов из алюминиевых сплавов с применением источника индукционного нагрева

Злобин С.К.; Михнев М.М.; Зайцев Р.В.; Лаптенок В.Д.

Решетневские чтения

УДК 621.372.83.001.24

С. К. Злобин, М. М. Михнев, Р. В. Зайцев ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

В. Д. Лаптенок Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ ПАЙКИ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛНОВОДНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИСТОЧНИКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

Рассматривается влияние формы индуктирующего провода на процесс пайки элементов волноводно-распределительных трактов из алюминиевых сплавов.

Тонкостенные трубы прямоугольного сечения из алюминиевых сплавов широко применяются для изготовления волноводных трактов в радиотехнике сантиметрового диапазона. В аэрокосмической промышленности жесткие ограничения по массе летательных аппаратов обусловливают применение волноводных труб с толщинами стенок от 0,5 мм. При этом прочностные показатели волноводных трактов, изготовленных с применением тонкостенных труб, должны быть достаточно высокими, для обеспечения их функциональных характеристик в течение всего срока актив -ного существования КА (для космических аппаратов связи САС - 12-15 лет).

Качественная пайка тонкостенных волноводных труб с более массивными фланцами, муфтами и уголками является сложной технологической задачей. Для обеспечения требуемых эксплуатационно-функциональных параметров волноводных трактов их поэлементная сборка осуществляется пайкой высокотемпературными припоями и флюсами, с применением источника индукционного нагрева [1]. Для производства качественных паяных соединений необходимо с особым вниманием отнестись к выбору оборудования и параметрам технологических режимов нагрева при пайке.

Индуктор - один из основных элементов оборудования, используемого при индукционном нагреве. Выбор профиля индуктирующего провода определяет технологические параметры процесса пайки, КПД системы «индуктор - нагреваемое тело», а также эксплуатационную надежность индуктора. В данном случае рассматриваются одновитковый плоский (рис. 1) и одновитковый сложного профиля (рис. 2) индукторы, в которых под влиянием поверхностного и кольцевого эффектов плотность тока по сечению индуктора распределяется неравномерно. Наибольшая плотность тока наблюдается на внутренних поверхностях индуктора, обращенных к трубе. На верхних и нижних поверхностях так же имеют место затекания тока, а на внешних поверхностях плотность тока минимальна.

Проекция распределения тока по сечению индуктирующего провода снята экспериментально с помощью индукционного датчика (см. рис. 1, 2). Также значения плотности тока по сечениям индукторов различной конфигурации и нагреваемых деталей получены при помощи программного комплекса

Е1сШ: 5.10 (рис. 3, рис. 4). При этом плотность тока на внутренних поверхностях индукторов больше плотности тока на внешних поверхностях до 3,2 раз. Плотность энергии электромагнитного поля индуктора пропорциональна распределению тока по его сечению.

Рис. 1. Распределение тока по поверхностям одновиткового плоского индуктора прямоугольного сечения

Рис. 2. Распределение тока по поверхностям одновиткового индуктора сложного профиля

Рис. 3. Плоский индуктор. Действующее значение плотности тока гполн (107 А/м2)

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

Рис. 4. Технологические зазоры между плоским индуктором и нагреваемыми изделиями

В соответствии с эффектом близости, в областях нагреваемых изделий, максимально приближенных к внутренним поверхностям индуктора, будут расположены зоны с наибольшей плотностью индуцированных вихревых токов, а соответственно и зоны максимального нагрева (далее ЗМН) (на рис. 1 и 2 глубина зачерненного слоя ЗМН пропорциональна плотности тока).

Плоские индукторы прямоугольного сечения достаточно широко применяются в составе оборудования для индукционной пайки элементов алюминиевых волноводных трактов. Однако отработка и воспроиз -ведение технологических режимов нагрева при пайке, определение технологических зазоров Ы и h2 (рис. 5) для данного типа индукторов является затруднительным. Это связано с тем, что при значении зазоров Ы и h2 > 2...3 мм (см. рис. 5), практически невозможно приблизить зоны максимального нагрева на изделиях к зоне пайки.

Рис. 5. Одновитковый индуктор сложного профиля. Действующее значение плотности тока 7полн (107 А/м2)

Плоские индукторы с меньшими размерами поперечного сечения и рабочего окна не применяются, так как используемая разъемная конструкция индукторов при необходимости надежного съема тепла охлаждающей жидкостью, что обусловлено конкретной

технологической задачей, приводит к значительному увеличению габаритов и массы индуктирующего провода.

Существенно меняется распределение температурных полей на нагреваемых изделиях при изменении профиля индуктирующего провода. Используя эффект близости, подбором соответствующей формы индуктора можно концентрировать нагрев в определенных частях поверхности паяемых изделий. Форма профиля индуктирующего провода (см. рис. 2), позволяет локализовать и максимально приблизить ЗМН к зоне пайки на изделии. Локализация зон максимального нагрева позволяет приблизить индуктор к паяемым изделиям на 1... 2 мм, что значительно повышает КПД системы «индуктор - нагреваемое тело». При этом сокращается время пайки на одних и тех же мощности и частоте тока в 1,5. 2 раза, по сравнению со временем пайки при применении плоского индуктора.

Таким образом, для решения конкретной технологической задачи - пайки высокотемпературным припоем элементов волноводно-распределительных трактов из алюминиевых сплавов с применением тонкостенных волноводных труб, - форма индуктирующего провода, указанная на рис. 2, является оптимальной.

В данный момент при изготовлении облегченных волноводных трактов в ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Ре-шетнева» используются индукторы с различной формой индуктирующего провода. Выбор индукторов, применяемых в конкретных технологических процессах, производится в соответствии с поставленными технологическими задачами. Волноводные тракты, собранные пайкой с применением высокотемпературного припоя, обладают меньшей массой по сравнению со сварными волноводами, малыми потерями энергии и повышенной радиогерметичностью. Они применены в составе антенно-фидерных систем успешно эксплуатируемого спутника «Луч 5А» и космических аппаратов «Луч 5Б» и «Ямал 300К», создаваемых сейчас в ОАО «ИСС».

Библиографическая ссылка

1. Пат. 2317184 РФ (С2). Способ изготовления вол-новодно-распределительных систем из алюминиевых сплавов / Михнев М. М., Чупилко В. Д., Липин А. Н. и др. ; ФГУП «НПО ПМ» им. академика М. Ф. Решет-нева.

S. K. Zlobin, M. M. Michnev, R. V. Zaitsev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

V. D. Laptenok

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE FEATURES OF THE RADIO-FREQUENSY SOLDERING OF ALUMINUM STRUCTURE ELEMENTS OF WAVEGUIDE DISTRIBUTIVE SYSTEMS

The impact of the inductor configuration on the soldering process of aluminum structure elements of waveguide distributive systems is examined.