CC BY
1
УДК 621.38
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИ СВАРКЕ И ПАЙКЕ ВОЛНОВОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СВЕТОВЫМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМ ЛУЧОМ
И. А. Гончаренко, С.И. Дадеко Научный руководитель - И.В. Трифанов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
Проведен анализ технологической возможности сварки и пайки волноводных элементов световым концентрированным лучом. Даны технические предложения по применению процесса нагрева световым лучом при изготовлении волноводов.
Ключевые слова: световой луч, волновод, сварной шов, интегрированный источник света, технологическое обеспечение качества.
TECHNOLOGICAL QUALITY ASSURANCE FOR WELDING AND SOLDERING OF WAVEGUIDE ELEMENTS WITH A CONCENTRATED LIGHT BEAM
I. A. Goncharenko, C.I. Dadeko Scientific supervisor - I. V. Trifanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
The analysis of the technological possibility of welding and soldering waveguide elements with a concentrated light beam is carried out. Technical proposals for the use of the light beam heating process in the manufacture of waveguides are given.
Keywords: light beam, waveguide, weld, integrated light source, technological quality assurance
Исследование проблем технологического обеспечения качества при изготовлении волноводных элементов является актуальной задачей.
Сварка пленки при изготовлении проводящего скин-слоя, выполненного из тонкой алюминиевой фольги толщиной до 100мкм может проводится световым лучом интегральных источников тока [1]. В качестве излучателя могут быть использованы дуговые ксеноновые лампы сверхвысокого давления или галогенные кварцевые лампы накаливания.
Для фокусирования излучения ламп разработана серия металлических отражателей с зеркальной эллипсоидной поверхностью, позволяющих получать в фокальном пятне распределение энергии требуемой формы. В зависимости от мощности используемого излучателя оборудование для светолучевого нагрева подразделяется на следующие группы: оборудование с излучателями мощности от 0,1 до 10 кВт, которые предназначены для монтажной пайки и сварки изделий из пластмасс. Такое оборудование позволяет получить плотность лучистого потока от 150 до 1000В т/см2, пятно фокальное диаметром 2-2,5 мм. Существует оборудование с излучателями средней мощности от 3-5кВт, предназначенное для сварки металлов толщиной 0,1-2,0 мм. Известно также оборудование с излучателями
Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»
большой мощности до 10 кВт, с концентрацией энергии в пятне нагрева 2 103 Вт/ см2, предназначенное для сварки и высокотемпературной пайки [2].
Процесс нагрева световым лучом при пайке или сварке обладает рядом преимуществ: возможность нагрева материала независимо от их диэлектрических и магнитных свойств; бесконтактный подвод энергии к изделию через прозрачные среды и оболочки, что позволяет осуществлять нагрев изделия в контролируемой газовой защитной среде или в вакууме; возможностью получать сравнительно простыми средствами высоких плотностей энергии с требуемой формой пятна нагрева с высокой управляемостью и регулируемостью ввода энергии в изделие и незначительным механическим воздействием источника тепловой энергии на нагреваемые детали. Технологический процесс нагрева световым лучом можно сравнительно простыми средствами механизировать. Важными технологическими особенностями при сварке световым лучом является отсутствие подрезов и прожогов. Формирование сварного шва идет заподлицо с основным металлом. Прочность сварных соединений составляет 95-97% от прочности основного металла. Вследствие низкого насыщения металла шва водородом, кислородом и азотом пластичность сварного шва высокая, что позволяет использовать лучевой метод для сварки металлических пленок и металлической фольги при изготовлении волноводов, например, из металлополимерных углеродных материалов любого сечения.
Основными элементами светосварочной установки является модуль лучистого нагрева, отражатель с ксеноновой лампой, узел юстировки, затвор-регулятор лучистого потока, система наблюдения за процессом, аппаратура измерения и контроля параметров светового луча и температуры нагрева. При сварке световым лучом используется излучение с длиной волны ^=0,5-0,7мкм. В основном этот метод применяется для сварки пленок, фольги, листов встык. Нагрев может осуществляться прямым способом или косвенным, например, через кварцевый диск [2]. Принцип действия светолучевого сварочного оборудования позволяет плавно регулировать рабочую температуру операции, что дает возможность проводить не только сварку, но и пайку. Стоимость оборудования в 5-8 раз ниже, чем аналогичного лазерного оборудования. Светолучевая сварка характеризуется экологической чистотой и безопасностью. Недостатком является низкий КПД в 5-15% [3].
Технологическое обеспечение качества при сварке [4] фольги токопроводящего скин-слоя встык может быть обеспечено путем правильного построения технологического процесса, выбора оборудования, методов контроля и технологической оснастки. Особенно важно сфокусировать малое пятно теплового контакта на свариваемом изделии в пределах 20-50 мкм при использовании отражательной оптики, которая обеспечивает меньшее поглощение света. Скорость сфокусированного нагрева должна быть не менее 100 °С/сек, может применяться нагрев линейным (вытянутым пучком излучения), например, силитовым стержнем или трубчатой кварцевой лампой, при помощи которой можно увеличить линейную скорость непрерывной сварки. Непосредственно за излучателем должен следовать прижимной ролик или несколько роликов для обеспечения течения расплава в зоне контакта свариваемый встык металлической пленки и одновременного охлаждения шва для исключения его коробления. Для упрочнения сварного шва рекомендуется применять присадочный материал, в этом случае могут использоваться два нагревательных элемента. Аналогичным способом возможно осуществляя пайку. Контроль нагрева свариваемых или паяемых пленок рекомендуется осуществляться дистанционно. Например, для контроля температуры может быть использован термометр инфракрасный FLUKE (диапазон измерений -40-800 °С).
На основе анализа процесса сварки и пайки световым концентрированным лучом разработаны рекомендации технологического обеспечения качества при изготовлении волноводных элементов, выполненных из металлической пленки пайкой.
Библиографические ссылки
1. Electronic textbook Сварка световым лучом [Электронный ресурс]. URL: https://bstudy.net/686395/tehnika/svarka_svetovym_luchom (дата обращения 29.03.2021).
2. Electronic textbook Сварка световым лучом [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.su/14_15084_svarka-svetovim-luchom.html (дата обращения 29.03.2021).
3. Electronic textbook Сварка металла световым лучом [Электронный ресурс]. URL: http://www.prosvarky.ru/specialmetods/lightbeamwelding/3.html (дата обращения 29.03.2021).
4. Технологическое обеспечение качества при изготовлении линий передачи энергии антенно-фидерных устройств / И. В.Трифанов, В. И. Трифанов, В. В. Евтушенко ; М-во сельского хозяйства Российской Федерации, Красноярский гос. аграрный ун-т. - Красноярск : Изд-во Красноярского гос. аграрного ун-та, 2006. - 241 с.
© Гончаренко И. А., Дадеко С.И., 2021
