книги / Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций
..pdfвующую попаданию смазки из шлицевого соединения в трубу карданного вала (операция 1). Затем в левый за жимной патрон 5 он вставляет вилку 5, а в правый зажим ной патрон б — шлицевую втулку 1 с заглушкой 4 (опе рация 2). Этот же оператор периодически загружает нако питель 7 трубами 2 (операция 3). Дальше операция 3 и все остальные операции выполняются автоматически. Отсекатепь 9 поворачивается ходом поршня пневмоцилиндра 8, и очередная труба скатывается на торцовые упоры 10 рыча гов 12, а отсекатель 9 возвращается в исходное положение. Рычаги 12 вместе с трубой 2 поворачиваются пневмоци линдром 13 и опускают трубу 2 на нижнюю губку 14 за жима. При этом торцовые упоры 10 ходом поршня пнев моцилиндра 11 устанавливаются так» что освобождают трубу 2, и рычаги 12 возвращаются в исходное положе ние. Затем поворотом рычага от пневмоцилиндра 17 верх няя губка 15 зажима подводится к нижней губке 14 (опе рация 4) и пневмоцилиндром 16 осуществляется зажатие трубы 2 между губками 14 и 15. После этого включа ется вращение патронов 5 и 6 с зажатыми деталями с од новременным их сближением и осуществляется сварка двух стыков по заданной программе (операция 5). Затем патроны 5 и 6 разжимаются и расходятся (операция 6). Последовательным включением пневмоцилиндров 16 и 17 освобождается от зажатия труба карданного вала и отхо дит в исходное положение губка 15 верхнего зажима. Ко ромысло 18, поворачиваемое пневмоцилиндром 19, под хватывает сваренный карданный вал и подает его в нако питель 20 с флажками 21, регулирующими расстояние между валами в накопителе. Готовые карданные валы укладывают в контейнеры и транспортируют автопогруз чиком.
Применение электронно-лучевой сварки» лазер ной сварки (листы 223, 224). Швы с глубоким и узким проплавлением при минимальных деформациях свари ваемых деталей позволяет получать электронно-лучевая сварка. Этот метод перспективен для сварки блоков зуб чатых колес из готовых термически обработанных заго товок. На рис. 1 (лист 223) и 2 показаны детали коробки передач автомобиля, свариваемые электронно-лучевой сваркой. Сборка деталей под сварку должна обеспечить отсутствие зазора по сопрягаемым торцовым поверхнос тям и гарантированный натяг по сопрягаемым цилиндри ческим поверхностям. Для обеспечения сборки кольца 1 (рис. 3) муфты синхронизатора с зубчатым колесом 2 на кольце со стороны сопрягаемого с зубчатым колесом тор ца делается фаска, а на внутренней сопрягаемой цилиндри ческой поверхности выполняется несколько канавок а глубиной 0,2 ... 0,4 мм для удаления воздуха из полости А в процессе создания вакуума в камере сварочной уста новки.
Для сборки блоков зубчатых колес наряду с электрон но-лучевой сваркой может применяться и сварка лазером. Этот процесс вследствие высокой концентрации энергии обеспечивает малый объем расплавленного металла. Для снижения жесткости соединения и уменьшения скорости охлаждения металла в зоне сварного шва на деталях прота чивают технологические канавки (рис. 2). В отдельных случаях при небольших нагрузках детали блоков зубча тых колес могут быть соединены с помощью клея (рис. 4), однако точность таких соединений ниже, чем сварных.
Сварные диафрагмы паровых турбин (рис. 5) изготов ляют с применением дуговой или электронно-лучевой свар ки. Диафрагма состоит из обода 1 , внешней 2 и внутренней 4 бандажных лент, направляющих лопаток 3 и тела диаф
рагмы 5 . Как правило, лопатки устанавливают в пазы бан дажных лент с углублением 2 ... 3 мм и приваривают к ним. Соединение направляющих лопаток с бандажной лен той и ободом показано на рис. 6. Обозначения позиций соответствуют рис. 5. При дуговой сварке указанных сое динений из теплоустойчивых сталей могут возникать хо лодные трещины. Эти дефекты исключаются при приме нении электронно-лучевой сварки диафрагм (рис. 7, ауб ) . Для улучшения формирования корня шва и снижения в этом месте концентрации напряжений в ободе 1 и теле диафрагмы 2 делают небольшие прямоугольные выточки а.
Технология изготовления лопаток газовой турбины мощностью 300 800 1ыс. кВт предусматривает сварку пакетов, состоящих из двух лопаток (лист 224, рис. 8). Каждый пакет лопаток 1 и 3 сваривается тремя швами. Верхний шов (рте. 8, а) соединяет лопатки по наружному ободу, два других шва проходят по боковым граням хвос та лопаток (рте. 8, б) . Для качественного формирования начала шва используют входные планки 2 и 4 .
Схема специализированной установки для электрон но-лучевой сварки пакетов лопаток показана на рис. 9. Вакуумная камера 6 представляет собой полый барабан, который своими цапфами опирается на две стойки 10. Червячная пара 2 может поворачивать камеру относитель но горизонтальной оси. При неподвижной вакуумной систе ме возможность вращения камеры обеспечивается сколь зящим вакуумным уплотнением, расположенным на ле вой цапфе. В камере имеются три электронных пушки. Электронная пушка 8 размещена в правой цапфе карет ки 9, обеспечивающей вертикальное перемещение пушки вдоль стыка с рабочей и маршевой скоростью и продольное установочное перемещение, которое производится вручную с помощью пары винт —гайка и маховичка, выведенного наружу. Электронные пушки 7 расположены в коробах верхней и нижней крышек и могут перемещаться от при водов 4 в продольном направлении. Кроме того, они имеют механизмы установочного углового перемещения. Свариваемые лопатки 3 крепят на поворотном столе 5.
Для загрузки деталей камера имеет съемную верхнюю крышку. Порядок загрузки следующий. Камеру перево рачивают верхней крышкой вниз, к крышке подходят под вижные кронштейны 1, которые принимают крышку и опускают ее вниз. Открытую камеру разворачивают разъе мом вверх. Краном опускают и устанавливают на поворот ный стол 5 диск с пакетом лопаток или диафрагму и за крепляют захватами. Камеру вновь разворачивают разъе мом вниз и закрывают крышкой. Далее включают ваку умные насосы. Откачка вакуума может совмещаться с поворотом камеры в рабочее положение.
Применение электроннолучевых установок с поворот ными камерами позволяет значительно сократить рабочий цикл и уменьшить объем вакуумных камер. Другое на правление повышения производительности электронно-лу чевой сварки связано с применением многолучевых элек тронных пушек. Например, для сварки сепараторов шари коподшипников (рис. 10) применена девятилучевая газо разрядная электронная пушка, схема которой показана на рис. 11.
Для формирования девятилучевого пучка электроннооптическая система имеет плоский сменный катод 2, за крепленный на катододержателе 1, и узел формирующих электродов, состоящий из диафрагмы-анода 3, модулиру ющего электрода 4 и экрана 5 . Девять соосных отверстий а, б и в , проходящих соответственно через детали 3 ,4 в 5, расположены равномерно по окружности диаметром
n iK . К сварным соединениям предъявляют требования прочности и плотности. Сваривают эти элементы аргоноду говой, микроплазменной, электронно-лучевой или контак тной сваркой, принимая меры по ограничению зоны разо
грева при сварке. На рис. 1 показан сильфон, изготовлен ной оплавлением отбортовок штампованных мембран по наружным и внутренним контурам. Сварку обычно прово дит токами в несколько ампер с сопловой защитой зоны щва или с применением стеклянных накладных микрока мер для уменьшения сдувания аргона.
Мембранные чувствительные элементы сваривают или шовной контактной сваркой, или методом сварки плавле нием. В первом случае (рис. 2) применяют приспособле ние для закрепления и синхронного вращения деталей 7 и роликовый электрод 2. Во втором случае (рис.З) для пре дотвращения прожогов и уменьшения общего разогрева из делия применяют медные оправки-холодильники 1 , в ко торых зажимают свариваемое изделие 2. Сварочная дуга оплавляет кромки, и кольцевой шов формируется у кро мок приспособления.
В случае приварки тонкостенных элементов 4 (рис. 4) к более толстым элементам 3 арматуры для прижатия тон костенной детали и теплоотвода от места сварки использу ют массивную оправку 5 цангового типа, разжимаемую конусом 2. Сварочная горелка 7 перемещается по свари ваемым кромкам, причем для уменьшения толщины более массивной детали в зоне сварного шва на ней делают тех нологические канавки. Другая конструкция соединения тонкостенного элемента с толстостенными деталями арматуры показана на рис .5,0, 6.
В большом объеме соединения сваркой и пайкой при меняют при производстве транзисторов и микросхем (рис. 7). Основными конструктивными элементами полу проводниковых приборов являются (рис. 6): основание 3 корпуса, подложка 5 интегральной схемы, закрепляемая на основании с помощью клея, металлические выводы 7, закрепленные в основании с помощью изоляторов 2, и крышка 4. С помощью сварки и пайки выполняют три главные операции: закрепление кристаллов на подлож ках, присоединение электродных выводов и герметиза цию корпусов.
Закрепление кристаллов на подложке производится контактно-реактивной пайкой или пайкой эвтектически ми сплавами. Во втором случае (рис. 8) в процессе сбор ки кристалла с подложкой эвтектический сплав с темпера турой плавления примерно 360 °С в виде прокладки 7 (рис. 8, а) помещается между соединяемыми деталями. Вакуумный пинцет 2 захватывает прокладку и устанавли вает ее на подложку 3 (рис. 8, б) основания микросхемы, которое прижимами 4 прижато к нагревателю 5 . Вакуум ный пинцет 2 захватывает кристалл 6 (рис. 8, в) и уста навливает его на прокладку припоя (рис. 8, г). Далее включается нагреватель и происходит пайка, которая конт ролируется визуально с помощью микроскопа. Охлаждают детали после завершения пайки обдувом их защитным газом.
Приварка электродных выводов (лист 228). Присоединение электродных выводов к кристаллам мож но выполнять термокомпрессионной сваркой при созда нии в зоне контакта нагрева и давления, но без расплав ления соединяемых материалов. На рис. 1 показаны вари анты нагрева зоны соединения при термокомпрессион ной сварке кристалла 3 с электродным выводом 2 и корпу сом 4, при которых нагреватели 6 могут располагаться или в столикеб (рис. 1,а) , или в инструменте 7 (рис. 1,6),
или одновременно и в инструменте и в столике (рис. 1, в ) . Нагрев инструмента можно осуществлять и путем пропус кания через него электрического тока по схеме рис. 1,г.
Конструкция инструмента и технология термоком прессионной сварки выводов показаны на рис. 3. По схеме рис. 3, а на конце электродной проволоки 7, проходящей через капилляр 3 при открытом зажимном устройстве 2, с помощью пламени водородной горелки 4 образуют шарик 5 (положение I ) . Деформация этого шарика при ходе капил ляра вниз обеспечивает развитый и надежный контакт электродного вывода 6 с кристаллом 7 (положение П). Второй конец вывода 6 к контактной площадке 8 корпу са 9 может быть присоединен после смещения площадки 8 или капилляра 3 (положение III) внахлестку (поло жение IV). Форма контакта (зона А) показана на виде сверху готового вывода 10. По схеме рис. 3, б электрод ную проволоку подают в зону сварки из сопла 72, совме щают с инструментом 77 в виде клина и прижимают к кристаллу. После приварки вывода электродную проволо ку обрезают на нужную длину и второй конец привари вают аналогичным образом. Форма мест соединения (зо ны А) показана на виде сверху, обозначения остальных элементов соответствуют рис. 3, а. Схема рис. 3, в близка
ксхеме рис. 3 ,а, однако в этом случае шарик не образуют,
аизгибая электродную проволоку под прямым углом, приваривают ее нахлесточным соединением к кристаллу. Затем проволоку вытягивают из капилляра с образовани ем петли и повторно приваривают к контактному выводу. После некоторой вытяжки проволоку обрезают ножом 13, отгибая оставшийся у капилляра конец для подготовки его к следующей сварке. Более сложная форма инструмен та 14 (рис. 3, г) позволяет получить развитую поверхность
взоне соединения и соответственно большую прочность.
Микроконтактную сзарку (рис. 2) используют для приварки выводов толщиной свыше 20 мкм. Двусторон няя сварка (рис. 2, а) применяется редко. Односторонняя сварка более удобна для приварки тонких элементов и может выполняться или двумя электродами (рис. 2 ,6 ), или сдвоенным (рис. 2, в ) , или строенным (рис.2,г) элект родом.
Производительный процесс групповой приварки выво дов показан на рис. 4. В зону сварки кристаллы 4 (рис.4,а) подаются на подложке 5, к которой они приклеены вое ком. Подложка уложена на подставке 3, размещенное на координатном столике. Предварительно сформирован ные выводы 7 подаются в зону сварки по направляющие планкам 2. После совмещения положения выводов с кон тактными выступами на кристалле, которое осуществля ется оператором с помощью микроскопа, выводы опус каются до соприкосновения с контактными выступами ] в зону сварки подается защитный газ (рис. 4 ,6 ) . Свароч ная головка 6 (рис. 4, в) опускается, и при пропускали] через нее импульса тока одновременно происходит обрг зование соединения обоих выводов с кристаллом. Вслед ствие нагрева кристалла плавится воск, и после подъем сварочной головки освобожденный кристалл вместе выводами поднимается вверх (рис. 4, г ) , а затем смещае ся вправо на шаг (рис. 4, д) . В зону сварки подается сл< ва очередной вывод, а координатный столик смещает вл во на шаг подставку 3, которая подает к месту сварки оче редной кристалл.
Герметизация корпусов микросхем (ли» ты 229, 230). Схема автоматизированного процесса сбо] ки, приварки выводов и герметизации при изготовлени транзистора КТ-315 показана на рис. 1 (лист 229). В пр<
цессе шагового перемещения ленты производится ее пер форация пробивкой фигурных отверстий (рис. 1, а), ук ладка и пайка кристалла (рис. 1, б), приварка выводов к кристаллу и обрезка их в размер пламенем горелки (рис. 1, в), разводка выводов на ленту и приварка их к перемычкам ленты (рис. 1, г ) , обрезка перемычек ленты со стороны кристалла (рис. 1, д). Герметизация кристал ла и электродных выводов осуществляется окунанием их в форму с жидкой пластмассой (рис. 1, е ) , и только на заключительной операции обрубают непрерывную кром ку ленты, получая готовые изделия (рис. 1 ,ж, з) .
Металлические корпуса полупроводниковых приборов герметизируют с помощью сварки. Положение кромок при герметизации Электронно-лучевой сваркой показано на рис. 2. Корпус вращают вокруг оси, перпендикулярной к оси электронного луча. Такой технологический прием поз воляет герметизировать корпуса как круглой, так и прямо угольной (рис. 3, а, б) формы, что дает возможность обойтись без копировальных устройств для перемещения луча по заданному контуру.
Операция герметизации может быть выполнена лазер ной сваркой. На рис. 4 показана четырехместная кассетаманипулятор для герметизации корпусов микросхем. В корпусе б установлены четыре шпинделя 1 б , закрепленные в основании 14 с помощью шариковых подшипников 13. Вращение на шпиндели передается через зубчатые колеса 77, взаимодействующие с рейкой 75, проходящей вдоль корпуса. Герметизируемая микросхема 77 устанавливается на столик 72, форма которого соответствует ее конфигура ции. Крышка прижимается к корпусу плоской пружиной 2 и башмаком 10, в верхней части которого в подшипнике 9 установлен упор 8. Пружины 2 закреплены на скобе 7, которая устанавливается на кассету по упорам 7 и кре пится деталями5,4 и 3.
При перемещении рейки 75 все четыре корпуса микро схем одновременно вращаются вокруг своих осей при не подвижном лазерном луче. В случае герметизации прямо угольных корпусов их вращение производят ступенчато на 90° и сварку каждого шва ведут при перемещении всей кассеты относительно неподвижного луча.
При герметизации прямоугольных корпусов с закруг лениями (лист 230, рис. 6) перемещение изделию задают
с помощью |
копирного шаблона (рис. 5), |
приводимого |
в движение ведущим роликом 5 и прямолинейной направ |
||
ляющей б. |
Последовательные положения |
шаблона при |
сварке сторон 7 4 изделия и закруглений показаны на позициях I ...IX.
Высокую производительность при сварке корпусов лю бой формы обеспечивает контактная конденсаторная сварка Взаимная центровка соединяемых элементов, исключающая их смещение, осуществляется сварочными электродами 7 и 5 (рис. 6) с вставками 3. Электроды пе ремещаются в металлических втулках 2, запрессован ных в текстолитовый стакан б и разделенных изолирую щим кольцом 4. В контакте свариваемых деталей с целью локализации выделяемого при сварке тепла создают рельеф (рис. 7, а, 6), что обеспечивает получение надеж ной герметизации. В случае, если свариваемые детали из готовлены из меди и рельеф не обеспечивает требуемой ве личины сопротивления, в зону контакта вводят дополни тельный элемент —фигурное кольцо из никеля (рис. 7, в ). В некоторых случаях для увеличения контактного сопро тивления применяют крышки с наклонным фланцем, ко торый соединяется с фланцем основания по схеме рис.8,д или б.
В случае изготовления корпусов из пластических масс возможна их герметизация холодной сваркой, достоин ством которой является исключение разогрева элементов микросхем. Применяют схему односторонней холодной сварки (рте. 9, а) , при которой преимущественно дефор мируется одна из соединяемых деталей, и схему двусторон ней сварки (рис. 9,6) , при которой обеспечивается одина ковое деформирование свариваемых кромок. Значитель ные пластические деформации при холодной сварке застав ляют усложнять конструкцию корпусов.
Для разгрузки оснований полупроводниковых прибо ров от механических напряжений и исключения повреж дений кристалла, выводов и изоляторов в зоне фланцев предусматривают специальные разгрузочные канавки а (рис. 10,а,б).
