Устройство для ультраи гиперзвуковой микросварки и пайки

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ,737165 Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 1, Кл.з В 23 К 19/О осударственный комит 43) Опубликовано 30,05,80, Бюллетень245) Дата опубликования описания 30.05,80 3) УДК 621.791.16.(72) Авторы изобретени М. Колешко, В Институт Сунка и В. И. Шалатонтроники АН БССР Заявит 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРА- И ГИПЕРЗВУКОВО МИКРОСВАРКИ И ПАЙКИИзобретение относится к области электроакустики и может найти широкое применение для микросварки интегральных схем и электронных наручных часов.Известно устройство для ультразвуковой и гиперзвуковой микросварки и пайки, содержащее последовательно соединенные генератор шума с равномерной спектральной плотностью, широкополосный усилитель мощности, электроакустический широкополосный преобразователь, блок задания режимов микросварки, имеющий последовательно соединенные источники регулируемого постоянного напряжения, устройство управления, интегратор с ключом для сброса его в исходное состояние и устройство обратной связи по фазе между током и напряжением преобразователя, причем выход фазового детектора устройства обратной связи через усилитель тока соединен с управляющим входом электрически управляемой реактивности, подключенной к выходу усилителя мощности 1.Недостатком этого устройства является ограниченная полоса частот пропускания. Кроме того, устройство работает практически на одной фиксированной частоте и не учитывается изменение физико-химических и электро-механических свойств свариваемых деталей. В известном устройстве также не учитывается изменение параметров электрической эквивалентной схемы преобразователя как на низших, так и на высших гармониках механического резонанса, что приводит к рассогласованию преобразователя с генератором.Целью изобретения является повышениекачества соединения.Для этого в устройство дополнительно 10 введены параллельно соединенные функциональные аттенюаторы, включенные между выходом генератора шума и входом усилителя мощности, электрически перестраиваемые резонансные фильтры, включенные по следовательно в цепь тока и напряженияустройства обратной связи по фазе, а в блок задания режимов сварки и пайки введены цепочка последовательно соединенных времязадающих одновибраторов, разделен ных формирователями запускающих импульсов, буферное устройство и сумматор, при этом выходы одновибраторов соединены с управляющими входами функциональных аттенюаторов и через буферное устрой ство с одним входом сумматора, выход которого соединен с управляющими входами электрически перестраиваемых резонансных фильтров, а другой вход сумматора чсрез интегратор и устройство управления со единен с источником регулируемого постоянного напряжения, причем выход последнего одновибратора через формирователь запускающих импульсов и устройство управления соединен с входом первого одновибратора.На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - графически временная зависимость частоты колебаний сварочного инструмента за цикл сварки.Устройство содержит основные узлы: генератор 1 шума с равномерной спектральной плотностью, широкополосный электро- акустический преобразователь 2, функциональных аттенюаторов 3 - 6, цепь обратной связи по фазе между током и напряжением преобразователя .и блок задания режимов сварки,Сигнал с выхода генератора 1 шума через управляемые напряжением параллельно включенные аттенюаторы 3 - 6, подается на вход усилителя 7 мощности. Выход усилителя 7 мощности нагружен на управляемую реактивность 8 и преобразователь 2 с последовательно включенным измерительным сопротивлением 9.С сопротивления 9 через усилитель 10 и электрически перестраиваемый резонансный фильтр 11 напряжение, пропорциональное току через преобразователь 2, подаетсл на один вход фазового детектора 12 цепи обратной связи по фазе. На другой вход фазового детектора 12 подается напряжение с выхода усилителя 7 мощности через аттенюатор 13 и электрически перестрапваемый резонансный фильтр 14. Выход фазового детектора 12 через усилитель 15 тока соединен с управляемой реактивностью 8,Сигнал на управляющие входы функциональных аттеrюаторов 3 - 6 подастся с выходов цепочки последовательно соединенных одновибраторов 16, 17, 18, 19 блока задания режимов сварки, разделенных формирователями 20, 21, 22, 23 запускающих импульсов по заднему фронту импульса с выхода предыдущего одновибратора. Эти же выходы одновибраторов через буфферное устройство 24 соединены с одним входом сумматора 25. На другой вход сумматора 25 напряжение подается с источника 26 регулируемого напряжения через блок 27 управления и интегратор 28 с электронным ключом 29 для сброса его в нуль. Импульс управления на ключ 29 подается с блока 27 управления.Сигнал с выхода сумматора 25 подаетсл на управляющие входы перестраиваемых резонансных фильтров 11, 14 цепи обратной связи по фазе. Выход одновибратора 19 через формирователь 23 запускающих импульсов и блок 27 управления соединен с входом первого одновибратора 16,До момента сварки напряжение на выходах одновпбраторов 16, 17, 18, 19 равно нулю и аттенюаторы 3 - 6 закрыты, Сигнал737165 5 10 15 20 25 30 35 1 О 45 50 55 60 65 4на входе усилителя 7 мощности, а следова. тельно, на преобразователе 2, отсутствует.Рассмотрим работу устройства, ограничившись для простоты циклом сварки с возбуждением преобразователя на частотных диапазонах, например, в области трех гармоник механического резонанса.В начале сварки сигнал с блока 27 управления формирует на выходе одновибратора 16 импульсное напряжение, открывающее функциональный аттенюатор 3, затухание которого установлено таким, что на вход преобразователя 2 подается усиленный широкополосным усилителем 7 мощности шумовой сигнал оптимальной для микро- сварки величины. Это же напряжение с выхода одновибратора 16 через буферное устройство 24 и сумматор 25 подается на управляющие входы электрически перестраиваемых резонансных фильтов 11, 14, Буферное устройство 24, помимо обеспечения электрической развязки, уменьшает напряжение с выхода одновибратора 16 до такой величины, чтобы этим напряжением резонансные фильтры 11, 14 перестроились в область первой резонансной частоты преобразователя 2, В общем случае это может быть перестраиваемый частотный диапазон любой величины. Одновременно с источника 26 регулируемого напряжения через блок 27 управления на вход интегратора 28 подается постоянное напряжение. На выходе интегратора 28 появляется изменяющееся во времени напряжение, которос, складываясь в сумматоре 25 с постоянным напряжением на выходе одновrбратора 16, уменьшенном до необходимой величины буферным устройством 24, подается на резонансные фильтры 11, 14. Рсзонанспые фильтры синхронно и последовательно перестраиваясь избирают из спектра шумового сигнала равные частоты в полосе Лвблизи первой гармоники резонансной частоты ц, преобразователя 2.Избираемые частоты сравниваются по фазе в фазовом детекторе 12, напряжение с выхода которого через усилитель 15 тока изменяет величину управляемой реактивности 8 таким образом, что резонансная частота контура, образованного управляемой реактивностью 8 и статистической реактивностью преобразователя 2, становится равной частоте, выделяемой перестраиваемыми резонансными фильтрами 11, 14. При этом акустическая мощность, отдаваемая преобразователям 2, максимальна.Таким образом, в каждый данный момент цикла сварки, за счет работы цепи обратной связи по фазе между током и напряжением преобразователя, статическая реактивность преобразователя 2 компенсируется управляемой реактивностью 8 для частоты, выделенной из шумового сигнала резонансными фильтрами 11, 14,В момент времени 11 импульсное папря35 40 50 55 00 65 жение на выходе одновибратора,16 становится равным нулю, функциональный аттенюатор 3 закрывается, а одновибратор 17 запускается задним фронтом этого импульса через формирователь 20. Постоянное напряжение, возникающее на выходе одновибратора 17, через буферное устройство 24 и сумматор 25 попадает на резонансные фильтры 11, 14 и скачкоооразно перестраивает их в область частот Л ь близких ко второй гармонике ,механического резонанса преобразователя 2, а линейно меняющееся напряжение с выхода интегратора 28 через сумматор 25 снова плавно перестраивает фильтры 11, 14 в этой области частот. Одновременно напряжение с выхода одновибратора открывает функциональный аттенюатор 4, и на вход усилителя 7 мощности подается шумовой сигнал оптимальной амплитуды для данного момента процесса микросварки,В момент времени 1 ь определяемый длительностью импульса, формируемого одно- вибратором 17, запускается одновибратор 18, напряжением с выхода которого резонансные фильтры 11, 14 скачкообразно перестраиваются в область третьей гармоники Л , резонансной частоты преобразователя. Напряжением источника 26 частота перестраиваемых фильтров 11, 14, медленно изменяясь, проходит участок Л 1 з с резонансной частотой зрВ момент времени 1 импульс с блока 27 управления открывает электронный ключ 29, интегратор 28 сбрасывается в нуль и закрывается функциональный аттенюатор 5. Для обеспечения плавного изменения амплитуды механических колебаний сварочного инструмента в переходные периоды и в конце цикла сварки включены запоминаюгцие емкости 30, 31. В момент времени 1 цикл сварки заканчивается.Для получения нового цикла сварки с блока 27 управления выдается запускающий импульс на вход одновибратора 16.Диапазон частот ступенчатого прохождения и частот, па которых возбуждается преобразователь 2, выбирают исходя из физико-химических и электронно-механических свойств свариваемых деталей, параметров эквивалентной электрической схемы заме/щения электроакустического преобразователя 2 и минимума радиопомех в определенных частотных диапазонах.Изменяя уровень напряжения источника 26 регулируемого постоянного напряжения, длительность и амплитуду импульсов, формируемых одновибраторами 16, 17, 18, 19, величины затуханий, вносимых функциональными аттенюаторами 3, 4, 5, 6, можно в широких пределах регулировать время сварки, скорость изменения частоты около области резонанса, время и величину мощности, выделяемой на гармониках механи 5 10 15 20 25 30 6ческого резонанса преобразователя, и тем самым в зависимости от условий выбрать оптимальный режим сварки, обеспечивающий качественное соединение деталей,Применение в качестве задающего генератора источника шума позволило улучшить согласование с преобразователем, так как в каждый момент времени из цикла сварки на входе преобразователя, настроенного в область резонанса одной из его механических гармоник, присутствует спектр частот, в котором всегда имеется необходимая резонансная частота.Данное устройство может работать не только на высших гармониках, но и в лю. бом частотном диапазоне от ультразвукового до гиперзвукового, так как величина рабочих интервалов частот и частотных интервалов между рабочими частотами может выбираться в зависимости от физико-химических параметров зоны микросварки, а также конструктивных и физических параметров используемых ультразвуковых и гиперзвуковых преобразователей. Формула изобретения Устройство для ультра- и гиперзвуковой микросварки и пайки, содержащее последовательно соединенные генератор шума с равномерной спектральной плотностью, широкополосный усилитель мощности, электро- акустический широкополосный преобразователь, блок задания режимов сварки и пайки, имеющий последовательно соединенные источники регулируемого постоянного напряжения, устройство управления, интегратор с ключом для сброса его в исходное состояние и устройство обратной связи по фазе между током и напряжением преобразователя, причем выход фазового детектора устройства обратной связи через усилитель тока соединен с управляющим входом электрически управляемой реактивности, подключенной к выходу усилителч мощ,- ности, отличающееся тем, что, с целью повышения качества соединения, в устройство дополнительно введены параллельно соединенные функциональные аттенюаторы, включенные между выходом генератора шума и входом усилителя мощности, электрически перестраиваемые резонансные фильтры, включенные последовательно в цепь тока и напряжения устройства обратной связи по фазе, а в блок задания режимов сварки и пайки введены цепочка последовательно соединенных времязадающпх одновибраторов, разделенных формирователями запускающих импульсов, буферное устройство и сумматор, при этом выходы одновибраторов соединены с управляющими входами функциональных аттенюаторов и через буферное устройство с одним входом сумматора, выход которого соединен с управляющими входами электрически пере737165 пульсов т 1 устройство управления соединенс входом первого одновибратора.Источник информации,принятый во внимание при экспертизе5 1. Лвторское свидетельство СССРХо 391913, кл. В 23 К 19/00, 1970. Составитель В едактор, Морозова ТехреКорректор О Иоа А, Камышникосян 13 ск Государственноделам изобретенийМосква, Ж.35, Рауш паграфия аиунова,страиваемых резонансных фильтров, а другой вход сумматора через интегратор и устройство управления соединен с источником регулируемого постоянного напряжения, причем выход последнего одновибратора через формирователь запускающих имЗаказ 772 Тираж 11 НПО Попо113035,Изд.315 Подписное о комитета СССР открытий ская наб., д. 4/5