Способ автоматического управления процессом пайки

(51)5 В 23 К 1 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН45структорско-та радиофизик ологи- электА знецо лей до рас траектория деталей п фиг 5 -тся к области управления п ыть использов ашиностроения иной промышл а фиг. 4 - месте стыка припоя; на я амплитуды импульсногодиаграмма сигнала упзобреттности пайки, ичных троени ние относи к способам и может б отраслях м я и электро аики оцес ано в при ннос плавления припоя; вихревых токов в осле расплавления диаграмма изменени ого периодического поля; на фиг. 6 амплитуды и частотв часомразлбороти. пилообраз магнитног изменения равления. а фиг. 1 представлена сесса пайки; на фиг. 2альных связей между сина паяемые детали ия процессом пайки; на фвихревых потоков в м ема реали- схемаемой возистемой уиг. 3 - трсте стыка аци оц ун ционвия ст прав- екто- детая повышение очного опрегрева и возГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(71) Специальное конческое бюро Институтроники АН УССР(54) СПОСОБ АВТРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕ(57) Изобретение отнности к способам упрки, и может быть испотраслях машинострния - повышение кболее точного опредения нагрева и воздеймет алл ические вкл ючприпое. Паяемые детройстве для пайки,канала измерения по тельство СССР К 1/00, 1970.льство СССРК 3/00, 1983.контроль металлов и / Под ред, Г. С. Самойостроение, 1976, с. 251. ОМАТИЧЕСКОГО УПССОМ ПАЙКИ осится к пайке, в частавления процессом пайользовано в различных оения. Цель изобретеачества пайки за счет ления момента окончаствия на газовые и не- ения в расплавленном али размещают в устпроизводят настройкуфактическому размещению деталеи, осуществляют нагрев и воздействуют на детали пилообразным периодическим импульсным магнитным полем, характериачюшимся условиями Н 500 у 2 оу /Йрю рг 10 , тФ 1 луур 0 рг 8/4, тфтФг, где Н - максимальная напряженность магнитного поля в области зазора под пайку; о поверхностное натяжение расплава припоя; К - величина зазора под пайку; цуу - магнитная проницаемость вакуума; рг - относительная магнитная проницаемость материала деталей; т фи т ф г - длительность фронта нарастания и фронта спада напряженности магнитного поля, соответственно; у - удельная электропроводность метариала деталей;8 - 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 не- металлических включений, что повышает качество паяных соединений. 6 ил. Целью изобретения являет качества пайки за счет более деления момента окончания ндействия 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(500 Т Ф 1 Т Ф 2,сть азонапряженв области где Н - максимальная номагнитного поля зра под пайку;а - поверхностное натяжение расплаВа припоя;- величина зазора под пайку;- магнитная проницаемость вакуума;рг - относительная магнитная проницаемость материала деталей;тф 1 - длительность фронта нарастаниянапряженности магнитного поля;у - удельная электропроводность материала деталей;5 - расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку;тфг - длительность фронта спада напряженности магнитного поля.Одновременно регистрируют амплитудуили частоту собственных колебаний резонансного контура 2 канала измерения и по их 35величине формируют программу управленияпроцессом пайки,Суть происходящих процессов заключается в регистрации изменения электродвижущей силы в обмотке датчика, что позволяетсформировать программу управления процессом пайки путем регулирующих воздействийна режим выдержки и охлаждений в сочетании с регулирующим воздействием на характер механических колебаний посредством управления переменным магнитным потоком. 45Г 1 илообразное периодическое магнитное поленаиболее 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 оказываеткомбинированное воздействие в виде медленно возрастающего поля, сформированноготф, и быстро уменьшающегося, обусловленного тфг. Медленные изменения поля проникаютна большую глубину и обусловлены рядомфакторов: электропроводностью, магнитнойпроницаемостью и конфигурацией самогополя. При наличии неметаллических либо 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 условияЛУРО 12тф ) -----При меньшем тф колебания не пронь кают на всю глубину расплава припоя и газовые пузыри могут в нем остаться.Быстрое изменение поля, сформированное тфг, 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 свя. зи 8 между полями 6 и 7, сигнала 9 управления программой по изменению амплитуды либо частоты, сигналов 10 и 11 формирования программы управления процессом пайки.Прилер. Паяли волноводное устройство, состоящее из медных пластин, собранных впакет. Габариты изделия 40 Х 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 состоя.20 25 30 35 40 Формула изобретения. 45 50 55 Н ( 500 ние при изменении амплитуды либо частоты иформирующим управляющее воздействие позаранее введенной временной программе.Выполняли оценочный расчет длительности фронта нарастания напряженности магнитного поля тф. Для медных заготовокудельное электросопротивление р =О= 0,0175 --- -, Я = 100 мм, у = -,л г РО 92, - 3тф 1) ------ = 5 10 с,В случае нарушения этого условия силывоздействия будут ограничены меньшимиглубинами проникновения поля внутрь деталей и качество пайки на всей глубине зазораснизится ввиду ухудшения условий выходавключений из зазора.Автоматическое управление процессомвключает два этапа.Первый этап (подготовительный) - операции по подготовке к пайке и операции поналадке средств автоматического управления.Процесс включает в себя следующие опе- .рации: - посеребреные (СрЗ) медные пластинки собирали на штифтах в пакет; пакетразмещали в приспособлении в виде двухскоб с прокладками из нержавеющей стали;между скобами располагали источник 4пилообразного импульсного магнитного поляв виде соленоида (п=70 витков) и катушкуиндуктивности резонансного колебательногоконтура (п=400 витков, емкость конденсатора С= 15000 пф ); устанавливали сборкуна керамическое основание в контейнере;перемещением конденсатора света и контейнера добивались в режиме поджига лампысовмещения пятна света с зоной нагреваизделия; изменяя величину тока в катушке,эмпирически подбирали амплитуду импульсного магнитного поля по силе механическихколебаний, подбирали режим источника 3(Н=1 э, тф = 10 м 8, тф 2= 5 р К 8); вь 1 полняли настройку канала измерения посредством подачи последовательности токовыхимпульсов на индуктор и путем изменениячувствительности формирователя 5 к амплитуде сигнала 9 выбирали режим формирования сигналов посредством порогового устройства (А=40 Ъ, частота подачи импульсов50 Гц); вакуумным насосом путем откачкиобеспечивали вакуум в контейнере (О-10 4 мм рт.ст.); включали источник 3 нагревав режиме рабочего тока ксеноновой лампыпри включенной системе средств автоматического управления (рабочий режим лампы1=100 А, Ь=30 В).Второй этап (управляющий) заключалсяв следующем: лучистая энергия К разогревала изделие до температуры образования эвтектического расплава серебро-медь (Т==900 С); воздействие в процессе нагревавозрастающего поля (тф), вызывало силыпротиводействия 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 сигналы0 и 11 с последующим отключением источников нагрева 3 и электромагнитного воздействия 4. Отключение источников 3 и 4 воздействия завершало процесс пайки и управления. В зависимости от требований технологии применительно к условиям изготовления конкретных изделий в поограмму 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:Т Ф 1 Т Ф 2 гДе Н фиг,1 фиг, Г максимальная напряженность магнитного поля в области паяемого зазора;поверхностное натяжение расплавленного припоя;величина паяемого зазора;магнитная проницаемость вакума; р 2 - относительная магнитная проницаемость материала деталей;т ф 1 - длительность фронта нарастаниянапряженности магнитного поля;5 у - удельная электропроводность материала деталей;Ь - расстояние от поверхности на глубину зазора под пайку;т Ф 2 - 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.Составитель Л. АТехред А, КравчукТираж 646о комитета по изобретМосква, Ж - 35, Раушьский комбинат Пате В едактор О. ЮрковецкаяЗаказ 3797ИИПИ Государственно113035,роизводственно.издате бросимоваКорректор ТПодписноениям и открытиямская наб., д. 4/5т, г. Ужгород, ул и ГКНТ СССРГагарина, 101