Установка для сварки давлением материалов в твердой фазе

 

1. УСТАНОВКА ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ МАТЕРИАЛОВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ, содержащая силовую раму, установленный на ней механизм сжатия, силовой шток, выпелненный из оптически прозрачного материала и соединенный муфтой с механизмом сжатия, и термоизмерительное устройство, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества соединения путем повышения точности контроля температуры и плошади зоны соединения, установка снабжена преломляющей призмой, поверхность штока выполнена полированной, муфта выполнена с каналом в виде двух отверстий с пересекающимися осями, а преломляющая призма установлена на их пересечении. 2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что термоизмерительное устройство выполнено в виде бесконтактного датчика, установленного соосно выходному отверстию канала муфты. 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена системой подсветки, расположенной соосно входному отверстию канала муфты, и визирным устройством, ус (Л тановленным соосно выходному отверстию канала муфты. 4.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источником лучистой энергии , установленным соосно входному отверстию канала муфты. со 4;ib о: со

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU (11) 4 9 А

3 (5D 23 20 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3482025/25-27 (22) 13.08.82 (46) 15.06.84. Бюл. № 22 (72) Е. А. Степанцов, Э. Я. Станишевский, И. Е. Лифшиц, И. Н. Циглер, А. Я. Головачев, В. P. Регель и В. M. Куликов (71) Специальное конструкторское бюро Ордена Трудового Красного Знамени института кристаллографии им. А. В. Шубникова АН

СССР (53) 621.791.66.03 (088.8) (56) 1. Конюшков Т. В. и др. Диффузионная сварка в электронике. М., «Энергия»,1974, с 141 — 142, рис. 75.

2. Aronova А. М., Berezhkova G. М.

Strengthening of BaF Single Crystals by(Oxidation. — «Kristall und Technik», 1980, т. 15, № 5, с. к. 39 (прототип). (54) (57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ СВАРКИ

ДАВЛЕНИЕМ МАТЕРИАЛОВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ, содержащая силовую раму, установленный на ней механизм сжатия, силовой шток, выпелненный из оптически прозрачного материала и соединенный муфтой с механизмом сжатия, и термоизмерительное устройство, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества соединения путем повышения точности контроля температуры и площади зоны соединения, установка снабжена преломляющей призмой, поверхность штока выполнена полированной, муфта выполнена с каналом в виде двух отверстий с пересекающимися осями, а преломляющая призма установлена на их пересечении.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что термоизмерительное устройство выполнено в виде бесконтактного датчика, установленного соосно выходному отверстию канала муфты.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена системой подсветки, расположенной соосно входному отверстию канала муфты, и визирным устройством, установленным соосно выходному отверстию канала муфты.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена источником лучистой энергии, установленным соосно входному отверстию канала муфты.

1097469

Изобретение относится к оборудованию для сварки давлением в твердой фазе.

Известна установка для твердофазного соединения материалов в вакууме, содер. жащая вакуумную камеру с установленным в ней нагревателем и механизмом сжатия соединяемых образцов со штоком, .выполненным из металла (1l.

Недостатком установки является невоз можность оптического контроля зоны соединения образцов в процессе их сварки из за непрозрачности штока и низкая точность контроля истинной температуры образцов из-за невозможности обеспечения непосредственного контакта образцов с рабочим спаем термопары. Это не позволяет получать соединения высокого качества.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для сварки давлением материалов в твердой фазе, содержащая силовую раму, установленный на ней механизм сжатия, силовой шток, выполненный из оптически прозрачного материала и соединенный муфтой с механизмом сжатия, и термоизмерительное устройство (2) .

Недостатком установки является низкое качество .сварки из-за невозможности обеспечения точного контроля температуры и площади зоны соединения.

Цель изобретения — повышение качества соединения путем повышения точности контроля температуры и площади зоны соединения.

Поставленная цель достигается тем, что установка для сварки давлением материалов в твердой фазе, содержащая силовую раму, установленный на ней механизм сжатия, силовой шток, выполненный из оптически прозрачного материала и соединенный муфтой с механизмом сжатия, и термоизмерительное устройство, снабжена преломляющей призмой, поверхность штока в установке выполнена полированной, муфта выполнена с каналом в виде двух отверстий с пересекающимися осями, а преломляющая призма установлена на их пересече-. нии.

Термоизмерительное устройство выполнено в виде бесконтактного датчика, установленного соосно выходному отверстию канала муфты.

Установка снабжена системой подсветки, расположенной соосно входному отверстию канала муфты, и визирным устройством, установленным соосно выходному отверстию канала муфты.

Установка снабжена источником лучистой энергии, установленным соосно входному отверстию канала муфты.

На фиг. I: показана схема установки с бесконтактным датчиком температуры; на

55 фнг. 2 — то же, с системой подсветки и визирным устройством; на фиг. 3 — то же, с источником лучистой энергии.

Установка (фиг. 1 — 3) содержит силовую раму 1, на которой закреплен нагреватель 2, выполненный из силитовых стержней, механизм сжатия 3, установленный на силовой раме 1, силовой шток 4 с полированной поверхностью, выполненной из оптически прозрачного материала (монокристалл сапфира) и соединенный муфтой . 5 с механизмом сжатия 3, опорный пуансон 6, выполненный из сапфира, и теплоизоляционные экраны 7. В муфте 5 выполнен канал в виде двух отверстий 8 с взаимно перпендикулярными осями, на пересечении которых установлена преломляющая призма 9.

Установка также снабжена термоизмерительным устройством, выполненным в виде бесконтактного датчика 10 (фиг. 1), установленным соосно выходному отверстию канала муфты 5, системой подвески 11 (фиг. 2), установленной соосно входному отверстию канала муфты 5, и визирным устройством

12, установленным соосно выходному отверстию канала муфты, источником лучистой энергии (лазером) 13 (фиг. 3) с фокусирующей системой 14, установленным соосно входному отверстию канала муфты 5.

Установка (фиг. 1) работает следующим образом.

На рабочую торцовую поверхность силового штока 4 устанавливают образцы 15, совмещенные друг с другом в необходимой взаимной ориентации, и с помощью механизма сжатия 3 поджимают к опорному пуансону 6. Подают напряжение на нагреватель

2 и производят нагрев образцов 15 до заданной температуры. Через полированные торцовые поверхности силового штока 4 и оптический канал муфты 5 часть теплового потока, излучаемого нагретыми образцами

15, отводится на чувствительный элемент датчика 10 термоизмерительнбго устройства, с помощью которого осуществляют контроль температуры образцов 15. По достижении необходимой температуры с помощью механизма сжатия 3 осуществляют взаимное сжатие образцов 15 до расчетного давления. После выдержки образцов под нагрузкой в течение необходимого времени осуществляют разгружение. и плавное снижение температуры. После остывания соединенных образцов 15 полученную композицию извлекают из установки.

Установка (фиг. 2) работает аналогично установке, изображенной на фиг. 1, но отличается тем, что на ней осуществляют оптический контроль площади зоны соединения следующим образом. Световое излучение от системы подсветки 11 отражается от границы раздела соединяемых образцов 15, 1097469

45 проходит через полированные торцы поверхности прозрачного силового штока 4, канал в муфте 5 и установленную в ней преломляющую призму 9 и попадает в визирное устройство 12, с помощью которого оценивается интенсивность отраженного сигнала.

После приложения с помощью механизма сжатия 3 нагружающего усилия к образцам 15 начинается процесс формирования их соединения, что проявляется в уменьшении отражающей способности границы раздела. Полное оптическое исчезновение границы означает окончание процесса формирования соединения, после чего проводят разгружение, охлаждение и извлечение соединенных образцов 15.

Установка (фиг. 3) с источником лучистой энергии работает следующим образом.

Образцы 15, совмещенные друг с другом в необходимой взаимной ориентации, с помощью механизма сжатия 3 силовым штоком 4 поджимают к опорному пуансону б.

После этого включают лазер 13, лучистая энергия от которого, проходя через фокусирующую систему 14 и силовой шток 4, выполненные из сапфира, прозрачного в инфракрасном и оптическом диапазоне, попадает на соединяемые образцы, производя их нагрев. Далее процесс осуществляют аналогично указанному для установки (фиг. 1).

Повышение качества соединения путем повышения точности контроля температуры достигается тем, что выполнение торцовых и боковой поверхностей прозрачного силового штока полированными обуславливает подведение через прозрачный силовой шток на чувствительный элемент датчика термоизмерительного устройства части лучистой тепловой энергии, излучаемой нагретыми образцами. В результате термоизмерительное устройство регистрирует температуру много меньшую, но строго кратную температуре образцов, причем коэффициент пропорциональности зависит только от оптических свойств прозрачного силового штока и не меняется во времени. Это позволяет точно и в непрерывном автоматическом режиме измерять температуру образцов и в . течение эксплуатации длительное время сохранять стабильными термоэлектрические параметры термоизмерительного устройства, так как чувствительный элемент его нагревается лишь незначительно.

Твердофазное соединение даже одного и того же материала может осуществляться

40 в широком интервале температур, однако .свойства границы соединения (механическая прочность, коэффициент оптического пропускания, электропроводность и т. д.) зависит от точного выброса ее оптимальной величины. Поэтому повышение точности контроля температуры обеспечивает повышение качества соединения.

Качество соединения оптически прозрачных материалов может быть повышено путем оптического контроля площади зоны соединения или повышения рабочей температуры.

Выполнение торцовых поверхностей прозрачного силового штока полированными, состыковка одной из них оптическим каналом и введение визирного устройства с системой подсветки обеспечивает возможность непосредственно в процессе операции соединения наблюдать за состоянием образцов и площадью зоны соединения. Это позволяет в процессе операции контролировать качество формирующегося соединения и соответственно вносить основанные на получаемых данных коррективы в параметры технологического режима, что обеспечивает повышение качества получаемого соединения.

Выполнение боковой и торцовых поверхностей прозрачного силового штока полированными и состыковка последнего посредством оптического канала в муфте с источником лучистой энергии позволяет с минимальными потерями подводить тепловое излучение к соединяемым образцам, осуществляя тем самым их нагрев или при наличии внешнего, охватывающего образец нагревателя обеспечить дополнительное повышение температуры.

Нагрев образцов путем подведения к ним теплового излучения через торец сжимающего их силового штока вследствие высокой локальности нагрева позволяет получать более высокие температуры, чем в известных устройствах, и тем самым повысить качество соединения труднодеформируемых материалов.

Установка по сравнению с базовым объектом (установкой УДС-СВ) позволила повысить качество соединения труднодеформируемых материалов на 30 — 40 /, а также уменьшить коэффициент отражения от границы раздела на 20 — 25 /р при соединении прозрачных материалов.

1097469

1097469

z.2!

097469 (. ° 7... 7 .:1Р ), . ° 7, ° . (1) °,P -", g-o -.0 Составитель В. Петросян

Редактор О. Колесникова Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 4111/13 Тираж! 037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <<Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4