Устройство для пайки магнитоуправляемой дугой в вакууме

 

Изобретение относится к устройствам для обработки магнитоуправляемой дугой, в частности к устройствам магнитного управления дугой для осуществления локального нагрева зоны Воао пайки при получении неразъемного сет единения, преимущественно используемого для упрочнения и восстановления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и установок. Цель изобретенияповышение равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А. При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на электромагнитную катушку 9 подают постоянный ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неодно-, родное магнитное поле, которое, воздействуя в основном на прикатодную . область столба дуги, сжимает его. Конструкция устройства позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба диффузионного дугового разряда с полым катодом в вакууме на токах 20-50 А и получать зону нагрева любой конфигурации с требуемым распределением удельного теплового потока в ней, 1 ил. . I сл :о :л эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (1И (5114 В 23 К 9 16 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3973280/31-27 (22) 10. 10. 85 (46) 23. 06.87. Бюл. М- 23 (71) МВТУ им. Н.З. Баумана (72) В.M. Неровный, В.M. Ямпольский, А.Н. Калинкин, Г.В. Подъяпольский, В.П, Николаенко и О.В.Гаврилов (53) 621.791.754.034(088.8) (56) Неровный В.М.Влияние магнитного поля на дуговой разряд с полым катодом при пайке в вакууме.-Автоматическая сварка, 1983, У 8, с. 29-31.

Патент США N 3551637, 219-123, 1970.

Неровный В.М. и др. Магнитное управление дугой, горящей в вакууме, при наплавке и пайке.-Сварочное производство, 1983, И 12, с,. 13-15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМОЙ ДУГОЙ В ВАКУУМЕ (57) Изобретение относится к устройствам для обработки магннтоуправляемой дугой, в частности к устройствам магнитного управления дугой для осуществления локального нагрева зоны пайки при получении неразъемного свединения, преимущественно используемого для упрочнения и восстановления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и установок. Цель изобретения— повышение равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А, При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на злектромагнитную катушку 9 подают IIocTORHHbIA ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, которое, воздействуя в основном на прикатодную область столба дуги, сжимает его.

Конструкция устройства позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба диффузионного дугового разряда с полым катодом в вакууме на токах 20-50 А и получать зону нагрева любой конфигурации с требуемым распределением удельного теплового потока в ней. 1 ил.

1 13

Изобретение относится к устройствам для обработки магнитоуправляемой дугой, в частности к устройствам магнитного управления дугой для осуществления локального нагрева зоны пайки при получении неразъемного соединения, преимущественно используемого для упрочнения и восстановления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и установок.

Цель изобретения — повышение равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А.

На чертеже изображено устройства, разрез.

Устройство для пайки магнитоуправляемой дугой в вакууме содержит горелку 1 с полым неплавящимся катодом

2 и установленную на горелке 1 электромагнитную систему 3. Электромагнитная система 3 содержит водоохлаждаемую рубашку 4 кольцевой формы, два

П-образных магнитопровода, каждый из них имеет два параллельных стержня

5, к верхним концам которых прикреплена перекладина 6 с помощью двух гаек 7, а нижние концы, являющиеся.полюсными наконечниками, ниже выходного торца полого катода 2 отогнуты в направлении к центральной оси горелки и под прямым углом к ней, а также катушки 8 управления, надетые на стержни 5 магнитопроводов и опирающиеся на водоохлажцаемую рубашку 4, и электромагнитную катушку 9, установленную на горелке 1 внутри П-образных магнитопроводов. Электромагнитная катушка 9 помещена в ферромагнитный кожух 10, выполненный с кольцевым отверстием, через которое выступает часть электромагнитной катушки 9, которая расположена относительно рабочего торца горелки со ступенчатым кольцевым зазором.

Между перекладиной 6 и электромагнитной катушкой 9 вставлена распорная втулка 11 для предотвращения ее перемещения по высоте горелки 1. Перекладина 12 другого П-образного магнитопровода опирается на изолирующую втулку 13, предназначенную для крепления электромагнитной системы 3 с помощью фиксирующего винта 14 к горелке 1.

Расположение двух П-образных магнитопроводов в двух взаимно перпенди18358 2 кулярных плоскостях, линией пересечения которых является центральная ось горелки 1, позволяет с помощью двух пар полюсных наконечников создавать два поперечных взаимно перпендикулярных скрещенных магнитных поля. Пара. катушек 8 управления, предназначенных для создания поперечного магнитного поля, надеты на стержни 5 магнитопро10 вода и соединена между собой последовательно с суммированием магнитных потоков. Вторая пара катушек управления установлена таким же образом на другом магнитопроводе. Для обеспече15 ния независимого управления двумя взаимно перпендикулярными поперечны ми полями магнитопроводы электрически и магнитно изолированы один от другого. Стержни 5 магнитопровода и

20 перекладина 6 выполнены из магнитомягкогО материала, а соединение их между собой без зазоров приводит к уменьшению магнитного сопротивления магнитопровода и способствует эффек25 тивной передаче магнитного потока полюсными наконечниками в зону дуги.

Помещение электромагнитной катушки 9 в ферромагнитный кожух 10 исключает влияние ее магнитного поля расЗ0 сеяния на магнитные потоки катушек 8 управления, а подбор ширины кольцевого отверстия в кожухе 10 дает возмож1 ность создавать аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, действующее наиболее эффективно на столб дуги в прикатодной области. При этом величины продольной и поперечной составляющих поля на уровне воздействия поперечных магHHTHbIx полей сведены к

40 минимуму, что практически не приводит к искажению формы и симметричности распределения их относительно центральной оси горелки 1.

Устройство работает следующим образом.

В вакуумной камере создают разре-2 жение порядка (1-1 10 )Па. При возбуждении дугового разряда с полым катодом в вакууме на. электромагнитную

50 катушку 9 подают постоянный ток. Протекание тока в катушке 9 создает аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле, которое, воздействуя, в основном, на прикатодную область

55 столба дуги, сжимает его. При этом диаметр дуги на уровне возДействия поперечных магнитных полей становится соизмеримым с диаметром полюсных на358 4

3 1318 конечников. Затем на катушки 8 управления подают токи управления. Протекание тока по обмоткам катушек 8 управления создает магнитный поток в стержнях 5 и перекладине 6 магнито5 провода, который замыкается между по- люсными наконечниками, расположенными ниже выходного торца полого катода

2. Взаимодействие поперечного магнитного поля с дугой вызывает ее откло- 10 нение от оси горелки 1. Отклонение столба дуги происходит под действием электромагнитной силы, перпендикулярной плоскости, в которой лежат вектор дрейфового тока, т.е. потока электро- 15 нов, и вектор поперечного магнитного поля. Питание катушек 8 управления разнополярными импульсами тока обусловливает колебания столба дуги н противоположные стороны. Одновремен- 20 ная подача разнополярных импульсов тока на катушки 8 управления двух Побразных магнитопроводов позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба дуги. Амплитуда откло- 25 кения столба дуги регулируется изменением величины тока, питающего катушки 8 управления, а частота сканирования — изменением частоты следования импульсов. Зр

Опытная проверка показала, что

1 предлагаемое устройство обладает лучшими рабочими характеристиками при сканировании столба дуги в диффузной форме, когда электромагнитная катушка, помещенная в ферромагнитный кожух с кольцевым зазором, создает аксиально-симметричное относительно оси горелки неоднородное магнитное поле с магнитодвижущейся силой 150- 4р

200 А/витков. При этом катушка вместе с кожухом имеет высоту не более длины полого катода, т.е. 30-35 мм, при внутреннем диаметре 25-30 мм и сред нем ее диаметре 40-45 мм, а нижняя плоскость кожуха расположена на одном уровне с выходным торцом полого катода. Толщина стенки кожуха 1,5-2,0 мм.

Для формирования -оптимальной формы аксиально-симметричного неоднородного5р магнитного поля кольцевой зазор располагают в месте пересечения внутренней боковой поверхности кожуха и его нижней плоскости. Меньший диаметр кольцевого зазора равен 0,2-0,3 высо-55 ты кожуха, а больший диаметр равен

0,5-0,6 разности между средним и внутренним диаметром кожуха. Обоснованно это тем, что при кольцевом зазоре с меньшим диаметром, большим 0,3 высоты кожуха, и большим диаметром, равным

0,6 разности между средним и внутренним диаметрами по нижней плоскости кожуха, существенно увеличивается поле рассеяния электромагнитной катушки, особенно в радиальном направлении, что приводит к несимметричному относительно оси горелки перераспределению поперечных магнитных полей.

Увеличивается также влияние аксиально-симметричного поля на активную зону дуги, расположенную в полости катода на токах разряда 20-50 А, как правйло, в глубине катода на 0,4-0 5 его длины, что нежелательно С точки зрения технологии пайки, так как при этом существенно ухудшаются рабочие характеристики дуги. При меньшем диаметре кольцевого зазора, меньшем

0,2 высоты внутренней боковой поверхности кожуха, и большем диаметре, равном 0 5 разности между средним и внутренним диаметрами по его нижней плоскости, существенно увеличивается продольная составляющая аксиальносимметричного магнитного поля катушки в зоне воздействия на дугу поперечных магнитных полей. Это приводит к несимметричному перераспределению их относительно оси горелки и соответственно к уменьшению эффективности управления технологическими характеристиками дуги. Радиальная составляющая аксиально-симметричного магнитного поля в прикатодной области столба дуги в этих случаях наоборот существенно уменьшается, что приводит

К слабому обжатию столба, а значит, ° и к снижению эффективности управления его поперечными магнитными полями, так как диаметр столба в области их воздействия сохраняется большим, чем диаметры полюсных наконечников.

Полюсные наконечники иэ конструктивных соображений выполняют, как правило, иэ круглого прутка диаметром 8-10 мм. Величину зазора между парой полюсных наконечников во избежании интенсивного их нагрева от дуги устанавливают равной 20-25 мм. Расстояние в просвете между нижней плоскостью кожуха и полюсными наконечниками устанавливают равным 12-16 мм.

При этих соотношениях размеров аксиально-симметричное неоднородное магнитное поле практически не вносит изменений в распределние поперечных полей, создаваемых двумя взаимно перФормула изобретения

Составитель Г. Квартальнова

Техред В.Кадар КорректорВ. Бутяга

Редактор С. Патрушева

Заказ 2458/10 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР! по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13183 пендикулярно расположенными парами магнитных полюсов.

Экспериментальные исследования показали, что для создания зоны нагрева дуги на токах 20-50 А пло5 щадью 1,0-5,0 см любой по конфигурации с равномерным распределением по ней удельного теплового потока дуги достаточно в зазоре между парой полюсных наконечников иметь магнитное 10

-з поле порядка (2-5) 10 Тл, создаваемое двумя катушками управления с суммарной магнитодвижущей силой 60—

100 А витков. При этом расстояние в просвете между полюсными наконечника- 15 ми и анодом-изделием устанавливают равным 25-40 мм.

Конструкция устройства позволяет осуществлять двухкоординатное сканирование столба диффузного дугового разряда с полым катодом в вакууме на токах 20-50 А,а следовательно, получать зону нагрева любой конфигурации с требуемым распределением удельного теплового потока в ней, 25 что значительно расширяет технологические возможности дуговой пайки в вакууме. Применение устройства дает возможность одновременным воздействием на столб дуги в диффузной форме 30 аксиально-симметричным неоднородным и двумя поперечными магнитными полями управлять распределением удельного теплового потока по длине паяного соединения и за счет этого при минимальном тепловложении дуги получать требуемое температурное поле в зоне

58 6 пайки, что приводит к значительному расширению номенклатуры рабочих лопаток, контактные поверхности которых можно упрочнять или восстанавливать дуговой пайкой в вакууме, а также к повышению производительности процесса пайки и качества паяных соединений.! Устройство для пайки магнитоуправляемой дугой в вакууме, содержащее горелку с полым неплавящимся катодом и установленную на ней электромагнитную систему, выполненную с двумя Побразными магнитопроводами полюсные наконечники которых загнуты под прямым углом в направлении к оси горелки .и расположенными в зоне рабочего торца горелки, и с обмотками управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности прогрева паяемого соединения путем управления распределением удельного теплового потока в зоне нагрева дуги в диффузной форме на токах менее 50 А, оно дополнительно снабжено электромагнитной катушкой, размещенной в фер-. ромагнитном кожухе с кольцевым отверстием и установленной внутри П-образного магнитопровода, а выступающая из кольцевого отверстия кожуха часть электромагнитной катушки расположена относительно рабочего торца горелки со ступенчатым кольцевым за.зором.