Устройство для сжатия деталей при пайке

 

Союз Советсиик

Социалистические

Республик

QllNCAHNK

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1,956189 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.01.80 (21) 2877739/25-27 (51) М. Кл.

В 2 3 К 3/00

В 23 К 37/04 с присоединением заявки,%

9кударстекнлый комитет

СССР. ао делам наобретений и открытий (2З) Приоритет

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33 (53) УДК 621.791. .3 (088.8) Дата опубликования описания 09 09.82

Н. С. Луцковский, В. Г. Гладкий, П. А. Мильштейн, Я. А. Берман, к Ю. Г. Геворкян (72) Авторы изобретения м

Всесоюзный научно-исследовательский и коаструктррско-.. технологический институт компрессорного машиностроения (1 и . (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ДЕТАЛЕЙ

НА ПАЙКЕ

Изобретение относится "к области пай. ки.

Известно устройство для сжатия плоских деталей при нагреве, преимущественно для пайки алюминиевых пластинчатор"ри- " - " Ы

Устройство содержит прижимные плиты, выполненные из материала сжимаемых деталей, горизонтальные силовые балки и соединенные с ними вертикаль- щ ные силовые балки. Силовые балки выполнены биметаллическими с развитой поверхностью соприкосновения внутренних и наружных элементов. Один из элементов, выполняющий роль компенсатора раз-1s личия термических расширений сжимаемых деталей и устройства, выполнен из материала сжимаемых деталей, а другой элемент, выполняющий роль силовой бал-.ки,— из материала с КТР меньшим, чем 20 у материала сжимаемых деталей. Этот элемент может быть выполнен в виде стального сильфона с кольцевыми и спиральными гофрами, волнообразно изогну. 2 тых стержней или цилиндрических пружин. Это устройство обеспечивает свобсь- ду расширения нагреваемых деталей по длине, ширине и высоте.

Недостатком устройства является сложность конструкции силовых балок, что повышает трудоемкости изготовления. Прижимные плиты, выполненные из материала сжимаемых деталей (алюминия) при нагреве подвергаются короблению как от усилий сжатия пакета, так и от температурных воздействий. Поэтому устройство недостаточно надежно в экс-. плуатации и недолговечно.

Известно устройство для сжатия деталей под пайку, содержашее прижимные плиты и вертикальные балки из материала с KTP меньшим, чем у материала сжимаемых деталей, компенсатор различия термических расширений сжимаемых деталей и устройства по длине и ширине, выполненный в виде прокладки из материала с КТР меньшим чем у сжимаемых деталей, и установленный на внутренней стороне прижимной плиты, компенсатор различия термических расширений сжимаемых деталей и устройства по высоте (2).

Известное устройство, однако, не об1е- 5 спечивает хорошее качество паяного соединения, так как не позволяет сжимать паяемую деталь, набранную из жестких элементов в пакет, с большим усилием.

Применение такого устройства при пайке алюминиевых пастинчато-ребристых теплообменников неприемлемо, так как жесткий теплообменник, работающий при давлениях охлаждаемой среды 8-20кгс см для обеспечения качественной пайки должен быть сжат с большим усилием 1015 тс.

Целью изобретения является повышение качества паяного соединения и надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем прижимные плиты, вертикальные силовые балки, выполненные из материала с KTP меньшим, чем у материала сжимаемых деталей, компенсатор различия термических расширений по длине и ширине, выполненный в виде прокладки из материала с КТР меньшим, чем у сжимаемых деталей, и установленный на внутренней 30 стороне прижимной плиты, компенсатор различия термических расширений по высоте прокладка выполнена в виде пластины, установленной с возможностью деформирования, а комценсатор по высоте выполнен в вида сопрягаемых конусных шайб КТР расширения наружной шайбы большим, чем у внутренней, и тангенсом угла наклона конусной поверхности шайб, пределяемым по формуле 40 ((Ъ=

3 (c pap - о Бну р1 ht, 50 где 6 P - тангенс угла наклона; — средний диаметр внутренней 4> шайбы,"

5 h — величина оседания внутренней шайбы в процессе нагрева;

01< И 0 - КТР материалов соответствен.

AH)r p но наружной и внутренней сопрягаемых конусных шайб;

Ь (— разность температур конца и начала нагрева сжимаемых деталей и устройства.

Компенсаторы различия термических расширений по высоте выполнены в виде сопрягаемых конусных шайб с разным

КТР. При этом КТР материала наружных шайб больше, чем КТР внутренних.

Этим обеспечивается при нагреве получение зазора в конусном сопряжении и возможность приседания внутренних шайб в наружные и, в результате, компенсация разницы термических расширений сжимаемых деталей и элементов устройства по высоте. Компенсаторы различия термичес . ких расширений по длине и ширине вы» полнены из тонких прокладок в виде пластины, установленной с возможностью

1еформирования.

Так как поперечное сечение прокладок незначительно, то силы, действующие при расширении сжатых деталей, преодолевают предел текучести материала прокладок и поэтому в процессе нагрева прокладки расширяются и далее "текут", перемещаясь вместе со сжатыми деталяк и и проскальзывая по прижимным плитам. Проскальзывание прокладок по прижимным плитам происходит потому, что силы трения в сопряжении прокла- док с плитами (как однородных металлов) меньше, чем в сопряжении прокладок со сжимаемыми деталями (как раз-нородных металлов). При циклах. нагрева происходит распря мление волнистостей прокладок с последующим образованием их при остывании. Таким образом, компенсируется различие термических расширений сжимаемых деталей и элементов устройства по длине и ширине.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-A на фиг. 1; на фиг. 3 — схема сопряжения конических поверхностей шайб до нагрева (сплошные линии) и после нагрева (пунктирные линии).

Устройство содержит нижнюю и верхнюю прижимные плиты 1, выполненные из материала с КТР меньшим, чем у материала сжимаемых деталей, компенсаторы различия термических расширений по высоте, выполненные в виде сопрягаемых наружной 2 и внутренней 3 конусных шайб.

КТР материала наружных 2 шайб больше

КТР внутренних 3 шайб. Компенсаторы различия термических расширений по длине и ширине выполнены в виде прокладок

4, которые установлены между сжимае-мыми деталями 5 и прижимными плитами 1..Прокладки 4 выполнены из материала с КТР меньшим, чем у сжимаемых деталей 5.

Прокладки 4 имеют толщины, при которой напряжения, создаваемые термическим расширением сжимаемых деталей больше предела текучести материала прокладок 4.

956 1

Пакет сжимаемых деталей 5 с прижимными плитами 1 стянут вертикальными силовыми балками (шпильками) 6, выполненными из материала с КТР меньшим, чем KTP материала сжимаемых деталей и пайками 7.

Устройство для сжатия плоских деталей при нагреве под гайку работает следующим образом.

На нижнюю прижимную плиту 1 уста- 10 навливают прокладку 4 и из деталей набирают или устанавливают ранее собранный пакет 5 теплообменника. На пакет 5 устанавливаются вторая прокладка 4 и плита 1. Затем пакет 5 с прокладками 15

4 и плитами 1 сжимается прессом или другими узлами, создающими сжимающее усилие. В сжатом состоянии на шпильки

6 надеваются наружные 2 и внутренние 3 конусные шайбы и навинчиваются гайки 7 щ или устанавливаются другие фиксирующие элементы.

Устройство со сжатым пакетом деталей помещают в вакуумную печь для пайки.

При нагреве детали устройства и паяемый д пакет 5 из-за разности KTP материалов расширяются неравномерно. Происходит дополнительное увеличение размера пакета 5 на высоте Ь по сравнению с увеличением размера устройства на этой же .. р высоте на величииу bh . Компенсируется

: величина з и конусными шайбами 2 и . 3. Это происходит следующим образом.

Из-эа разности KTP материалов шайб про- исходит образование по конусным поверхностям зазора гd/2 . При зазоре зd/2 величина ЬИ компенсируется углом наклона конуса шайб P . Определяется угол ,9 из соотноше.ния » д

2ьЬ

49

Таким образом, величина разности расширений алюминиевого пакета и стального устройства Ь g компенсируется приседанием внутренних конусных шайб 3 в наружные 2 на величину Ь г: . При не43 обходимости получения поджима паяе мого изделия во время нагрева при расчете . параметров шайб величина приседания внутренних шайб занимается на необходимую величину поджатия. При расчете шайб 2 и 3 угол конусности шайб выби50 рают из условия исключения самоторможения внутренней шайбы по наружной при их остывании. Наружные конусные шайбы

2 выполнены иэ материала, устойчивого к температурным воздействиям и с выИ соким КТР, например иэ нержавеющей стали 12Х18Н10Т, у которой KTP c6 — 18,6 ° 10 . Внутренние конусные шай89 4 бы 3 выполнены иэ материала с низким

КТР, например из титана, молибдена, твердого сплава, у которых КТР юС =

10 10 -4,5 е 19-6

Чем больше разница КТР материалов наружной и внутренней шайб, тем больше зазор в конусном сопряжении b, d npu нагреве и тем компактней будут шайбы, обеспечивающие заданную величину компенсации 6 и при одинаковом угле конусности шайб. Из-эа разности KTP материалов при нагреве происходит также дополнительное увеличение размеров пакета 5 на длине L и ширине Ь по сравнению с увеличением размеров прижимных плит 1 на этом же расстоянии. Компенсируется эта разница расширений паяемых деталей и устройства посредством прокладок

4. Термические силы расширения паяемо. го пакета 5, преодолевая предел текучести материала прокладок 4, удлиняют их по ширине и длине до размера пакета 5.

Прокладки 4, растягиваясь, проскальзывают по прижимным плитам 1. Это про-. исходит потому, что коэффициент трения в сопряжении прокладок 4 с -прижимными . плитами 1, как однородных металлов, значительно меньше коэффициента трении в сопряжении прокладок 4 и паяемого пакета 5. При остывании пакет 5 укорачивает прокладки 4. В результате на про. кладках 4 образуются незначительные волиистости которые при последующих циклах нагрева распрямляются, а при охлаждении опять образуются. Таким образом, прокладки 4 выполняют роль сильфонов, т.е. компенсаторов различия термических расширений паяемых деталей и устройства цо длине и ширине.

Прокладки 4 выполнены из материала, устойчивого к температурным воздействи ям и имеющего низкий предел текучести и высокие значения относительного удлинения и сужения, КТР которого наиболее близок к КТР материала паяемого иэделия. В конкретном случае прокладки 4 выполнены из нержавеющей стали

12Х18Н10Т, КТР которой оС 18,6» 10 6 6 = 20 кгlмм, относительное удлинение 407, сужение - 557. Толщина прокладок выбирается такой, при ко торой материал под воздействием термических сил нагреваемого пакета течет", т.е. создаются напряжения, превышающие предел текучести материала прокладок. Например, при пайке алюминиевэго теплообменника длиной 600 мм,, шириной 150 мм и высотой 120 мм пракладки взяты толщиной 0,1 мм.

7 9561

Прижимные плиты 1 выполнены из материалов, устойчивых к короблению при высоких температурах, например из титановых сплавов или жаропрочных сталей, например, 20Х13, 3ОХ13 с относительно низким КТР. Балки 6 выполнены из нержавеющей жаростойкой стали

12Х18Н1ОТ, имеющей высокий KTP.

Выполнение прижимных плит из материала с относительно низким КТР, а блока с 10 высоким КТР обуславливает уменьшение величины Л h различия термических расширений сжимаемых деталей и устройства, влияющей на параметры (P u d ) конус. ных шайб. 15

Предложенное устройство позволяет сжимать пакет пластинчато-ребристого теплообменника с большим усилием 1015 тс, что позволяет повысить качество паяемого соединения. Конструкция уст- 20 ройства упрощена, надежность в работе повышена за счет применения простых в изготовлении компенсаторов многократного использования.

Фор мула изобретения

Устройство для сжатия деталей нэ пайке, преимущественно алюминиевых З0 пластинчато-ребристых теплообменников, содержащее прижимные плиты и вертикальные балки, выполненные из материала с коэффициентом термического расширения. меньшим, чем у материала сжи35 маемых деталей, компенсатор - различия термических расширений по длине и ширине, выполненный B виде прокладки из

89 8 материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем у сжимаемых деталей, и установленный на внутренней стороне прижимной плиты, компенсатор различия термических расширений по высоте,отлич а ющееся тем, что, с целью повышения качества паяного соединения и надежности работы устройства, прокладка выполнена в виде пластины, установленной с возможностью деформирования, а компенсатор по высоте выполнен в виде сопрягаемых конусных шайб с коэффициентом термического расширения у наружной шайбы большим, чем у внутренней, и тангенсом угла наклона конусной поверхности шайб, определяемым по формуле

3(нар внцтр)

@ 2ьh где t(P — тангенс угла наклона;

Д вЂ” средний внутренний диаметр шайбы; — величина оседания внутренней шайбы в процессе нагрева;

Ми и „, — коэффициенты термического расширения материалов наружной и внутренней сопрягаемых конусных шайб;

Ьт. — разность температур конца и начала нагрева сжимаемых деталей и устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

К 701006, кл. В 23 К 3/00, 11.10.76.

2. Патент Англии Nr 1350154, кл. В 3 Я, 18.04.73 (прототип).

956189

Дур 7

Составитель Л. Абросимова

Редактор Л. Утехина Техред М. Тепе р Корректор M. Демчик

Заказ. 6901/16 Тираж 1153 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4