Устройство для сборки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов под пайку

Полезная модель относится к технологическому оборудованию и может быть использована для сборки под пайку узлов из алюминиевых сплавов, в состав которых входят цилиндрические детали, например штуцеров воздушных систем летательных аппаратов.
Известно устройство для сборки металлокерамических узлов под пайку, содержащее полый корпус, в котором имеются элементы для установки деталей паяемого изделия, позволяющие осуществлять центровку цилиндрических заготовок перед пайкой и обеспечивать поджатие деталей в процессе пайки (см. патент РФ на полезную модель №137222, кл. В23К 1/00, 2014 г.).
Недостатком данного устройства является возможность пайки только полых цилиндрических деталей, что накладывает ограничение на номенклатуру паяных изделий.
Известно устройство для сборки пакета деталей под пайку, содержащее основание со стойками, на которых установлен прижимной механизм в виде нажимных балок с винтовыми прижимами для фиксации установленных на основании подлежащих пайке деталей, (см. а.с. СССР №1383946, кл. B21D 9/00,1996 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность относительной установки подлежащих пайке деталей из-за отсутствия элементов относительного их центрирования, а также довольно высокая вероятность их смещения от заданного положения в процессе фиксации винтовыми прижимами.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение качества пайки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов за счет обеспечения при сборке их относительного центрирования и плотного контакта друг с другом через припой, а также за счет сохранения заданного положения деталей в течение процесса пайки и исключения их заклинивания в устройстве.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для сборки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов под пайку, содержащем основание, предназначенное для размещения подлежащих пайке деталей и прижим для осуществления сжатия и фиксации деталей в заданном положении в течение процесса пайки, новым является то, что устройство оснащено центрирующей оправкой, а также резьбовыми шпильками, установленными на основании, прижим выполнен в виде плиты с отверстиями, через отверстия пропущены стяжки, на резьбовые концы которых сверху относительно плиты навинчены зажимные гайки, центрирующая оправка выполнена в виде цилиндра со сквозным осевым центрирующим отверстием и имеет возможность центрирования по одной из цилиндрических деталей, а в ее центрирующее отверстие через проставку, выполненную в виде втулки из керамического материала, имеет возможность установки вторая цилиндрическая деталь.
Из уровня техники известно, что при соединении алюминиевых деталей традиционно применяется диффузионная пайка через медное покрытие или фольгу. Образование соединения при этом осуществляется за счет того, что при нагреве под пайку происходит диффузионное взаимодействие основного металла с медным покрытием или фольгой с образованием жидкой фазы, которая выступает в роли припоя. В связи с этим одной из основных проблем проведения такого процесса пайки является необходимость обеспечить плотный контакт в месте соединения.
В случае отсутствия плотного контакта между паяемыми деталями не происходит диффузионного взаимодействия фольги с основным металлом, или, при использовании покрытия, жидкой фазы недостаточно для полного заполнения зазора. Поэтому для обеспечения прохождения процесса пайки необходимо использовать оснастку, которую, как правило, изготавливают из нержавеющей стали.
При изготовлении цилиндрических образцов, для плотного поджатая деталей, в качестве элемента оснастки необходимо использовать цилиндрическую оправку из нержавеющей стали. В процессе нагрева под пайку из-за больших значений коэффициента линейного термического расширения паяемого материала и оснастки происходит сжатие алюминиевой детали в стальной оправке, вследствие чего после пайки разобрать оснастку становится проблематично.
Для устранения данного явления использована втулка из керамического материала, которая размещается между алюминиевой деталью и стальной оправкой. Керамическая втулка обладает значительно меньшим коэффициентом линейного термического расширения и высокими значениями прочности при сжатии. При этом втулка должна изготавливаться из материала, который при температурах пайки не вступает в химическое взаимодействие с компонентами основного металла деталей и оправки.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлено устройство для сборки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов под пайку, осевой разрез.
Для описания конструкции устройства его элементы обозначены следующими позициями:
1 - плита;
2 - резьбовые шпильки (четыре);
3 - подлежащая пайке деталь;
4 - проставка в виде втулки из керамического материала;
5 - центрирующая оправка из стали;
6 - подлежащая пайке деталь;
7 - основание.
Устройство для сборки цилиндрических деталей из алюминиевых сплавов под пайку содержит основание 7, в отверстиях которого (не показаны) установлены вертикально резьбовые шпильки 2. На резьбовые шпильки 2 надет отверстиями прижимной элемент, выполненный в виде плиты 1, а на резьбовые концы стяжек навинчены стяжные гайки (позициями не обозначены), расположенные сверху относительно прижимного элемента 1. В комплект устройства также входит центрирующая оправка 5 из стали, выполненная в виде цилиндра с осевым сквозным центрирующим отверстием, в котором имеет возможность установки проставка 4, выполненная в виде втулки из керамического материала.
Заявленное устройство работает следующим образом. Для сборки паяемого узла одна паяемая цилиндрическая деталь 6 устанавливается на основание 7. В ее осевое отверстие с зазором вставляется вторая паяемая цилиндрическая деталь 3 с нанесенным на поверхность контакта покрытием или прихваченной фольгой припоя (не показан). Центрирование цилиндрической детали 3 относительно цилиндрической детали 6 осуществляется за счет оправки 5, которая устанавливается на центрирующий поясок (позицией не обозначен - см. Фиг.) детали 6. В центрирующее отверстие детали 6 устанавливают втулку 4, а в нее - вторую деталь 3, которая при установке центрируется относительно детали 6. Плотный контакт соединяемых поверхностей деталей 3 и 6 обеспечивается сжатием их посредством плиты 1, которое осуществляется стяжными гайками.
Пример.
Изготавливались 5 образцов из сплава АМгб, представляющих штуцер с основанием для подключения воздушной магистрали летательного аппарата. На внутреннюю поверхность образцов (места пайки) гальваническим способом наносился слой меди марки МО толщиной 20-30 мкм.
Сборка осуществлялась в предлагаемом приспособлении. Стальная оправка изготавливалась из 12Х18Н10Т. Керамическая втулка изготавливалась из керамики ВК94 на основе оксида алюминия, т.к. данная керамика не вступает в химическое взаимодействие с легирующими компонентами сплава АМгб и стали 12Х18Н10Т. Зажимное приспособление изготавливалось из молибдена.
-3
Для проведения пайки устройство с собранным изделием размещали в двухколпаковой вакуумной печи СГВ-2.4-2/15. Пайку проводили в вакууме при температуре 530-540°С при вакууме не ниже 10 Па в течение 1,5-2 минут. Охлаждение паяного изделия осуществляли вместе с печью.
После пайки образцы подвергали визуальному осмотру, из них три образца - металлографическому исследованию паяных швов и два образца - испытанию на герметичность методом «аквариума» при создании избыточного давления 6 атм. В результате было установлено формирование качественных паяных соединений, без пор и рыхлот во всех пяти спаянных образцах. Испытания на герметичность показали отсутствие течей.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволило обеспечить точное центрирование деталей перед пайкой и их поджатие без относительного смещения в процессе нагрева. Использование керамической проставки - втулки позволило упростить процесс разборки устройства после пайки и исключить появления дефектов, связанных с разделением оправки и изделия.