УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПАЙКИ И ПИСТОЛЕТ ДЛЯ ПАЙКИ
HIGH-TEMPERATURE ELECTRIC ARC SOLDERING DEVICE AND SOLDERING GUN

Группа изобретений относится к области технологии получения неразъемных соединений методом высокотемпературной электродуговой пайки и, в частности, к пайке металлических кабельных наконечников кольцевого типа и шпилек к различным металлическим изделиям, например, для организации их электрохимической защиты.
5
Известно устройство для электродуговой пайки со сниженным потреблением энергии и минимальным образованием мартенсита [Описание изобретения к патенту США №5313045 от 22.08.1991, Н.Кл. 219/129, МПК B23K 1/00, опубл. 17.05.1994], включающее пистолет для электродуговой пайки с корпусом, внутри которого размещены электромагнит, также включающий контактный носитель для пайки, соединенный с электромагнитом, который отрывает шпильку от заготовки в начале процесса пайки твердым припоем. Диапазон отрыва шпильки регулируется вручную с помощью микрометрического винта. Механизм регулировки сохраняет откалиброванный диапазон подъема шпильки в течение каждого цикла пайки. Расстояние между шпилькой и заготовкой поддерживается постоянным в течение всего времени процесса пайки припоя.
Недостатком настоящего пистолета является невозможность регулировки расстояния отрыва электрода (шпильки) при отклонении геометрических размеров последнего или переходе на другой типоразмер электрода, поскольку ход штока должен регулироваться механически вручную. В этих случаях требуется достаточно специфическая индивидуальная настройка паяльного оборудования под каждый электрод или партию электродов.
Известен пистолет для электродуговой пайки наконечников рельсовых соединителей, содержащий корпус, внутри которого имеются электромагнитное устройство, содержащее ярмо, якорь и обмотку, центральный стержень, на одном конце которого установлена цанга для удержания электродного элемента, устройство контроля и регулировки оптимального зазора между электродным элементом и поверхностью пайки, пружина для прижатия электродного элемента к поверхности пайки, промежуточное защитное керамическое кольцо, токопровод для пропускания рабочего тока и устройство включения подачи энергии в зону пайки, при этом ярмо электромагнитного устройства состоит из двух цилиндров разной высоты и диаметра, входящих друг в друга, якорь электромагнитного устройства выполнен в виде ступенчатой втулки, центральный стержень подвижно установлен внутри цилиндра меньшего диаметра, образующего ярмо, между цилиндрами внутри ярма размещена обмотка электромагнитного устройства, выполненная в виде пружины и установленная соосно относительно цилиндров на токопроводящих вставках, устройство включения подачи энергии в зону пайки содержит два контактных элемента и кнопку, которая установлена с возможностью замыкания контактных элементов, а устройство контроля и регулировки оптимального зазора между электродным элементом и поверхностью пайки состоит из индикатора, неподвижно закрепленного на конце центрального стержня, снабженного цангой, удерживающей электродный элемент [Описание изобретения к патенту РФ №2450898 от 23.04.2010, МПК B23K 3/00, опубл. 20.05.2012].
Настоящий пистолет оснащается собственным электродом, который может иметь незначительные отклонения геометрических размеров от нормы. Для устранения этих отклонений предусмотрены прецизионные регулировки. Использование электродов других производителей может потребовать изменения конструкции ряда деталей пистолета и его последующих регулировки и калибровки, что недопустимо не только в полевых условиях эксплуатации оборудования, но даже и в производственных условиях потребителя.
Известен пистолет для электродуговой пайки [Описание изобретения к патенту Великобритании №2305145 (А) от 12.09.1996, B23K 1/00; B23K 9/20, опубл. 02.04.1997], содержащий корпус, шток связанный с цангой для электрода с припоем, расположенный в направляющих и подпружиненный наружу, угловую стопорную шайбу, соленоид, шток соленоида и дополнительный шток, связанный со штоком соленоида. Шток электрода проходит через отверстие в стопорной шайбе прижатой пружиной к точке опоры. Соленоид втягивает шток соленоида, шток соленоида тянет дополнительный шток. Дополнительный шток тянет стопорную шайбу, стопорная шайба захватывает шток электрода и перемещает его на установленное расстояние.
Недостатком данного пистолета является наличие трех штоков. Причем дополнительный шток и шток соленоида установлены в один подшипник скольжения. Такая конструкция имеет большие потери на трение и требует очень точного исполнения с минимальным зазором штоков в подшипниках скольжения. Это приводит к заклиниванию штоков при попадании в движущиеся части пыли и грязи в неблагоприятных условиях работы, а также при работе в условиях низких температур окружающей среды. Отсутствие возвратной пружины на массивном штоке соленоида позволяет работать пистолету только в вертикальном положении электродом вниз, а, например, при положении электродом вверх шток соленоида может не вернуться в исходное положение. Кроме этого корпус пистолета выполнен металлическим, что требует серьезной электроизоляции токопроводящего штока, а это дополнительно усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность.
Известен комплект оборудования для пайки контактов (пистолет для пайки ZE7000 и блок аккумуляторов EB3613) Английской компании Electrobraze Limited (www.electrobraze.com). В оборудовании коммутация тока осуществляется электрическими устройствами, находящимися в корпусе пистолета, в отличие от других устройств, где электрические устройства, отвечающие за коммутацию, вынесены в блоки управления. Энергия дозируется путем задания времени горения дуги. Предохранитель встраивается в каждый электрод. Источником энергии может служить как блок аккумуляторов, так и сварочный выпрямитель. Несомненными достоинствами оборудования являются простота и надежность реализуемого метода пайки.
Недостатком пистолета является невозможность точного регулирования энергии блока аккумуляторов, расходуемой на нагрев припоя, вследствие чего происходит образование мартенсита в месте припайки контакта.
Известно устройство для управления процессом контактный пайки, включающее источник питания постоянного тока в виде батареи, первый и второй выходы для подачи сварочного тока, модуль управления, содержащий центральный блок и блок управления мощностью, соединенные для непрерывного измерения сварочного тока, при этом модуль управления включает контур управления мощностью для получения постоянного сварочного тока заданной величины и прерывания подачи заданного количества тока, а также температурный преобразователь, установленный вблизи от батареи источника постоянного тока и соединенный с центральным блоком с возможностью активировать средство теплопередачи, выполненное в виде пластины [Описание заявки № US 2012/0312789 от 22.09.2010 на изобретение США, МПК B23K 1/00, НКИ 219/85.22, опубл. 13.12.2012].
Также известно устройство для электродуговой пайки наконечников рельсовых соединителей к рельсу, содержащее блок аккумуляторов, электронный блок, блок управления, обеспечивающий проверку исправности электрической цепи и контроль количества потребленной энергии по времени и силе тока, пистолет для пайки, подключенный к силовому разъему отрицательной полярности, содержащий средства удержания электродного элемента с твердым припоем и его перемещения посредством электромагнита [Описание изобретения к патенту РФ №2449867 от 23.04.2010, МПК B23K 1/00, 3/00, опубл. 10.05.2012].
Кроме этого известно устройство для управления процессом штифтовой пайки, в котором электрод в виде паечного штифта прижимают к металлической поверхности обрабатываемой детали, содержащее источник постоянного тока с аккумуляторными батареями, модуль управления, включающий центральный блок и блок управления мощностью, которые функционально связаны для постоянного измерения тока пайки, коммутируемый электронный модуль, два выхода для подачи тока пайки соответственно на паечный штифт и обрабатываемую деталь, причем центральный блок выполнен с возможностью прерывания подачи тока пайки после подвода заданного количества энергии, устройство снабжено первым датчиком температуры, расположенным у аккумуляторных батарей источника постоянного тока и функционально связанным с центральным блоком, средствами передачи тепла, установленными с возможностью термического контакта с аккумуляторными батареями, при этом блок управления мощностью связан с коммутируемым электронным модулем с возможностью получения постоянного заданного значения тока пайки, а центральный блок выполнен с возможностью активации средств передачи тепла при понижении температуры аккумуляторных батарей ниже заданного значения для поддержания их рабочей температуры и обеспечения заданного тока пайки, с возможностью прекращения процесса пайки при понижении измеренной первым датчиком температуры ниже заданного интервала температур и возобновления процесса пайки при достижении упомянутой температурой заданного интервала [Описание изобретения к патенту РФ №2547370 от 22.09.2010, МПК B23K 1/00, B23K 3/03, опубл. 10.04.2015].
Недостатками трех упомянутых устройств является отсутствие в электрических схемах на выходе после дросселя конденсатора. Это снижает динамику сварочного тока до величины 1-10 мс, при этом длительность процессов в сварочной дуге составляет от 1 мкс до 1 мс. В результате снижается качество пайки, увеличивается разбрызгивание припоя, снижается энергоэффективность устройств контактной пайки. Кроме того, недостатком данных устройств является то, что использование только значений тока и времени без учета значений напряжения для вычисления энергии пайки приводит к большой погрешности. В результате невозможно точно дозировать количество энергии для пайки, что сказывается на ее качестве - такое соединение может оказаться недостаточно прочным или в результате перегрева может произойти охрупчивание зоны разогрева с выплеском припоя.
Существуют установки для дуговой приварки шпилек, концы которых первоначально находятся в контакте с заготовкой, а разряд (возбуждение дуги) образуется при отрыве конца шпильки за счет размыкания сварочной цепи. Сварное соединение защищается от окисления керамическим кольцом или газом [ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 «Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов. Термины и определения». М.: Стандартинформ, 2010, п. 4.1.4.3]. Эти установки предназначены для приварки шпилек ISO 13918:2008 изготовленных из стали.
Недостатком этих установок является сильный разогрев зоны сварки в изделии и, как следствие, образование мартенсита, приводящего к ее охрупчиванию.
5
Известно устройство для электродуговой пайки со сниженным потреблением энергии и минимальным образованием мартенсита, включающее пистолет для электродуговой пайки, аккумуляторный источник тока, соединенный с пистолетом, коммутатор сварочного тока, устройство управления, вычисляющее необходимое количество энергии, схему запоминания настроенной величины энергии, схему сравнения настроенной величины энергии и измеренной величины энергии и отключения сварочного тока при превышении измеренной величины энергии, схему отключения сварочного тока по таймауту и устройство, отрывающее электрод от поверхности на заданное расстояние, расположенное в сварочном пистолете, включающем цангу для размещения электрода и электромагнит с перемещаемым штоком [Описание изобретения к патенту США №5313045 от 22.08.1991, Н.Кл. 219/129, МПК B23K 1/00, опубл. 17.05.1994].
Недостатком настоящего устройства является то, что регулировка тока осуществляется добавлением в сварочную цепь балластного сопротивления. Это приводит к снижению общего КПД системы. Кроме того для измерения квадрата сварочного тока используется квадратирующий преобразователь с применением термоэлементов, характеризующийся низким быстродействием и точностью. Это не позволяет точно дозировать энергию, что сказывается на качестве пайки - такое соединение, как и при использовании ранее упомянутых устройств, - может оказаться недостаточно прочным или в результате перегрева может произойти охрупчивание зоны разогрева с выплеском припоя.
Задача, решаемая группой изобретений, и достигаемый технический результат заключаются в улучшении и стабилизации качества пайки для любого положения паяного соединения, снижении количества мартенсита в зоне нагрева, снижении влияния электрохимической коррозии в полученном соединении, упрощении и оптимизации конструкции оборудования, увеличении ресурса и надежности его работы, в том числе, при неблагоприятных условиях окружающей природной среды. Дополнительно, расширяется ассортимент представленного на рынке специального оборудования для высокотемпературной дуговой пайки.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата устройство для высокотемпературной дуговой пайки включает пистолет для электродуговой пайки и магнитный контакт, а также аккумуляторный источник тока, блокировочный конденсатор, индуктивность, выходной конденсатор, МОП-транзистор для коммутации сварочного тока, выпрямительные диоды, RC-снаббер, измерительный шунт, вентилятор, МОП-транзистор для коммутации подогрева аккумуляторного источника тока, нагреватель аккумуляторов, датчик температуры аккумуляторного источника тока, датчик температуры транзисторов и блок управления, смонтированные в отдельном корпусе, причем блок управления выполнен с возможностью непрерывного измерения тока пайки и времени пайки, на основе которых непрерывно определятся подводимая энергия и прерывается подача тока пайки после подвода заданного количества энергии, корпус выполнен пластиковым влагозащищенным, блок управления дополнительно выполнен с возможностью регулирования тока дуги, измерения тока и напряжения дуги и численного вычисления интеграла произведения тока и напряжения по времени, а пистолет для электродуговой пайки выполнен в соответствии с нижеприведенными признаками.
Кроме этого:
4
- в качестве аккумуляторного источника тока используется батарея из литий-железо-фосфатных аккумуляторов LiFePO;
- в пластмассовом влагозащищенном корпусе расположен съемный контейнер с силикагелем;
- нагреватель аккумуляторов выполнен в виде витков нихромовой проволоки на их батарее, подключенных к аккумуляторному источнику тока через МОП-транзистор.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в пистолете для электродуговой пайки, включающем оснащенный рукояткой корпус, внутри которого размещены электромагнит и подпружиненные штоки, расположенные в параллельных направляющих, имеющих общую торцевую плоскость, конец одного из штоков связан с якорем электромагнита, а другого - с цангой для размещения электродов с припоем, при этом перпендикулярно осям штоков на торцевой плоскости направляющих установлена фрикционная пластина, одна сторона которой размещена на штоке, связанном с якорем электромагнита, с возможностью принудительного перемещения с отклонением от перпендикулярности, а другая сторона поджата к торцевой плоскости направляющих штоков при помощи пружины и включает отверстие, внутри которого с зазором расположен свободный конец штока, связанного с цангой для размещения электродов с припоем, причем пластина установлена с возможностью выбора зазора при ее отклонении от перпендикулярности и дальнейшего перемещения вместе со штоком, связанным с цангой для размещения электродов с припоем, и который расположен коаксиально внутри полого держателя промежуточного защитного керамического кольца, а подвод тока выполнен с его свободный стороны, расположенной внутри корпуса, оба штока выполнены в виде единых деталей, причем шток, связанный с якорем электромагнита выполнен прямолинейным, снабжен возвратной пружиной и расположен относительно штока, связанного с цангой, с противоположной относительно рукоятки стороны, а корпус выполнен из пластика и снабжен индикатором режима работы.
Дополнительно, индикатор режима работы выполнен в виде светодиода, расположенного на тыльной стороне корпуса со стороны рукоятки, или в виде излучателя звука, расположенного внутри корпуса со стороны рукоятки.
Изобретения иллюстрируются чертежами, где:
- на фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема устройства для высокотемпературной дуговой пайки;
- на фиг. 2 показан вид устройства фиг. 1 в аксонометрической проекции без пистолета, магнитного контакта и соединительных кабелей, которые в сложенном виде располагаются под крышкой корпуса;
- на фиг. 3 показана укладка блока аккумуляторных батарей во влагозащищенном корпусе устройства фиг. 2;
- на фиг. 4 показано размещение во влагозащищенном корпусе устройства фиг. 2 съемного контейнера с силикагелем;
- на фиг. 5 показан общий вид пистолета для электродуговой пайки;
- на фиг. 6 и фиг. 7 показана последовательность работы пистолета;
- на фиг. 8 показан общий вид фрикционной пластины;
- на фиг. 9 показаны варианты расположения паяных соединений на изделии.
Устройство для высокотемпературной дуговой пайки включает пистолет 1 для электродуговой пайки и магнитный контакт 2, а также аккумуляторный источник тока 3, блокировочный конденсатор 4, индуктивность 5, выходной конденсатор 6, МОП-транзистор 7 для коммутации сварочного тока, выпрямительные диоды 8, RC-снаббер 9, измерительный шунт 10, вентилятор 11, МОП-транзистор 12 для коммутации подогрева аккумуляторного источника тока 3, нагреватель 13 аккумуляторов 14, датчик температуры 15 аккумуляторного источника тока 3, датчик температуры 16 транзистора 7 и блок управления 17, смонтированные в отдельном корпусе 18, причем блок управления 17 выполнен с возможностью непрерывного измерения тока пайки и времени пайки, на основе которых непрерывно определятся подводимая энергия и прерывается подача тока пайки после подвода заданного количества энергии, при этом корпус 18 выполнен пластиковым влагозащищенным, блок управления 17 дополнительно выполнен с возможностью регулирования тока дуги, измерения тока и напряжения дуги и численного вычисления интеграла произведения тока и напряжения по времени, а пистолет 1 для электродуговой пайки выполнен так, как будет указано ниже по тексту.
4
В качестве аккумуляторного источника тока 3 используется батарея из литий-железо-фосфатных аккумуляторов 14 - LiFePO, причем в пластмассовом влагозащищенном корпусе 18 расположен съемный контейнер 19 с силикагелем, а нагреватель 13 аккумуляторов выполнен в виде витков нихромовой проволоки на их батарее, подключенных к аккумуляторному источнику тока 3 через МОП-транзистор 12.
Пистолет 1 для электродуговой пайки содержит оснащенный рукояткой 20 корпус 21, внутри которого размещены электромагнит 22 и подпружиненные штоки 23 и 24, расположенные в параллельных направляющих 25, 25', 26 и 26', имеющих общую торцевую плоскость 27, конец штока 23 связан с якорем 28 электромагнита 22, а конец штока 24 связан с цангой 29 для размещения электродов 30 с наконечниками из припоя 31, при этом перпендикулярно осям штоков 23 и 24 на торцевой плоскости 27 направляющих 25 и 26 установлена фрикционная пластина 32, одна сторона которой размещена на штоке 23, связанном с якорем 28 электромагнита 22, с возможностью принудительного перемещения с отклонением от перпендикулярности, а другая сторона пластины 32 поджата к торцевой плоскости 27 направляющих 25 и 26 штоков 23 и 24 при помощи пружины 33 и включает отверстие 34, внутри которого с зазором расположен свободный конец штока 24, связанного с цангой 29 для размещения электродов 30 с припоем 31, причем пластина 32 установлена с возможностью выбора зазора при ее отклонении от перпендикулярности и дальнейшего перемещения вместе со штоком 24, связанным с цангой 29 для размещения электродов 30 с припоем 31, и который расположен коаксиально внутри полого держателя 35 промежуточного защитного керамического кольца 36, а подвод 37 тока выполнен с его свободный стороны, расположенной внутри корпуса 21. Оба штока 23 и 24 выполнены в виде единых (цельных) деталей (тел вращения), при этом шток 23, связанный с якорем 28 электромагнита 22, выполнен прямолинейным, снабжен возвратной пружиной 38 и расположен относительно штока 24, связанного с цангой 29, с противоположной относительно рукоятки 20 стороны, а корпус 21 выполнен из пластика и снабжен индикатором режима работы, который может быть выполнен в виде светодиода 39, расположенного на тыльной стороне корпуса 21 со стороны рукоятки 20, или в виде излучателя звука (условно не показан), расположенного внутри корпуса 21, также со стороны рукоятки 20.
Пистолет 1 может работать с любыми типами электродов 30, такими, например, как описанные в патенте РФ №2450898 или другими, в том числе иностранных производителей. Для адаптации электродов 30 и защитных керамических колец 36 под пистолет 1 в нем предусмотрены специальные средства - регулировочные винты 40 и 40' для выставления длины отрыва электрода 30, сменные цанги 29 (или универсальная цанга с упругими лепестками - условно не показана) для фиксации электродов 30 по диаметру и сменные полые держатели 35 (или универсальный полый держатель с упругими цанговыми лепестками - условно не показан) для фиксации керамических колец 36.
Безусловно, под каждый тип электрода 30 подстраиваются режимы пайки, что происходит путем переключения автоматики блока управления 17 на очередную ступень - вручную или автоматически.
Проанализируем существенные признаки изобретений.
Выполнение в устройстве для высокотемпературной дуговой пайки корпуса 18 прочным пластиковым влагозащищенным позволяет обеспечить дополнительную изоляцию электрических соединений, а за счет меньшей теплопроводности пластика обеспечить дополнительную тепловую изоляцию и комфорт в работе по сравнению с высокотеплопроводным металлическим корпусом, что важно, например, при эксплуатации устройства, как на морозе, так и под палящими лучами солнца, а также под дождем и в грязи (при работе в шурфах), т.е. без организации специального рабочего места для размещения оборудования. Кроме этого пластик гасит неприятный металлический звук при соприкосновении корпуса с любыми твердыми предметами и не является приводящим к короткому замыканию проводником среди находящихся под напряжением элементов силовой, соединительной и прочей арматуры.
Выполнение блока управления 17 с возможностью регулирования тока дуги, измерения тока и напряжения дуги и численного вычисления интеграла произведения тока и напряжения по времени обеспечивает точное задание количества энергии на пайку, что особенно важно в установке с аккумуляторным питанием, и позволяет еще больше снизить в паяном соединении, которое, безусловно, включает фрагмент стальной базовой детали, а также электрод 30 и часть припоя 31, количество мартенсита, образовывающегося в зоне максимального температурного воздействия сварочной дуги. На практике это реализуется с использованием тривиальных схем измерения и стандартных численных алгоритмов. В существующих технических решениях дозирования энергии пайки подобный принцип не использовался.
4
4
В устройстве в качестве аккумуляторного источника тока 3 используется батарея из литий-железо-фосфатных (LiFePO) аккумуляторов 14. Настоящие аккумуляторы 14 имеют более низкую, примерно на 15%, плотность энергии по сравнению с литий-ионными, но обеспечивают более длительный срок службы, выходное напряжение, почти не зависящее от уровня заряда, максимальный ток выше, чем у любых других аккумуляторов (при одинаковой массе), химическую и термическую безопасность, широкий температурный диапазон, что позволяет использовать установку в сложных условиях эксплуатации. Единственным ограничением настоящих возможностей является нестабильность электрических показателей батареи в целом при изменении влажности внутри корпуса, поскольку во влажной среде алюминиевые выводы аккумуляторов более подвержены электрокоррозии, что существенно искажает электрический контакт существующих соединений. Именно по этой причине корпус 18 устройства выполнен условно герметичным и внутри него расположен съемный, для последующего восстановления, контейнер 19 с силикагелем. Также стабильность эксплуатационных характеристик аккумуляторной батареи зависит от температуры окружающей среды. Для литий-железо-фосфатных аккумуляторов LiFePO предел рабочих температур составляет -20+60°C. И если верхний предел температуры эксплуатации оборудования, как правило, не превышает нормативный, то при отрицательных температурах снижается максимальный ток аккумуляторов 14, поэтому для работы при низких температурах необходим их подогрев. Для этого нагреватель 13 аккумуляторов 14 выполнен в виде витков нихромовой проволоки на их батарее, подключенных к аккумуляторному источнику тока 3 через МОП-транзистор 12. Безусловно, нагрев осуществляется с обеспечением всех норм электро- и пожаробезопасности - единичные аккумуляторы 14 расположены внутри корпуса 18 с использованием современных электро- и теплоизоляционных материалов (слоя фольги 41, слоя полимерного электроизолятора 42, нагревателя 13, еще одного слоя полимерного электроизолятора 43 и слоя теплоизолятора 44), - получается прочный термостат с подогревом, который включается автоматически блоком управления при снижении температуры аккумуляторной батареи ниже плюс 3°C. Опытным путем установлено, что регулярно (длительно) работающее устройство в пластиковом влагозащищенном корпусе 18 не требует подогрева батареи 3 до рабочих температур, нагрев включается исключительно при начале работы с оборудованием, находящимся длительное время при низких температурах, что при его включении покажет автоматика, которая и включит подогрев до необходимой температуры. И в этом случае разогрев аккумуляторной батареи 3, находящейся в пластиковом влагозащищенном и теплоизолированном корпусе 18, происходит значительно быстрее и с меньшими затратами энергии этой же батареи 3, чем находящейся в аналогичном металлическом корпусе. В результате увеличивается ресурс работы оборудования до подзарядки. Практика показала, что правильнее всего просто включить устройство, а его автоматика оценит уровень температуры окружающей среды, при необходимости включит электроподогрев и проинформирует о готовности устройства к работе. Таким образом, функция постоянного отслеживания рабочей температуры аккумуляторной батареи 3 при низких температурах и ее постоянного поддержания в работоспособном состоянии в абсолютном большинстве случаев является избыточной, хотя такие технические решения существуют - см. описание изобретения к патенту РФ №2547370 на устройство для пайки, имеющее металлический корпус, который при попадании на мороз (или в снег) интенсивно охлаждается и, соответственно, активно отводит тепло от аккумуляторной батареи.
Важнейшим элементом устройства для высокотемпературной дуговой пайки является пистолет 1. В отличие от известного, доказавшего на практике свои достоинства пистолета - см. патент GB №2305145, - шток 23, связанный с якорем 28 электромагнита 22 и шток 24, связанный с цангой 29 выполнены, в отличие от известных пистолетов, в виде параллельно расположенных прямолинейных единых деталей - тел вращения типа цельных осей или валов. Очевидно, что для таких деталей, совершающих в процессе работы возвратно-поступательное движение, удобнее всего изготовить цилиндрические параллельные направляющие 25 и 26 - за один проход инструмента. В случае с изогнутыми (сборными) валами требуется обеспечить необходимую соосность направляющих, что предъявляет жесткие требования к точности изготовления деталей и сборочных единиц. В результате фрикционная пластина 32, связывающая штоки 23 и 24 между собой за счет их геометрической прямолинейности и разнесения в пространстве позволяет сформировать в корпусе 21 достаточную полость, где возможно поместить дополнительное электрическое оборудование типа датчиков и индикаторов и их соответствующего коммутирующего обеспечения типа проводов и контактов. Безусловно, для этого шток 23, связанный с якорем 28 электромагнита 22, располагают относительно штока 24, связанного с цангой 29, с противоположной относительно рукоятки 20 стороны. Это исключает любой контакт подвижных частей с различной токопроводящей арматурой и самими датчиками и индикаторами, и, кроме этого, позволяет при необходимости установить внутри корпуса 21 стационарные электроизолирующие перегородки (условно не показаны). Следует отметить, что эксцентричное расположение рабочих штоков и некоторое отклонение от привычных «пистолетных» форм не влияют на удобство работы с устройством (прицеливание точки пайки, оценка степени «перпендикулярности» электрода 30 с припоем 31 относительно базовой поверхности пайки, фиксация положения и др.). Надежность возвратного движения штока 23, связанного с якорем 28 электромагнита 22, дублируется возвратной пружиной 38, предотвращающей возможное залипание якоря 28 при нетипичных положениях пистолета, например при пайке в положении снизу (т.н. потолочном положении).
Как оказалось, шток 24, связанный с цангой 29, также удобнее всего сделать в виде самостоятельной детали, в отличие от сборного электроизолированного штока сложной конструкции известного пистолета.
В результате перечисленные конструктивные особенности позволили отказаться от надежного, но электропроводного и недостаточно комфортного по тактильным ощущениям металлического корпуса пистолета в пользу не менее надежного, тактильно теплого при низких температурах и абсолютно электробезопасного пластмассового корпуса 21. Кроме этого расположение на корпусе 21 с максимально удобной тыльной стороны рукоятки 20 звукового и/или светового 39 индикаторов режима работы, сигнализирующих о готовности паяного соединения, позволили дополнительно обеспечить стабильное качество припайки электрода 30 к основанию.
Реализацию изобретений рассмотрим на следующих примерах.
Пример 1. Пайка плоского кабельного наконечника 45 под кабель (условно не показан) электрохимической защиты трубопровода 46 в нижнем положении.
Пайку наконечника 45 следует произвести в зимнее время при температуре минус 10°C на удаленном участке трубопровода 46 в условиях бездорожья. Для этого используют компактное устройство для высокотемпературной дуговой пайки, включающее пистолет 1 для электродуговой пайки и магнитный контакт 2, аккумуляторный источник тока 3, а также набор, как правило, латунных электродов 30 с наконечниками из припоя 31 и защитными керамическими кольцами 36 и, непосредственно, кабельных наконечников 45.
По прибытии на место устройство подносят к нужному участку трубопровода 46, ставят в любом приемлемом месте и приводят в рабочее состояние путем его включения. Автоматика при необходимости отметит низкую температуру и включит подогрев аккумуляторов 14. По достижении температуры, например, +3°C включается индикация готовности устройства к работе. На устройстве производят выбор типа используемого электрода 30 для пайки. Производят подключение входящих в набор кабелей и устройств. С помощью специальных устройств и приспособлений зачищают место под припайку наконечника 45 под кабель и установку магнитного контакта 2, который устанавливают на некотором удалении от места пайки. В держатель 35 пистолета 1 вставляют промежуточное защитное керамическое кольцо 36, после чего в цангу 29, преодолевая некоторое упругое сопротивление, вставляют электрод 30 с наконечником из припоя 31. Визуально убеждаются, что пистолет 1 настроен именно под этот тип электрода 30. При необходимости производят настройку пистолета 1, для чего вращением одного из регулировочных винтов 40 или 40' или обоих винтов 40 и 40' устанавливают требуемые зазоры. На глаза и руки надевают средства защиты.
На подготовленный под пайку участок трубопровода 46 укладывают плоский кабельный наконечник 45 под кабель и, сориентировав оснащенный пистолет 1, вставляют электрод 30 в технологическое отверстие кабельного наконечника 45. По мере воздействия на пистолет 1 шток 24 с электродом 30 утапливается внутрь корпуса 21 пистолета 1, преодолевая воздействие пружины 47 до момента контакта керамического кольца держателя с плоским контактом. После того, как кабельный наконечник 45 будет надежно прижат к поверхности трубопровода 46 и сориентирован соответствующим образом, вторую руку отводят от наконечника 45 и при желании перекладывают на корпус 21 пистолета 1. Нажимают на клавишу (кнопку) 48 пистолета 1, включается электромагнит 22, якорь 28 которого увлекает за собой шток 23 и, соответственно, фрикционную пластину 32, которая, в свою очередь, наклоняясь, увлекает за собой за счет сил трения со стенками отверстия 34 на заранее выверенное расстояние шток 24 с цангой 29, внутри которой располагается электрод 30 с наконечником из припоя 31. Через небольшой промежуток времени, после включения электромагнита 22, включается ток пайки и зажигается электрическая дуга. В зависимости от выбранного на устройстве типа электрода 30 автоматика определяет количество необходимой энергии для пайки. В процессе пайки происходит автоматический расчет количества фактически поданной энергии на пайку электрода 30 за счет измерения тока, напряжения и времени горения дуги. По значениям тока, напряжения и времени горения дуги производится численный расчет энергии пайки как интеграла произведения тока и напряжения по времени. Происходит цикл пайки, когда припой 31 расплавляется в ограниченном отверстием в плоском кабельном наконечнике 45 и керамическим кольцом 36 закрытом объеме, формируется ванна жидкого припоя. По достижении заданного значения энергии пайки подача тока прекращается. Фрикционная пластина 32 занимает положение контакта с торцевой плоскостью 27 направляющих 25 и 26 штоков 23 и 24. Шток 24 с электродом 30 под действием пружины 47 выдвигается в сторону паяного соединения до контакта электрода 30 с поверхностью изделия (поз. 46), при этом жидкий припой, перетекая, занимает все пространство замкнутого объема. Необходимо некоторое время подержать пистолет 1 в таком положении до формирования паяного соединения. О завершении процесса кристаллизации металла предупреждает световой индикатор 39 на тыльной стороне рукоятки 20 пистолета 1 и/или звуковой сигнализатор. После этого пистолет 1 снимают с электрода 30. Паяное соединение выглядит как аккуратный поясок вокруг выступающей части электрода 30 - с керамическим кольцом 36 или без него. Отсоединяют магнитный контакт 2. Выступающий конец электрода 30 отламывают от полученного паяного соединения, как правило, ударом молотка. При необходимости место излома зачищают. Далее производят подключение кабеля электрохимзащиты с получением, преимущественно, неразъемного соединения, и на полученное электрическое соединение наносят слой защитного покрытия.
Оборудование отключают, разбирают, укладывают внутрь корпуса 17 устройства для пайки и закрывают крышкой 49. Таким образом, устройство подготовлено для транспортировки, последующего хранения и повторного использования.
Следует отметить, что вместо упомянутого плоского кабельного наконечника 45 для подключения кабеля электрохимзащиты может использоваться резьбовая шпилька с припоем (аналог электрода 30 с наконечником из припоя 31), которая после припайки будет выполнять функцию разборного резьбового контакта.
Пример 2. Пайка плоского кабельного наконечника 45 под кабель электрохимической зашиты трубопровода 46 в потолочном положении.
Процесс работы с оборудованием аналогичен Примеру 1, за исключением места расположения паяного соединения - неудобного малотехнологичного потолочного. В этом случае в полной мере проявляет свои технические качества возвратная пружина 38 на штоке 23, которая гарантированно отводит массивный якорь 28 в сторону торцевой плоскости 27 направляющих 25 и 26 штоков 23 и 24, что позволяет вывести фрикционную пластину 32 из зацепления со штоком 24 с электродом 30, а последние имеют возможность под действием пружины 47 выдвинуться в сторону паяного соединения до контакта электрода 30 с поверхностью трубопровода 46 и т.д.
Пример 3. Проведение работ в обводненном шурфе.
В этом случае на первый план выходит преимущество реализации устройства для высокотемпературной дуговой пайки в пластиковом влагозащищенном корпусе 18. Для размещения оборудования на месте проведения работ не требуется предварительно подготавливать чистое сухое место - его можно установить непосредственно в лужу с водой или грязью, на снег. Процесс работы с оборудованием аналогичен Примерам 1 и 2.
По окончании работ корпус 18 очищают от грязи и протирают насухо.
Возможны другие варианты (примеры) использования устройства для высокотемпературной дуговой пайки, не обязательно связанные с припайкой контактов в технологиях коммутации средств электрохимической защиты, но и другие соединения, типа паяных силовых шпилек под резьбу и др., в любом пространственном положении. Во всех случаях перед началом работы производят проверку работоспособности устройства, его электромеханическую настройку, проверяют состояние силикагеля в съемном контейнере 19 корпуса 17 и, при необходимости, подзаряжают батарею аккумуляторов 14 (источник тока 3).
В результате использования изобретений улучшилось и стабилизировалось качество пайки при любом положении паяного соединения, исключилось или снизилось количество мартенсита в зоне нагрева, уменьшилось влияние электрохимической коррозии в полученном соединении, упростилась и оптимизировалась конструкция оборудования, увеличились ресурс и надежность его работы при неблагоприятных условиях. Кроме того, расширился ассортимент представленного на рынке специального оборудования для высокотемпературной дуговой пайки.