Герметичное устройство с тоководом

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к неразборным герметичным устройствам таким, как соединители, реле, тоководы которых имеют коаксиальную конструкцию.
Известны способы обеспечения герметичности в устройствах с однородными стержневыми тоководами. Например, в устройстве с тоководом - электрический соединитель (RU, патент №2171523, МПК H01R 13/40, H01R 24/00), который содержит корпус с диэлектрическим изолятором, установленным в корпусе и имеющим хотя бы одно осевое отверстие, в котором размещен токовод, а изолятор спаян с корпусом и тоководом по соприкасающимся поверхностям, корпус, токовод и изолятор выполнены из материалов, образующих согласованный спай в диапазоне рабочих температур. Токовод выполнен в виде медного стержня.
В согласованном спае металлические и диэлектрические компоненты обладают близкими по величине температурными коэффициентами линейного расширения, что предотвращает развитие напряжений в металлических и диэлектрических элементах устройства, способных нарушить герметичность соединения металла и стекла.
В патенте № 2219623 (RU, МПК H01R 13/40) применяется аналогичный прием для обеспечения герметичности соединения токовода с корпусом. Рассматриваемое устройство содержит корпус, в котором установлены стеклянные изоляторы, в осевых отверстиях которых установлены тоководы. Причем каждый токовод снабжен втулкой, соединенной с тоководом пластичным металлическим припоем. При этом высота втулки имеет высоту не меньшую, чем высота изолятора, а материалы втулки, корпуса и изолятора образуют согласованный спай. Это решение является наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности существенных признаков.
Однако в этих решениях рассматриваются только проблемы герметичности, связанные с герметичностью мест контакта корпуса с тоководом. В случае выполнения токовода в виде коаксиальной биметаллической конструкции добавляется еще один возможный источник нарушения герметичности - место механического негерметичного стыка поверхностей внутренней и внешней части токовода. Здесь могут также быть приповерхностные расслоения, трещины и другие дефекты, приводящие к ухудшению герметичности устройства. В соответствии с п. 2.2.5 ГОСТ 16121-86 для дальнейшего монтажа устройства проводиться облуживание внешних выводов тоководов низкотемпературным припоем, которое может частично загерметизировать коаксиальный токовод с торца, однако при дальнейшем применении изделия, устройство подвергается монтажной пайке, в результате которой может нарушаться целостность припоя и как следствие происходить нарушение герметичности.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции герметичного устройства с коаксиальным тоководом, в котором уменьшено влияние дефектов токовода на общую герметичность устройства.
Поставленная задача в предлагаемом устройстве решается за счет того, что оно, как и известное, содержит корпус с изолятором, установленным в корпусе и имеющим хотя бы одно осевое отверстие, в котором размещен токовод, при этом изолятор спаян с корпусом и тоководом по соприкасающимся поверхностям, а корпус, токовод и изолятор выполнены из материалов, образующих согласованный спай в диапазоне рабочих температур. Но, в отличие от известного, в предлагаемом устройстве торец коаксиального токовода выполнен оплавленным.
Достигаемым техническим результатом является повышение герметичности устройства путем повышения герметичности конструкции токовода за счет оплавления торца токовода. Оплавление торца токовода закрывает место негерметичного стыка поверхностей внутренней и внешней ей токовода и предотвращает газообмен между внешней средой и корпусом.
Также технический результат достигается за счет того, что длина внутренней части токовода в зоне торца короче внешней части токовода на величину 0,1 - 1,0 диаметра внутренней части токовода. Выбор величины зависит от диаметров внутренней и внешней частей токовода и их соотношения.
Дополнительным техническим результатом является дополнительное увеличение герметичных свойств оплавленной торцевой поверхности.
При укороченной внутренней части токовода оплавление образуется преимущественно за счет металла только внешней части токовода, а при равной их длине образуется сплав из двух металлов. Из теории металлов известен эффект Киркендалла, в соответствии с которым при неравенстве встречных диффузионных потоков атомов разных компонентов в тех участках сплава, откуда уходят наиболее быстро диффундирующие атомы, появляются избыточные вакансии и возникает диффузионная пористость. При укороченной внутренней части токовода снимается эта проблема и достигается улучшение герметичных свойств оплавленной торцевой поверхности. Однако при очень сильном укорочении внутренней части токовода возможно образование нежелательных пустот, которые могут уменьшить сопротивление токовода, снизить прочность и т.д.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен пример выполнения герметичного устройства с тоководом, на фиг. 2  схематично изображен пример выполнения герметичного устройства по разрезу А-А, на фиг. 3  представлен внешний вид токовода с оплавленным торцом, на фиг. 4 - представлен внешний вид токовода с оплавленным торцом в разрезе.
В рассматриваемом примере в корпусе 1 установлен стеклянный изолятор 2, в котором зафиксирован токовод, выполненный в виде биметаллического вывода, внешняя часть которого 3 выполнена из ковара, а внутренняя 4 из меди. Изолятор спаян с корпусом и тоководом по соприкасающимся поверхностям, при этом корпус, токовод и изолятор выполнены из материалов, образующих согласованный спай в диапазоне рабочих температур. Токовод имеет на торце зону оплавления 5 для того, чтобы те дефекты, которые вскроются при пайке его концов, не смогли повлиять на герметичность устройства.
-8
3
-1
-6
-1
Ниже приведен пример выполнения оплавления торцов медных тоководов с коваровой оболочкой с внешним диаметром 1,2 мм, которые устанавливались в отверстиях металлической пластины. При этом медный проводник был на 0,2 мм короче оболочки. Для оплавления использовалась лазерная установка МЛЧ-2. Режимы оплавления были следующие: длительность импульса 10 мс с энергией 22-24 Дж; диаметр пятна 1,2 мм; количество импульсов 3. При диаметре токовода 1,6 мм медный проводник был на 0,3 мм короче коваровой оболочки, оплавление проводилось лазерным пучком с диаметром, равным 1,6 мм. Этот режим обеспечивает расплавление коваровой оболочки (температура плавления ковара 1450°С) и создание герметичной поверхности из ковара, которая не содержит дефектов. При использовании данного технического решения в процессе изготовления слаботочных электромагнитных реле выход годных реле по требуемой степени герметичности (10 Па⋅м⋅с по эквивалентному нормализованному потоку воздуха или 10 л⋅мкм⋅рт.ст.⋅с по пробному газу гелий) увеличивается до 90% для тоководов с одинаковой длиной внутренней и внешней частей токовода и до 98% для тоководов с укороченной внутренней частью токовода.