Особенности применения технологии автоматической импульсной лазерной сварки при изготовлении герметичных корпусов приборов с радиусными углами из слоистых композиционных материалов

Научная библиотека Комментариев к записи Особенности применения технологии автоматической импульсной лазерной сварки при изготовлении герметичных корпусов приборов с радиусными углами из слоистых композиционных материалов нет

Махин И.Д., Носачев С.Н., Усов П.А // Журнал: Космическая техника и технологии, 4(7) 2014, с: 54-62, УДК: 621.791.725:629.7.02.054:669.018.9

Для новых изделий ракетно-космической техники в последнее время необходимо изготовление герметичных электронных приборов значительных габаритов и нестандартной геометрической формы (с углами радиусной формы). Технология герметизации таких корпусов посредством импульсной лазерной сварки имеет ряд сложностей и особенностей. В данной статье рассмотрены требования, предъявляемые к приборам в ракетно-космической технике, проблемы, возникающие в ходе решения технологических задач герметизации корпусов электронных приборов, варианты решения данной технологической задачи. Рассмотрены варианты возможного использования конструкционных материалов для корпусов электронных приборов в космической промышленности, в том числе слоистых композиционных материалов.
Рассмотрены особенности существующей и предлагаемой технологии герметизации приборов, приведены преимущества и недостатки возможных вариантов реализации технологий лазерной герметизации. Обоснован выбор наиболее технологичного способа герметизации приборов нестандартной геометрии — при помощи реализации механизма орбитального вращения лазерного луча.

Описание на английском языке:

Peculiarities of using automatic pulsed laser welding technology in the manufacturing of sealed device enclosures with radius corners made of laminated composite materials
Makhin I.D., Nosachyov S.N., Usov P.A.

For some time now the new rocket and space hardware products require building sealed enclosures for electronic devices that have significant dimensions and unconventional geometric shape (with radius corners). The process of sealing such enclosures by pulsed laser welding is characterized by a number of difficulties and peculiarities. This paper discusses requirements set for the devices used in rocket and space hardware, issues that occur in the course of solving the manufacturing problems of sealing the enclosures of electronic devices, options for solving this manufacturing problem. The paper discusses the options of possible use of structural materials for the enclosures of electronic devices in space industry, including sandwich-type composite materials. It discusses some peculiar features of the existing and proposed processes for sealing the devices, and lists the advantages and disadvantages of various implementation options for the laser sealing process. It provides the rational for selecting the most streamlined method for sealing devices with unconventional geometry, which implements the mechanism of orbital rotation of the laser beam.

Специфика технологии герметизации корпусов электронных приборов Исходя из требований ракетно-космической
отрасли, масса любой конструкции, выводимой на орбиту, должна быть минимальной, поэтому в качестве материала корпусов обычно используются алюминиевые сплавы типа АМг, а герметизация осуществляется путем сварки плавлением. Но специфика изделия накладывает значительные ограничения на выбор способа сварки плавлением. Традиционная дуговая сварка неприменима в данном случае из-за того, что она дает слишком большое тепловложение, что может привести к перегреву герметизируемого корпуса и, как следствие,
к повреждению электронных компонентов, находящихся внутри. Также при традиционной дуговой сварке в свариваемом изделии циркулируют значительные токи, наводящие электромагнитные поля, которые также могут
являться причиной выхода из строя электронных компонентов прибора. Для уменьшения тепловложения имеет смысл рассмотреть высококонцентрированные источники энергии для сварки плавлением, такие как плазменная,
электронно-лучевая, светолучевая и лазерная сварки. Плазменная и электронно-лучевая сварки также имеют ряд недостатков применительно к случаю герметизации корпусов электронных приборов. В обоих случаях это
электромагнитные поля и рентгеновское излучение, которые способны вызвать повреждение электронных компонентов приборов.
Светолучевая сварка или пайка не обладают соответствующей мощностью, чтобы соединять существенные по массе конструкции [1].
Соответственно, наиболее подходящей в данном случае является лазерная сварка. Когда речь заходит о лазерных технологиях, в подавляющем большинстве случаев в первую очередь вспоминают о применении высокомощных лазеров в машиностроении, автомобилестроении для раскроя металлов, сварки и т. п. Для таких целей используются мощные СО2 -лазеры непрерывного режима.
В последние годы с ними успешно конкурируют волоконные лазеры. Однако возможности лазерных технологий этим не ограничены, существует и другое важное направление — системы с импульсными лазерами.
Системы с импульсными лазерами активно применяются в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, космической, авиационной и судостроительной промышленности, медицине и практически во всех направлениях оборонного производства. В этих системах используются как энергетические возможности, так и другие свойства лазерного излучения и обрабатываемого материала — спектральная селективность, возможность распределять энергию во времени и т. д. Средняя мощность лазеров в лазерных технологических комплексах (ЛТК) этого типа, как правило, не превышает 500 Вт, в то время как пиковая мощность может составлять от нескольких киловатт до десятков и более мегаватт.
При этом лазерное излучение может генерироваться в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра (0,2…1,5 мкм) [2, 3, 4]. Область применения комплексов с импульсными лазерами наиболее разнообразна: это маркировка и гравировка, сварка и наплавка, резка, прецизионная обработка особотвердых и труднообрабатываемых материалов, выполнение специализированных операций — подгонка резисторов, прошивка отверстий, скрайбирование и т. д. Столь широкая область применения ЛТК с импульсными лазерами объясняется тем, что при импульсном режиме воздействия тепло концентрируется в зоне обработки. Вся энергия идет на взаимодействие с материалом, а не на нагрев объекта. Варьируя длительность воздействия, энергию импульса и спектральный состав лазерного излучения, можно добиться расплава материала, изменения его структуры, испарения, разрыва межмолекулярных связей и т. д. [5].
Область варьирования параметров лазеров очень широкая. Кроме того, для различных технологических задач необходимо использовать различные кинематические системы для позиционирования лазерного пятна на поверхности (или в объеме) обрабатываемой детали.
Так, например, для сварки обычно достаточно точности позиционирования координатного стола 50…100 мкм, а для микрообработки и выполнения отдельных специализированных задач точность позиционирования координатной системы должна составлять 1…3 мкм. Таким образом, для каждой решаемой технологической
задачи необходимо использовать лазер, кинематическую систему (координатные столы, сканеры), оптические и другие основные модули, обладающие вполне определенными параметрами, различными для требуемых задач [6].
Для сварки и резки практически у всех предлагаемых на российском рынке моделей используются Nd:YAG лазеры с ламповой накачкой. Варианты исполнения — от малогабаритной ручной установки для сварки ювелирных изделий до компьютеризированной лазерной машины с четырехкоординатным столом, лазером с широкими энергетическими возможностями, телевизионной системой наблюдения, опциями, позволяющими перенастраивать комплекс как на сварку, так и на резку металлов, керамики и т. д.
На ЗЭМ в настоящее время лазер используют для выполнения герметизации (сварки) корпусов электронных приборов, изготовления датчиковой аппаратуры, сварки узлов пневмогидроавтоматики, при контровке деталей между собой.
Использование лазера для герметизации корпусов электронных приборов обусловлено следующими факторами:
• малое тепловложение (позволяет избежать перегрева электронной составляющей прибора и выхода его из строя);
• высокая точность (позволяет выполнять прецизионную обработку);
• отсутствие электромагнитных полей (в отличие от дугового и электронно-лучевого способов не влияет на электронную составляющую прибора);
• малая глубина проплавления (позволяет легко вскрыть прибор и провести его перенастройку, т. е. достаточная ремонтопригодность). Для решения задачи по герметизации крупногабаритных корпусов электронных приборов со сложной траекторией замыкающего сварного шва были рассмотрены три варианта решения данной технологической задачи.
Вариант № 1 подразумевает использование робота и системы доставки лазерного излучения при помощи оптического волокна. Но в условиях мелкосерийного производства применение роботов является экономически нецелесообразным. Для реализации варианта № 2 необходимо применение программно-управляемого втоматизированного вращательного привода, программноуправляемой оси Z сварочной установки для вертикального перемещения сварочной лазерной головки и программно-управляемой оси Х для горизонтального перемещения.
Автоматическое устройство вращения включает в себя поворотный механизм с трехкулачковым патроном, шаговый двигатель, систему управления с интерфейсом пользователя, разъем питания и синхронизации (рис. 3).
Конструкцией устройства предусмотрена возможность изменения угла наклона оси вращения от 0 до 90°.

Полное содержание статьи: http://epizodyspace.ru/bibl/kosmichtskaya-tehnika/2014/04-2014.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top