Содержание к диссертации
Введение
1. Щелевые антенные решетки радиоэлектронных комплексов 11
1.1. Назначение и характеристики ЩАР радиоэлектронных комплексов 11
1.2. Структурирование конструкторско-технологических параметров ЩАР 22
1.3. Статистические методы управления качеством ЩАР 28
1.4. Статистическое управление технологическими процессами изготовления ЩАР 40
1.5. Выводы по главе 1 51
2. Методы статистического управления при изготовлении щелевых антенных решеток 53
2.1. Критерии эффективности статистического управления в технологии ЩАР 53
2.2. Операционный контроль в производстве ЩАР 59
2.3. Интегральная оценка эффективности операционного контроля в производстве ЩАР 74
2.4. Оптимизация операционного контроля в производстве ЩАР 80
2.5. Выводы по главе 2 88
3 Технологии высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток 92
3.1. Технологии высокотемпературной пайки ЩАР погружением в расплав 92
3.2. Дозирование припоя при высокотемпературной пайке в производстве ЩАР 100
3.3. Технологии сборки в производстве ЩАР 107
3.4. Операционный контроль качества пайки и способы устранения дефектов 118
3.5. Выводы по главе 3 121
4. Ресурсосберегающие технологии высоко температурной пайки ЩАР 123
4.1. Исследование фракционного состава порошков высокотемпературного припоя 123
4.2. Исследование рецептуры высокотемпературных припойных паст для пайки алюминиевых конструкций 131
4.3. Исследование технологии высокотемпературной пайки с применением флюса-связки 138
4.4. Выводы по главе 4 151
Заключение 153
Литература 155
- Назначение и характеристики ЩАР радиоэлектронных комплексов
- Критерии эффективности статистического управления в технологии ЩАР
- Технологии высокотемпературной пайки ЩАР погружением в расплав
- Исследование фракционного состава порошков высокотемпературного припоя
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях повышения интенсивности воздушного движения, внедрения новых технических средств навигации и управления воздушным движением, а также новых правил выполнения полетов комплексы, эксплуатируемые в настоящее время на самолетах гражданской и транспортной авиации, не могут в полной мере обеспечить действующие и перспективные требования.
Модернизация бортового радиоэлектронного оборудования и, в первую очередь, антенно-фидерных устройств является основным направлением совершенствования авиационной техники, позволяющим при сравнительно небольших затратах повысить эффективность ее эксплуатации.
Антенно-фидерные устройства, являясь наиболее сложной и дорогостоящей частью радиотехнических систем, в значительной степени определяют эффективность применения системы в целом. Тактико-технические характеристики комплексов бортового оборудования определяют требования к антенным устройствам на всех этапах их жизненного цикла. Особая роль при этом принадлежит производству, где вместе с обеспечением требований к точности радиотехнических характеристик и надежности антенного устройства стоит задача поиска возможностей повышения его экономической эффективности.
Среди направлений совершенствования производственных процессов, включающих модернизацию оборудования и автоматизацию управления производственными системами (ПС), все большее распространение приобретает использование методов статистического управления технологическими процессами (СУТП) с помощью контрольных карт. Процедура СУТП состоит в периодической выборке изготавливаемых изделий, измерении их параметров, расчете выборочной характеристики и регулировке процесса при выходе выборочной характеристики за контрольные границы на карте. Известны реализации метода контрольных карт применительно к управлению технологическими процессами производства радиоэлектронной аппаратуры и приборных средств.
Применение СУТП при высокотемпературной пайке щелевых антенных решеток (ЩАР) обусловлено вариациями значений контролируемых параметров качества в партиях изделий и необходимостью периодических регулировок ПС вследствие влияния многочисленных производственных факторов. При этом главным преимуществом СУТП является возможность оперативного управления процессами при заданных вероятностях пропуска момента разладки и излишней регулировки. Основную задачу теории СУТП представляет расчет характеристик плана выборочного контроля ПС (контрольных границ и объема выборок) по заданным значениям указанных вероятностей.
Существующая проблема управления производственными системами на основе характеристик плана контроля, рассчитываемых традиционными методами, заключается в том, что в общем случае управление ПС не обеспечивает требуемой эффективности в виде минимизации уровня брака и стоимостных издержек.
В большинстве известных научных работ анализируется возможность повышения эффективности статистического управления конкретными производственными системами на основе учета особенностей их вероятностных моделей, стоимостных затрат и критериев допустимого уровня брака. Обзор этих публикаций подтверждает, что известные методы расчета характеристик плана контроля не учитывают характерные особенности технологии сборки и высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток: групповой способ обработки на большинстве операций, случайный характер разладки и неточность уровня наладки ПС.
Именно поэтому задача оптимизации характеристик плана операционного контроля при статистическом управлении технологическими процессами высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток бортового радиоэлектронного оборудования авиационного назначения представляет научный и практический интерес, что и обосновывает актуальность диссертационной работы.
Цель работы и задачи исследования. Цель работы заключается в повышении эффективности управления технологическими процессами высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток бортовых комплексов за счет оптимизации характеристик плана выборочного контроля по критериям уровня брака и стоимостных затрат.
Основные задачи, решенные в работе в соответствии с поставленной целью.
1. Разработка методики структурирования функций качества антенных устройств бортовых комплексов, ориентированной на последовательное уточнение параметров изделия от вербальных характеристик до требований к технологии изготовления.
2. Построение математических моделей типовых технологических процессов сборки и пайки волноводно-щелевых антенн, характеризующих распределение контролируемых показателей качества изделий в динамике возникновения и развития разладок ПС.
3. Разработка критерия эффективности управления технологическими процессами высокотемпературной пайки ЩАР на основе уровня брака и моделей статистического управления.
4. Разработка инженерных методик расчета характеристик плана выборочного контроля технологических систем по критериям уровня брака и стоимостных затрат.
5. Разработка и исследование ресурсосберегающих технологий высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток.
6. Теоретическая и экспериментальная оценка эффективности применения предложенных и разработанных математических моделей и методик.
Методы исследования. Методологическую базу исследования составляют теоретические основы технологии производства радиоаппа ратуры, системология, методы теории оптимального управления, основы теории статистического управления процессами, теория вероятности и математической статистики, численные методы анализа и математического моделирования, теория планирования эксперимента и имитационного моделирования. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально и при внедрении основных выводов и положений диссертационной работы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгим построением доказательств, утверждений и следствий, вводимых допущений и ограничений, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей; подтверждается непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования и экспериментальных данных, согласованностью полученных результатов с известными работами в данной предметной области.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Методика структурирования функций качества антенных устройств комплексов бортового оборудования на основе формализации иерархии описаний с учетом многоуровневой локализации показателей функционирования в пространстве свойств.
2. Статистические модели управления технологическими процессами высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток, учитывающие вариабельность показателей качества продукции между партиями, случайный характер разладки ПС и неточность уровня наладки.
3. Критерии эффективности статистического управления ПС по величине уровня брака за межрегулировочный период и интегральным стоимостным затратам на потери от брака, контроль и регулировку ПС. 4. Инженерная методика расчета характеристик плана контроля состояния ПС по априорно заданному предельно допустимому уровню брака за межрегулировочный период.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты.
1. Предложена и разработана методика структурирования функций качества антенных устройств комплексов бортового оборудования, обеспечившая последовательное уточнение параметров изделия от вербальных характеристик до требований к технологии изготовления.
2. Предложены и разработаны критерии эффективности статистического управления ПС по величине уровня брака за межрегулировочный период и интегральным стоимостным затратам на контроль и корректировку состояния ПС, а также потери от брака.
3. Предложены модели управления технологическими процессами высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток, позволившие повысить эффективность управления с учетом вариабельности показателей качества продукции между партиями, случайного характера разладки ПС и неточности уровня наладки.
4. Проведен анализ влияния технологических режимов и параметров на уровень брака и стоимостные затраты, связанные со статистические управлением, результаты которого позволили обосновать процедуры выбора характеристик плана контроля состояния ПС по предельно допустимому уровню брака.
Практическая ценность
1. Разработана инженерная методика расчета характеристик плана выборочного контроля ПС с применением критерия уровня брака за период между регулировками.
2. Разработана методика дозирования припойных материалов, как в виде фольгового припоя, так и паяльной пасты, обеспечившая минимальный радиус галтели в зависимости от параметров паяемого соединения. 3. Сформулированы рекомендации по проектированию функциональных элементов конструкции щелевых антенных решеток, обеспечившие повышение качества изделий при их высокотемпературной пайке.
4. Разработаны и обоснованы рецептуры припойных материалов для высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток в электрических печах.
5. Предложена и подтверждена ресурсосберегающая технология высокотемпературной пайки щелевых антенных решеток к электрических печах.
Реализация результатов работы. Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы реализованы при внедрении и модернизации технологических процессов производства функциональных блоков радиоэлектронного оборудования, которые внедрены в ОАО «Холдинговая компания «Ленинец». Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.
Апробация работы. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на XX Юбилейной научно-технической конференции ОАО «Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова (Московская обл., г. Жуковский, 2010), Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Сочи, 2010), IV Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радионавигация» (Москва, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, 2010), научных семинарах кафедры инноватики и управления качеством Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Публикации. По результатам проведенных автором исследований опубликовано три статьи и четыре тезиса докладов. Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы и включает 165 страниц основного текста. Библиографический список включает 119 наименований.
Назначение и характеристики ЩАР радиоэлектронных комплексов
Расширение спектра задач, решаемых современными радиотехническими системами и комплексами, а также их усложнение стимулировали в последние годы интенсивное развитие теории и техники антенн. Основные области использования радиотехнических систем -телеметрия, связь, радиолокация, радионавигация, а также системы определения государственной принадлежности, инструментальной посадки, радиоэлектронного противодействия и другие невозможны без применения антенн с заданными характеристиками /7, 50, 52, 76/.
Антенно-фидерные устройства, используемые в составе современных и перспективных радиолокационных систем и комплексов, осуществляют непосредственное взаимодействие с внешними радиоканалами и выполняют предварительную обработку получаемой информации в волноводно-преобразовательных блоках. Антенно-фидерные устройства, являясь наиболее сложной и дорогостоящей частью радиотехнических систем, в значительной степени определяют эффективность применения системы в целом /21, 57, 87, 88, 89/ Действительно, выход из строя антенного устройства радиотехнического комплекса не может быть скомпенсирован совершенными средствами обработки информации, а погрешности антенного устройства, например, в определении пространственного положения сопровождаемого объекта, приведут к снижению эффективности не только радиотехнической системы, но и иных, сопряженных с ней технических систем (пилотажно-навигационных, управляющих и т.п.) вплоть до полного отказа /27/. Многие антенные характеристики являются исходными при построении новых радиосистем, например комплексов для дальнего космоса, в которых реализуемое усиление антенны определяет реальную дальность действия. Развитие радиотехнических систем и комплексов и расширение областей их применения зачастую невозможно без соответствующего совершенствования их антенных устройств /21, 57, 70, 89/.
Кроме получения и приема электромагнитных волн для приема и передачи на расстоянии антенные устройства выполняют дополнительные функции: определение угловых и линейных координат источников первичного и вторичного излучения (с возможно большей точностью и разрешающей способностью); усиление сигналов, пространственную, временную, пространственно-временную обработку принятых сигналов, адаптацию, самонастройку для обеспечения помехозащищенности и электромагнитной совместимости /7, 21/. В ряде случаев антенна должна решать задачи получения внекоординатной информации об отражающем объекте, распознавания образов или осуществления радиовидения путем поляризационной обработки /74, 104/. Наряду с этим прорабатываются и ряд новых областей применения антенной техники. Например, для решения энергетических проблем необходимо создание мощных СВЧ систем передачи мощности на сверхдальние расстояния и орбитальные солнечные станции с возможностью канализации передаваемой энергии 111. Огромную роль играет антенная техника в решении проблем космического оружия /7, 87/.
Новые задачи в области создания антенной техники возникают и в связи с действующими конверсионными процессами. Использование антенных устройств является непременным атрибутом создания и развития ресурсосберегающих микроволновых технологий промышленного нагрева при транспортировке растительного сырья и нефтепродуктов 19/. Создание и развитие новой авиационной техники — бизнес-самолетов, легких и сверхлегких летательных аппаратов (в том числе и беспилотных) предполагает и оснащение их необходимым радиоэлектронным оборудованием. Модернизация радиоэлектронного оборудования и, в первую очередь, антенно-фидерных устройств является основным направлением совершенствования авиационной техники /50, 51, 52, 64/.
Использование в бортовых радиотехнических системах сканирующих волноводно-щелевых антенн по сравнению с зеркальными антеннами позволяет обеспечить малые значения уровня бокового излучения при максимальном коэффициенте усиления (за счет оптимального распределения фазовых сдвигов между излучающими щелями), расширить сектор обзора (за счет большей свободы перемещения плоского раскрыва антенны внутри носового обтекателя) /7, 21, 87, 108/.
Однако, волноводно-щелевым антеннам присущ и ряд недостатков. Так, например, требования повышения пространственной избирательности предполагают увеличения геометрических размеров антенных решеток, что сопровождается возрастанием фазовых ошибок при реализации параллельной системы распределения и, как следствие, снижением коэффициента использования поверхности, невозможностью юстировки.
Недостатком волноводно-щелевых антенн следует считать и их относительную узкополосность (5-6% от номинальной частоты), снижающую эффективность работы РТС в сложной помеховой обстановке, отсутствие возможности совмещения различных частотных диапазонов и ограничения в поляризационных характеристиках /21, 87/.
Однако, указанные преимущества волноводно-щелевых антенн, их конструктивная простота, унификация технологических решений по сравнению с зеркальными антеннами, а также автивными и пассивнымифазированными активными решетками (ФАР), определяют преимущественное использование их в радиотехнических системах (табл. 1.1, 1.2)/50,76, 100,109/.
Более того, принимаемые при создании волноводно-щелевых антенн конструктивно-технологические решения в значительной степени распространяются и на запитывающие системы и излучающие линейки ФАР /21,87,88/.
Основные требования, определяющие работу антенного устройства в составе радиотехнической системы, предъявляются, главным образом, к его диаграмме направленности. Эти требования могут быть различными в зависимости от того, к каким параметрам диаграммы направленности они предъявляются: к форме ее основного лепестка (косекансная, игольчатая и др.); к уровню боковых лепестков или коэффициента направленного действия; к крутизне скатов разностной диаграммы; к характеру диаграммы направленности (однолучевая, многолучевая и ДР-) Реализацию требований к диаграмме направленности проводят методами теории синтеза антенн с определением необходимого амплитудно-фазового распределения по раскрыву антенны /7, 87, 88/. Конструкторское же обеспечение амплитудно-фазового распределения является неоднозначным, допускающим как отличие принципов действия антенного устройства, так и конструкции запитывающих и излучающих элементов.
Критерии эффективности статистического управления в технологии ЩАР
Уровень брака является базовой характеристикой в описании производственных систем, представляемой в виде вероятности или процента брака, которая непосредственно связана с одной стороны с качеством обнаружения и компенсации (устранения) дефекта ПС, с другой - с особенностями ПС и организации ее контроля и диагностики /5, 35, 42, 89, 111/. В этой связи можно сформулировать требования к статистическому управлению ПС, включая выбор характеристик плана контроля — контрольных границ и объема выборки — для обеспечения заданного выхода годных изделий.
Задача настоящего раздела и заключается в разработке и обосновании критерия эффективности качества функционирования ПС по величине уровня брака за период между регулировками.
Ключевым моментом при расчете уровня брака за период между регулировками ПС является представление о двух состояниях ПС, между которыми распределено все полезное время (без учета остановок ПС) -налаженном и разлаженном — с уровнями брака д0 и /, соответственно. Разладка ПС обнаруживается с некоторой задержкой, за время которой продолжается обработка изделий с повышенным уровнем брака 7i Основными причинами этой задержки являются /2, 24, 49/: периодичность выборочного контроля ПС. После момент разладки проходит некоторое время до ее фиксации по результатам контроля; ошибка второго рода, из-за которой для обнаружения разладки ПС требуется в среднем более, чем одна выборка; невозможность (в ряде случаев) остановить ПС в момент обнаружения разладки, так что до остановки ПС проходит некоторое полезное время. Например, на операциях высокотемпературной пайки ЩАР остановка процесса возможна только после конвейерного вывода из солевой ванны всех паяемых изделий, установленных с сборочно паяльные приспособления.. В установившемся режиме в каждом из состояний — налаженном или разлаженном ПС может находиться с вероятностями р0 и рх соответственно. Величина р0 по смыслу аналогична коэффициенту готовности в теории надежности, т.е. р0 можно рассматривать как коэффициент готовности производственной системы в произвольный момент полезного времени к выпуску изделий с уровнем брака qQ /41, 61, 90/. Величины р0 и рх определяются соотношениями: Т Т Ра = гр , Р\ = ТТ \ -L) 1 +Ip J +1р где Т,Тр - средние длительности налаженного и разлаженного состояния ПС соответственно. Сумма Тц =Т + Тр представляет период между регулировками ПС. Величина Т (или =Ут ) определяется экспериментально. Если одновременно действуют несколько причин разладки, то общая интенсивность разладки ПС X определяется как сумма интенсивностей разладок ПС по частным причинам. Величина Тр определяется расчетным путем. Для ПС групповой обработки Tp=Lx-r , где Z, - средняя длина серий (СДС) выборок разлаженного ТС, соответствующая среднему числу точек на контрольной карте при контроле разлаженного ПС до появления сигнала о разладке; г -период контроля. Уровень брака за период между регулировками ПС представим в виде: J = Po- lo+P\- lf (2.2) С учетом (2.1) выражение (2.2) примет вид: где В = Т/т. При контроле каждой изготовленной партии ПС величина В в выражении (2.3) равна среднему числу партий, изготовленных при налаженном ПС.
Преимущество оценки эффективности статистического управления ПС по критерию уровня брака за период между регулировками по сравнению с традиционной оценкой эффективности по величине I, состоит в том, что критерий уровня брака характеризует не только качество обнаружения разладки (через величину ,), но и другие важнейшие характеристики ПС: уровень брака налаженного ПС q0 и надежность ПС (через величину В) /58, 60/.
Для определения характеристик плана контроля ПС на основе критерия уровня брака необходимо предварительно вычислить стационарные уровни брака q0 и qx, а также величины I, и S. Очевидно, что величины Lf, q0 и qx зависят от параметров моделей вероятностного управления (МВУ) ПС /38, 39, 105/. Традиционная модель вероятностного управления ПС, оценивающая состояние ПС с помощью контрольной карт выборочных средних значений, представлена нарис. 2.1, 2.2. Уровни налаженной /л0 и разлаженной jux ПС по среднему значению контролируемых параметров являются детерминированными. Уровень /л0, как правило, устанавливают, исходя из уровня обеспечения минимального уровня брака при налаженной ПС. Уровень jux обеспечивает предельно допустимый уровень брака при разладке ПС. Разладка ПС происходит в случайные моменты времени /61, 71/.
Технологии высокотемпературной пайки ЩАР погружением в расплав
Основным методом пайки ЩАР является пайка погружением в солевые расплавы /10, 11. 21. 86/. Этот способ, несмотря на высокую стоимость оборудования и повышенный расход флюса, наиболее производителен и обеспечивает равномерный прогрев конструкции, качественное флюсование и позволяет применить менее активные (по сравнению с печной пайкой) флюсы. Основная особенность этого способа - необходимость предварительного подогрева изделия перед погружением в солевой расплав, что предупреждает попадание влаги в ванну и коробление изделия. Оборудование для пайки погружением в расплавленную соль преимущественно состоит из двух или трех нагревательных узлов и транспортного устройства. В состав нагревательных узлов входят /21, 86, 93/: печь предварительного подогрева, как правило, с циркулирующими воздушными потоками; солевая ванна с расплавом флюса; камера стабилизации. Наиболее сложным и дорогостоящим элементом является солевая ванна с погружными или донными электродами. Электроды изготавливают из графита или сплавов на никелевой основе. Высокая коррозионная активность флюса требует футеровки внешней поверхности ванны керамическими материалами, а сама ванна сваривается из жаро- и коррозионностойких сплавов на никелевой основе. Все металлические конструкции транспортных устройств также изготавливаются из коррозионно-стойких сплавов.
При пайке погружением в солевые расплавы припой должен быть закреплен у места соединения паяемых деталей. Размещение припоя в местах пайки в зависимости от конструкции сборочной единицы осуществляется следующими способами /93, 96, 97/: укладкой припоя в- виде фольги непосредственно в зоне контакта паяемых деталей; установкой шайб припоя на специальных технологических выступах; размещением припоя в специальных технологических пазах; нанесением припоя в виде пасты непосредственно в зоне контакта паяемых деталей.
При пайке сложнопрофильных алюминиевых конструкций ЩАР необходимо учитывать влияние «эффекта разности зазоров» на качество паяных соединений. Влияние этого эффекта настолько существенно, что даже при избытке припой затекает преимущественно в зазор оптимальной величины.
Другим важным моментом, который необходимо учитывать при пайке ЩАР, является изменение состава припоя в результате растворения в нем паяемого металла. Это приводит к уменьшению содержания кремния в припое и соответствующему повышению температуры плавления. Это, в свою очередь, сопровождается увеличением вязкости припоя и ухудшает его затекание в капиллярные зазоры при заданной температуре пайки.
Увеличение температуры пайки не устраняет указанных затруднений, поскольку распределение кремния по толщине припоя неравномерно. В практике пайки для этой цели обычно применяют вибрацию или придание паяемой конструкции соответствующего угла наклона.
Прочность паяных соединений зависит и от структуры паяного шва. При одном и том же зазоре прочность снижается при увеличении ширины паяного шва и количества микронепропаев. Увеличение ширины шва косвенно свидетельствует об уменьшении концентрации кремния в припое, что и приводит к снижению прочности паяного соединения. Для оптимального зазора локальная прочность соединений увеличивается в направлении затекания припоя, т.е. зависит от времени контакта расплавленного припоя с паяемым металлом в процессе затекания. При уменьшении величины зазора (по сравнению с оптимальным значением) в соединении имеются непропаи; а при его увеличении наблюдается значительное,растворение основного металла в припое /93/.
В некоторых случаях? при? изготовлении паяных конструкций? с сильно развитой поверхностью необходимо использовать припои, с, меньшей жидкотекучестью, чем. силумин. Растекаемость силуминов можно понизить, если в них ввести инактивные элементы, повышающие величину межфазного натяжения на границе «флюс-припой» и «припой-основной металл». Наиболее часто для этих целей используется марганец.
Пайка ШАР производится в ванне с расплавом солей с предварительным подогревом. Наряду с пайкой в солевых ваннах, использующих флюсы, вызывающие коррозию тонкостенных деталей, и характеризующейся трудностями укладки навесок припоя на вертикальные и потолочные швы, получает распространение ресурсосберегающая технология высокотемпературной пайки сложнопрофильных волноводных конструкций в электропечах с применением пасты ППС-600 (паста паяльная силуминовая, температура пайки 600С) / /69, 85/. Паста ППС-600 (ТУ ИМАВ 017-001) имеет следующий состав (в массовых долях): Порошок алюминиево-кремниевого сплава АКД12-2С (ТУ 48-0106-66-88) 30-40; Флюс 30-40; Связка органическая остальное. В состав флюса входят хлористые соли калия, натрия, лития и фтористые соли калия и алюминия в пропорциях, близких к флюсу 16ВК. Технология приготовления пасты заключается в следующем: флюс предварительно плавят, остужают, размалывают в порошок и рассеивают. Потом в предварительно подготовленную органическую связку в заданном соотношении загружают порошок флюса, тщательно перемешивают, затем добавляют порошок припоя и повторно перемешивают. Гарантийный срок пригодности пасты ППС-600 — 6 месяцев.
Технологический процесс высокотемпературной пайки сложно-профильных волноводных конструкций, из алюминия пастой1 ППС-600 в электропечах включает операции: подготовку поверхности; сборку и нанесение пасты, пайку, удаление остатков флюса.
Подготовка поверхности деталей под пайку осуществляется по стандартной технологии (травление в щелочи с последующим осветлением в азотной кислоте). При сборке деталей под пайку используются такие методы фиксации деталей, которые не требуют усложнения сборочно-паяльных приспособлений и увеличения массы нагреваемого металла. Наиболее распространенным является фиксация с помощью технологических пазов и выступов (шипов), кернения, контактной сварки никелевых лепестков и т.п /10,21/.
Нанесение пасты осуществляется шприцом-дозатором или шпателем, высота валика пасты 2-3 мм в зависимости от величины допустимого радиуса галтели и зазора между паяемыми деталями. Средний срок хранения деталей с пастой не более 6 часов. При укладке сборочной единицы на поддон следует избегать контакта поверхности детали с материалом поддона, детали укладываются на листовой асбест.
Исследование фракционного состава порошков высокотемпературного припоя
В настоящее время существует устойчивый интерес к переходу от пайки сложнопрофильных волноводных конструкций в солевых ваннах к ресурсосберегающей технологии высокотемпературной пайки в электропечах /11, 69, 82, 83, 84/.
В действующем отраслевом стандарте /79/ допускается применение высокотемпературной печной пайки с использованием пасты ППС-600 (паста припойная силуминовая, температура пайки 600С). Паста ППС-600 имеет следующий состав (в массовых долях) /69/]: Порошок алюминиево-кремниевого сплава АКД12-2С (ТУ 48-0106-66-88) 30-40; Флюс 30-40; Связка органическая остальное. Установить более конкретные значения для компонент пасты ППС-600, а также рецептуру органической связки по имеющимся данным невозможно, поставки пасты практически не производятся, организации, располагающие учтенными экземплярами ТУ ИМАВ 017-001 неизвестны.
Одним из основных компонентов высокотемпературных припойных паст для пайки сложнопрофильных. волноводных конструкций являются порошковые припои на основе силумина /14, 18, 72/. На качество паяного соединения существенное влияние оказывает размер частиц припоя, что и потребовало количественной оценки фракционного состава порошков припоев.
Исследование высокотемпературных припоев проведено на примере порошка Нетрамм-12 отечественного производства /72/.
Порошковый припой Нетрамм-12 изготавливается методом электроимпульсного распыления расплава. Метод электроимпульсного распыления позволяет получать чистые порошки и гранулы с размерами частиц 100—500 мкм, а также порошкообразные окислы металлов с размерами частиц 0,01— 30 мкм.
Порошок имел местами темно-коричневую окраску, в некоторых местах темно-серую. Следовательно, имелось определенное загрязнение на поверхности порошков, которое тратится на работу флюса при нагреве и предотвращает растекание порошка по поверхности металла.
Частицы порошка имели округлую форму и разветвленную поверхность, что приводило к общему повышению удельной поверхности порошка, а, следовательно, к повышению его реакционной способности с кислородом воздуха. На порошке наблюдались мелкие частицы, сцепленные с большой основной частицей.
Основной причиной плохой растекаемости порошкового припоя явилось наличие пылевидной фракции частиц силумина на поверхности крупных частиц порошка, что приводило к повышенному содержанию кислорода и снижению из-за этого активности флюса и изменение его свойств.
Основной задачей дальнейших исследований явилось очистка порошка припоя от мелких загрязнений.
Для удаления загрязнения порошка мелкой фракцией рассмотрены: мокрая обработка в аттриторных мельницах в среде керосина и сухая обработка в вибрационных торовых мельницах с последующим просевом.
Мокрая обработка приводит к усложнению технологии отмывки и просева мелкой фракции. Заметно было ее проявление в виде взвешенных в керосине темных частиц, но, однако при попытке отмыть порошок и на сите 100 мкм отделить мелкие частицы от основного порошка не представилось возможным.
В связи с этим в основу был положен сухой метод. Эксперименты проводили в 5-ти литровой торовой мельнице со стальными шарами ШХ15 размером 15 мм. Проверялась различная загрузка порошка в мельницу и различное время обработки. Разная загрузка приводила к изменению интенсивности воздействия шаров на порошок. Загрузка принималась 100 и 50% от номинальной. Время обработки выбиралось от 1 до 10 минут.
В результате проведенных экспериментов установлено, что отделение частиц мелкой (пылевидной) фракции происходит при очень небольшом воздействии на частицы и при малом времени обработки.
Увеличение времени обработки порошка из партии № 1 привело к появлению следов начала измельчения основного порошка и увеличение количества мелкой фракции. Лучший результат соответствовал 1 минуте обработки порошка из партии № 2, не считая времени выгрузки при номинальной загрузке мельницы (рис. 4.36).
После обработки порошок просеивался на вибросите через сито 100 мкм и та часть, которая прошла через 100 мкм сито в дальнейшем не использовалась. Эта фракция составляла около 10% по массе порошка.
Изменение фракционного состава порошка припоя после механической обработки для партий № 1 и № 2 приведено в табл 4.6.
Относительное распределение порошка припоя определено по партиям № 1 и № 2 соответственно: уточнен фракционный состав в исходном состоянии порошка и по окончании механической обработки и удаления пылевидной фракции ( 100 мкм).
Механическая обработка для порошка по партии № 1 проводилась в течении 10 сек., а для порошка партии № 2 — в течение 1 мин.
Рис. 4.4. Изменение фракционного состава порошка силумина (партия № 2) после механической обработки Таким образом, в результате проведенных исследований установлено: 1. В качестве припоя рекомендуется припойная паста на основе порошка силумина АКД-12 (ll-12,6%Si) в смеси с сухим флюсом марки 16ВК. Порошок припоя должен иметь фракционный состав в пределах +100 130 300 мкм. Порошок Нетрамм-12 требует доработки: нормализации и рассева. 2. Для нормализации порошка Нетрамм-12 необходимо проводить обработку в вибрационных торовых мельницах в течение короткого времени (1-5 мин.) для очистки поверхности частиц порошка от мелкодисперсных пылевидных фракций. Последующее удаление пылевидной фракции осуществляется просевом через сито 100 мкм.
Для определения минимальной необходимой концентрации флюса использовался порошок АКД-12 (с предварительным размолом в мельнице с загрузкой 1 кг. в течении 1 мин.) и флюс 16ВК.
Похожие диссертации на Управление технологическим процессом высокотемпературной пайки при производстве щелевых антенных решеток
