Установки для микросварки и размерной обработки. Установки этой группы предназначены для сварки и размерной обработки малогабаритных деталей радиоэлектроники, приборостроения, точной механики, для которых характерны сложность геометрических форм, различные сочетания материалов и их толщин, большое количество операций, необходимых для получения готового изделия. К микросварке в настоящее время принято относить соединения изделий с толщиной стенки менее 1 мм, а также выводов толщиной 0,05…0,3 мм с контактными площадками печатных плат и микросхем. Размерная обработка охватывает ряд технологических приемов по резке, испарению, зонной и вакуумной очистке, фрезерованию и сверлению.
Установки для микросварки и размерной обработки, как правило, универсальны. Требования к точности выполняемых операций на деталях малых размеров обусловили следующие особенности установок этой группы: наличие высоковольтных энергоблоков, формирующих пучок с минимальным диаметром 10… 100 мкм при высокой стабильности параметров; сканирование пучка по изделию на небольшой площади с высокой степенью точности; работу электронной пушки как в непрерывном режиме, так и в импульсном; высокую точность перемещения изделия; использование для наблюдения за процессом оптических систем с увеличением в 50… 100 раз; создание в высоком вакууме при объеме сварочной камеры (даже при групповой загрузке деталей) не более 0,5 м3; применение автоматизированных систем управления, работающих в комплекте с программирующими устройствами или вычислительными машинами.
К числу установок для микросварки относятся разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона установки У. Установка имеет ускоряющее напряжение, силу тока пучка , длительность одиночного сварочного импульса до 50 мс, минимальный диаметр электронного пучка на изделии 25 мкм. Установка в комплекте с вычислительной машиной “Электра-13″ предназначена для приварки контактов интегральных схем (100 контактов в 1 мин) и сварки контактов микроразъемов.
Установка предназначена для сварки различных материалов, в том числе и тугоплавких толщиной 0,05… 1 мм непрерывным и импульсным электронным пучком. Ускоряющее напряжение установки регулируется дискретно: 30, 40, 50, 60, 70 кВ. Нестабильность ускоряющего напряжения в диапазоне 30…70 кВ за 15 мин непрерывной работы не ниже 0,05%. Сила тока электронного пучка в постоянном режиме регулируется в пределах 0…5 мА, а в импульсном достигает 10 мА. Нестабильность тока пучка в диапазоне 0…5 мА составляет 0,3%. Длительность сварочного импульса регулируется в пределах 1…50 мс.
К рассматриваемой группе относятся также следующие установки. Установка, предназначенная для микросварки и размерной обработки тонких пленок и засветки фоторезиста, работает при ускоряющем напряжении до 180 кВ. Сила тока пучка до 2 мА, диаметр пучка менее 0,015 мм. Специализированная установка УЛ предназначена для герметизации корпусов приборов, автоматизированная установка УЛ191 — для микросварки корпусов приборов, а установка У — для сварки полупроводниковых гибридных микросхем и др. На базе установки УЛ разработана установка, предназначенная для микро-сварки тонкостенных металлических корпусов приборов. Установки серийно изготовляются в двух модификациях: УЛС-3 с безмасляным вакуумом и с применением традиционных пароструйных вакуумных агрегатов.
Установки для сварки изделий средних габаритов. Установки этой группы наиболее многочисленны и разнообразны, особенно распространены для сварки в высоком вакууме, нашли применение в ракетной, авиационной, станкостроительной и автомобильной промышленности, при производстве тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Для них характерно: применение пушек с различным ускоряющим напряжением при мощности электронного пучка 0,5… 100 кВт, стационарных и перемещаемых внутри вакуумной камеры; использование вакуумных камер объемом 0,5…4 м3, при этом время откачки до рабочего давления 6 -10-1…6 -10-3 Па составляет 0,5…30 мин.
Универсальные установки позволяют сваривать разнотипные изделия без существенной переналадки. Требование универсальности в сочетании со специфическими требованиями различных отраслей промышленности, использующих это оборудование, а также процесс его непрерывного совершенствования способствовали созданию большого количества различных по конструкции установок. К лучшим образцам рассматриваемого оборудования относятся гаммы универсальных установок, состоящие из однотипных узлов и предназначенные для сварки большого количества изделий различных типоразмеров. В пределах этих гамм установки отличаются ступенчатым увеличением размеров сварочных камер, параметрами пучка сварочной пушки, мощностью и составом откачной системы, наличием разнообразных манипуляторов свариваемого изделия, степенью автоматизации и др. Большое количество универсальных установок для ЭЛС в высоком вакууме изделий средних размеров создано в Институте электросварки им. Е. О. Патона.
Универсальная установка имеет прямоугольную камеру / размером 1200 х 1200 х 1200 мм с толщиной стенок 25 мм, что обеспечивает как механическую прочность, так и необходимую биологическую защиту обслуживающего персонала. В верхней части камеры установлена камера-приставка 2, внутри которой смонтирован двухко-ординатный механизм перемещения сварочной пушки, что позволяет наиболее рационально использовать объем сварочной камеры. Длина продольных и поперечных швов, которые можно выполнить на этой установке, достигает 900 мм. Можно сваривать прямолинейные и кольцевые швы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Установка У570М успешно эксплуатируется в судостроительной промышленности, энергетическом машиностроении.
Следует отметить, что увеличение размеров камеры решали путем пристыковки к фронтальной стенке основной камеры специальной удлиняющей камеры-приставки по форме и размерам свариваемого изделия. При этом пушка устанавливалась в основной камере горизонтально, чтобы пучок через специальное окно в фронтальной стенке проходил в дополнительную камеру и сваривал установленное там изделие. Такое сложное переоборудование универсальной установки для сварки изделий, габариты которых превышают размеры сварочной камеры, имеет смысл только в том случае, если такие работы являются эпизодическими.
В основу конструкции установки с секционными сварочными камерами заложена, например, типовая универсальная установка УЛ со стандартной камерой 1. Камера установки в верхней части имеет дополнительную камеру-приставку, в которой размещен двух-координатный манипулятор стандартной сварочной пушки. Величина хода сварочной пушки вдоль камеры составляет 575 мм, поперек 840 мм. Конструкция манипулятора позволяет устанавливать пушку вертикально, горизонтально или под углом, что значительно расширяет технологические возможности установок. Установка снабжена двумя монтажными и двумя загрузочными тележками, что позволяет работать по “челночному” принципу: пока одна из тележек находится в камере, на другой ведется монтаж под сварку очередного изделия.
Для сварки толстолистовых конструкций на базе установки УЛ созданы две специализированные установки УЛ, состоящие соответственно из четырех и трех состыкованных камер УЛ. Установки комплектуются перемещаемой в вакууме пушкой мощностью пучка менее 60 кВт или стационарной пушкой мощностью пучка 120 кВт
В промышленности используются установки УВЛ, в промежуточном вакууме и установки ЭЛУ для сварки в высоком вакууме .
Весьма перспективны установки с от-качными системами, позволяющими выполнять сварку как при высоком, так и при низком вакууме в зависимости от свойств свариваемых материалов, и сменными сварочными манипуляторами, обеспечивающими выполнение на одной и той же установке самых разнообразных сварочных операций.
Наиболее широкие технологические возможности у установок, имеющих агрегатную (модульную) конструкцию, с набором сварочных манипуляторов и обеспеченных системами автоматического слежения за свариваемым стыком и системами программного управления сварочным процессом. Использование таких установок наиболее эффективно при сварке деталей сложной формы. Они легко могут быть приспособлены к изменяющимся условиям производства. Следует отметить, что автоматизированные системы откачки камеры и дифференциальная откачка пушки — непременные признаки лучших образцов современных универсальных установок, причем время откачки камеры до рабочего давления сведено к минимуму благодаря применению мощных откачных средств и введения обратной связи по давлению.
Основным недостатком универсальных установок является их сравнительно низкая производительность. Применение многопозиционных сварочных манипуляторов не всегда решает проблему ее повышения. Рассматривая вопрос повышения производительности применительно к установкам для сварки малых, средних и крупных изделий, необходимо отметить следующее. Высокая производительность, как правило, достигается только в специализированных или высокопроизводительных установках с различного типа шлюзовыми системами.
Время цикла для электронно-лучевой сварочной установки по аналогии со станкостроением. Основное время для всех типов сварочных установок, при прочих равных условиях (длина шва, тип материала, глубина проплавле-ния, параметры пучка, скорость сварки и др.) одинаковое, а вспомогательное изменяется в очень больших пределах в зависимости от конструкции установок, что существенно влияет на производительность. Для универсальных установок периодического действия, предназначенных для сварки одного изделия за одну откачку сварочной камеры, основное время составляет приблизительно 5%. Остальное время затрачивается на выполнение вспомогательных операций. Увеличить производительность установок можно двумя путями: сокращением времени выполнения каждой вспомогательной операции или выполнением вспомогательных операций параллельно со сваркой изделия.
Установка такого типа предназначена для работы в составе линии электронно-лучевой сварки блоков шестерен автомобилей. В состав линии входят: моечная машина; пресс, на котором производится сборка блоков; нагреватель с размагничивающим устройством, предназначенный для подогрева запрессованных блоков до температуры 423…473°С с последующим размагничиванием; установка для ЭЛС блоков шестерен; установка для проверки блоков на крутящий момент; транспортирующая система, предназначенная для межоперационной передачи изделий в линии. Установка для ЭЛС позволяет производить сборку и сварку изделий, близких по конструкции при минимальных переделках оснастки.
Установка представляет собой сварочную камеру, на которой сверху расположена пушка с напряжением иу — 60 кВ и мощностью 15 кВт с дифференциальной откачкой, с возможностью поперечного настроечного перемещения в пределах 100 мм, что позволяет перенастроить пушку на любой диаметр сварного шва в пределах 50…250 мм. Настройка пучка на стык производится с помощью прибора “Прицел-2″. Электронный прожектор пушки откачивается турбомолекулярным насосом до давления 5 • Ю-3 Па и отсекается от сварочной камеры промежуточным клапаном пушки. Сварочная камера откачивается двух-
роторным насосом до давления 5* 10-1 Па и отсекается от наружной среды трехпозицион-ным поворотным клапаном (диском), который может последовательно переключать различные элементы вакуумной системы для создания рабочего вакуума в полости сварки. Под сварочной камерой расположен шестипо-зиционный поворотный стол, в каждой позиции которого свободно лежит камера, выполненная по конфигурации свариваемого изделия с минимальным зазором между изделием и камерой.
Работает установка следующим образом. Изделие при помощи захватов укладывается в камеру изделия на шестипозиционном столе, который поворачивается затем на одну позицию. Через два такта (шага) камера с изделием останавливается под сварочной камерой, которая в это время перекрыта поворотным клапаном. При помощи штока пневмоцилиндра, расположенного под поворотным столом, камера с изделием поднимается и прижимается опорными поверхностями к сварочной камере. После этого поворотный клапан соединяет внутреннюю полость камеры изделия с насосом предварительного разрежения. Следующим поворотом клапана эта полость соединяется со сварочной камерой, давление в камерах выравнивается и достигает рабочего.
