Во ВНИИЭСО отработана технология герметизации рельефной сваркой корпусов мощных полупроводниковых диодов н тиристоров. Корпус состоит из массивного медного основания круглого сечения, по внешнему контуру которого припаяно кольцо прямоугольного сечения с выполненным на нем рельефом треугольной формы, имеющее диаметр 36 мм, высоту 0,5 мм и ширину 0.6 мм у основания. При герметизации корпуса к кольцу приваривается манжета, припаянная к керамическому изолятору крышки корпуса. Типичными представителями свариваемой конструкции являются тиристоры ТЛ-160, ТЛ-200 диоды ВЛ-200.

Особенности свариваемого изделия: большое соотношение толщин, разнородность материалов соединяемых деталей (манжета — из ковара 29НК толщиной 0,5 мм, кольцо — из стали Ст. 10 толщиной 3,5 мм), изменение высоты рельефа по периметру кольца, наличие никелевого покрытия на кольцах и изменение его толщины от детали к детали, не­ровная поверхность манжет в месте сварки, наличие паяных контактов.

Отработку технологии производили на макете конденсаторной ма­шины и затем на конденсаторной машине МРК-16003, (см. § 5.3), спроектированной с учетом технологических требований, выявленных в результате сварки на макете.

При сварке проводили осциллографирование сварочного тока (с вы­хода прибора АСУ-IM), напряжения между электродами, усилия сжа­тия электродов (с выхода тензостанции 4-АН4-3, датчики которой фик­сировали степень сжатия пружины привода давления), перемещения верхнего электрода относительно нижнего (с помощью потенциометри­ческого датчика) и первичного тока (с помощью шунта в разрядной цепи батареи конденсаторов). Сопротивление между электродами опре­деляли по мгновенным значениям напряжения между элктродами и сва­рочного тока.

При испытании проверялась прочность сварных образцов на отрыв (по пять образцов, полученных в одном режиме сварки). После сварки образца керамический изолятор его крышки разбивали и внутрь манже­ты вставляли специальный болт. Свободный край манжеты загибали по всему периметру и плотно поджимали гайкой к головке болта. Затем хвостовики болта и основания корпуса закрепляли в противоположных зажимах разрывной машины ЦДЮ.

На поперечных разрезах сварных образцов приготовляли микро­шлифы для металлографических и микрорентгеноспектральных исследо­ваний.

Сварку корпусов производили одним импульсом тока, двумя им­пульсами с паузой между ними и двумя импульсами без паузы. Дан­ные - по режимам сварки, соответствующей нм настройке машины

МРК-16003 и результаты испытаний сварных образцов представлены в табл. П.1.

Таблица П.1

1 Гъ IP — P. v

ность); ДР= у___________ !_ — среднее квадратическое значение разброса прочности

' in — I

отдельных сварных образцов Pf данной партии в количестве m образцов; И? — коэффициент вариации, характеризующий разброс прочности образцов н, следова­тельно, стабильность данного режима сварки; Fgл—усилие сжатия электродов; С=С,+С2— емкость батареи конденсаторов; Сі (С2) — емкость первой (второй)! секции батареи; п — коэффициент трансформации сварочного трансформатора.

Сварка корпусов одним импульсом тока (режимы 1—4 в табл. П.1) при отсутствии выплесков обеспечивала среднюю прочность сварных со­единений не более 480 даН, причем разброс прочности отдельных об­

разцов был весьма большим. На одном режиме сварки получались об­разцы прочностью до 1000 даН и образцы, разрушавшиеся уже при под­готовке их к испытанию на отрыв. При сварке токами более 7Ъ кА воз­никали выплески и снижалась средняя прочность образцов.

При двухимпульсной сварке (режимы 5—11) исследовали влияние подогревного импульса тока, при этом сварочный импульс оставался постоянным - После разряда батареи конденсаторов, в результате кото­рого формировался первый (подогревный) импульс тока, осуществлял­ся заряд батареи до другого напряжения и затем разряд ее для форми­рования второго (сварочного) импульса тока. В паузе между импульса­ми, необходимой для повторного заряда батареи, свариваемые детали находились под сварочным давлением и полностью остывали после пре­кращения подогревного импульса тока.

Прочность Р образцов существенно изменялась в зависимости от подогревного тока, однако во всех случаях она была значительно выше, чем при одноимпульсной сварке. Последнее обусловлено более интенсив­ным развитием физического контакта и диффузионных процессов вслед­ствие более продолжительного и мощного нагрева при двухимпульсной сварке.

При подогревном токе, равном по амплитуде примерно 30% свароч­ного тока, осадка рельефа практически не происходила (не наблюдалось перемещение электрода) и, следовательно, не увеличивалась площадь геометрического контакта в месте сварки. Однако сопротивление между электродами гээ заметно уменьшалось, что можно объяснить образова­нием равномерного сварочного контакта по всему периметру рельефа при прохождении подогревного импульса тока. В результате при сварочном импульсе обеспечивалась равномерность нагрева н прочности по всему периметру, что обусловливало значительное повышение средней прочно­сти образцов (Р=1400 даН) по сравнению с одноимпульсной сваркой (Р=480 даН).

Увеличение подогревного тока в пределах 30—50% сварочного при­водило к расширению площади геометрического контакта за счет смя­тия рельефа. Об этом свидетельствовали увеличение перемещения элек­трода и снижение сопротивления гээ при подогреве. При этом плотность тока и тепловыделение в месте сварки относительно уменьшались при. сварочном импульсе и, следовательно, снижалась прочность Р. Разброс прочности образцов возрастал. Сварка сопровождалась выплесками, чис­ло и интенсивность которых уменьшались с увеличением подогревного - тока.

Дальнейшее повышение подогревного тока в пределах 50—85% сва­рочного увеличило смятие рельефа до 50—70% суммарного смятия. От­носительное приращение площади сварочного контакта при этом умень­шалось, в результате чего плотность сварочного тока, деформация и ши­рина зоны соединения изменялись незначительно. Вследствие этого прак­тически стабилизировались прочность Р и разброс прочности отдельных образцов. Число выплесков сокращалось, и при подогревных токах, рав­ных 70—85% сварочного, выплески не наблюдались.

При подогревных токах более 85% сварочного происходило почти полное смятие рельефа, что было видно из осциллограмм перемещения электрода, и значительное уменьшение гЭэ после первого импульса. Прочность Р возрастала, что обусловливалось повышением тепловыде­ления, о чем свидетельствовало увеличение глубины диффузии кобальта из ковара (манжеты) в сталь и никелевое покрытие (кольцо). Вновь наблюдались выплески, но уже при прохождении подогревных импуль­сов тока.

При сварке двумя импульсами без паузы батарея конденсаторов машины МРК-16003 была разделена на две секции, которые одновремен­на

но заряжались до разных напряжений (режимы сварки 12—23). Пооче­редный разряд секций через регулируемое время задержки позволял получать два импульса тока с разными амплитудами. При этом ампли­туда второго сварочного импульса зависела не только от напряжения второй секции, но также и от напряжения первой секции и времени задержки включения второго импульса, так как последний включался при разных значениях тока первого импульса. Амплитуда второго им­пульса возрастала с увеличением напряжения первой секции и с умень­шением времени задержки.

При испытании проверялась зависимость прочности Р и коэффициен­та вариации W от подогревного тока I и времени задержки включения сварочного тока Т. С увеличением времени Т при постоянном токе / проч­ность образцов резко падала, так как при этом снижался сварочный ток.

Увеличение / при постоянном Т=0,035 с приводило к возрастанию и стабилизации Р. Величина W и ее изменение на этом участке оказа­лись наименьшими по сравнению со всеми другими изученными случаями как одноимпульсной, так и двухнмпульсной сварки. Изменение / в тех же пределах при Т=0,060 с снижало Р и увеличивало W, а при Т= =0,100 с—резко уменьшало Р и еще более резко увеличивало W по сравнению с первым случаем (Т=0.035 с). Во всех случаях сварки дву­мя импульсами тока без паузы выплески не наблюдались.

Металлографический анализ сварных образцов показал картину типичного сварного соединения: рельеф сильно деформирован, никеле­вое покрытие сохранилось по центру рельефа и нарушилось на перифе­рии соединения. Оплавленный металл в зоне сварки отсутствовал. При ■большом увеличении по границам зерен ковара наблюдаются следы оплавления. Микрорентгеноспектральный анализ обнаружил диффузию кобальта из ковара (манжеты) в никелевое покрытие на стали (кольцо) и частично в сталь. Перераспределение кобальта в зоне сварки свиде­тельствует о наличии металлической связи между свариваемыми дета­лями. Сварные образцы с наибольшими глубиной диффузии и количест­вом продиффуидировавшего кобальта оказались наиболее прочными при испытаниях на отрыв.

Результаты испытаний показали, что двухимпульсиая сварка корпу­сов мощных вентилей на конденсаторной машине обеспечивает более высокую и стабильную среднюю прочность изделий (Р>760 даН) по сравнению с одноимпульсной сваркой (Р<480 даН). Кроме того, при двухнмпульсной сварке предотвращаются выплески.

Наиболее оптимальными являются режимы двухнмпульсной сварки без паузы, в которых подогревный ток по амплитуде равен 55—65% сварочного и сварочный ток включается в начале спада подогревного тока (режимы 14, 15). При несколько меньшей средней прочности полу­ченных на этих режимах образцов по сравнению с наилучшими режи­мами двухнмпульсной сварки с паузой (режимы 8, 9) они обеспечивают наименьший разброс образцов по прочности и большую производитель­ность машины при меньшей затрачиваемой на сварку энергии.

ип

("Сном/"™)4

[2] В таблице приведены отношения указанных ветчин к соответствующим вел и - чннам для схемы 5 при одинаковых условиях заряда.