автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Повышение качества печной индукционной пайки изделий сложной формы за счет применения микропроцессорной системы управления нагревом

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет имени IIЭ. Баумана

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПЕЧЙОЯ ШЩУЩИОШЮЯ ПАЖИ ИЗДЕЛИЯ СЛОЖНОЙ «ОРКЫ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОПГОЩЕССОГШЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕШИ

05.08. Об. -Технология и папины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАЫЕ УЧЕЮЯ СТЕПЕНИ кандидата технических наук

На правах рукописи

НАЛЭЛЕТЕОВ Алексей Владимирович

Иэсква

1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана

Научный руководитель - лауреат Государственной премии

доктор технических наук,профессор Гдадков Э. А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,профессор

Стекдов О. И.

кандидат технических наук, доцент Дсушин Е Ф.

Ведущэе предприятие - НШМ

Защита диссертации состоится " " и.кз*>я 1992 г. на заседании специализированного совета К053.15.03 в Мэсковскои ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени государственном техническом университете имени Е Э. Баумана по адресу: 107005, Ыосква,2-я Бауманская УД. ,Д. Б.

Ваш отзыв на автореферат в '1 экз. , заверенный печатью, просим высылать по указанному адресу.

' С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫГТУ имени Н.Э. Баумана.

Телефон для справок 263-В5-14.

Автореферат разослан " М- " 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ______у

к.т. н. .доцент с^*^ ' В-ГиРш

Заказ Обьем 1 п. л. Тирах 100 экз. Надписано к печати 2Я04.02.

Типография ЫГТУ. 107006, Москва,2-я Бауманская ул. ,д.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАГОТЫ

■ 1 J t

¿тотальность проблемы. За последнее время число изделий сложной Форш ( ИСФ),изготавливаема из разнообразных, в том числе и разнородных,материалов,используемых в различных отраслях промышленности,значительно возросло. Одновременно усложнилась-геометрия данных изделий и выросла их номенклатура.

При создании частей ИСФ используется различные технологии, обеспечивающие получение сложных пространственных поверхностей. Это приводит к то:.(у,чго доступ к зоне контакта соединяемых частей при сборке ИСФ либо весьма ограничен, либо вообшэ' ~ невозможен. В этой ситуации исшлазованиэ с вар кл затруднительно и единственны}.« способом получения неразъемных соединений в данных изделиях является пайка.

В большинстве случаев пайса является последней технологи-. чэской операцией при изготовления ИСФ и от качества пайки зависит качество всего КОЗ. Наиболее перспективным и надеиным способом.лайки-.• ИСФ является печная индукционная в атмосфере инертных газов при использовании защитного контейнера. При данном способе пайки качество соединения в значительной степени обуславливается процессом распространения температуры в ИСФ, который характеризует термодеформационное состояние ИСФ и механизмы образования паяного шва в соединении. Распространение температуры в ИСФ зависит от формы, размеров и материала изделия и полностью определяется термическим циклом пайки (ТЦП). Как показывают исследования советских и зарубежных авторов качество паяного соединения при печной пайке полностью определяется точностью соблюдения параметров ТЦП и временем нагрева под пайку.

Используемые в настоящее время методы построения ТЦП предполагает проведение экспериментальных нагревов, что приводит к потере готового ИСФ. Кроме того построенные таким образом ТЦП на учитывает точность сборки,отклонения в форма и размерах,.. . ИСФ, изменения в условиях нагрева в процессе пайки.

Не могут удовлетворить возросших требований к соблюдению заданного ТЦП и существуйте способы и оборудование управления нагревои.1Ш.в печи. В настоядее время точность соблюдения ТЦП

• 1

для большинства изделий составляет 5-10°С во всем диапазоне температур нагрева при достижимой точности на суцествущем оборудована! не более 10-15° С. Это приводит к тому, что стабильность качества пайки различных изделий невысокая.

Перспективным путем преодоления данных проблем при пайке ИСФ в индукционных печах является использование микропроцессорных систем управления (МШУ) нагревом,обеспечивающих адаптивное построение ТЦП, повшенную точность соблюдения его параметров, отработку внесших возмущающих воздействий и эффективную работу паяльного оборудования.

Дедь работы. Целью работы является повышение стабильности качества паяных соединений в ИСФ при отсутствии предварительных данных о поведении изделия в процессе нагрева в индукционной печи и наличии случайных возмущающих воздействий на процесс пайки.

Для достижения поставленной цели в процессе работы потребовалось реиоть следующую задачи :

-разработать методику оценки влияния отдельных параметров процесса нагрева ИСФ на выполнимость заданного ТИП;

-определить влияние случайных воэмушзщих воздействий на характер нагрева ИСФ;

-построить обцуп прогнозирующую модель нагрева ИСФ в индукционной печи;

-построить функциональную схему ШОУ нагревом ИСФ и создать алгоритмы работы МПСУ;

-создать автоматизированную технологий пайки ИСФ в индукционной печи при использовании ко дельного образца МПСУ.

Штоды исследования. Основные задачи решались расчетными и экспериментальными методами. Эксперименты проводились при использовании индукционной печи типа ВИП-1 питаемой машинным преобразователем БШ-100-2400 с управлением от тиристорного усилителя У-252. Выбор количества экспериментальных данных и их обработка производилась методами математической статистики.

Анализ формирования паяного соединения и классификация технологических возмущений производились методами системного и функционального анализа, обработка информации и применение результатов обработки базировалось на методах теории автоматического управления.

2 . ' '

Все расчеты для теоретических исследований,а также весь процесс снятия информации при пайке и обработка данных велись на ЗШ. Испытания аппаратных и программных средств ШОУ проходили в лабораторных условиях.

Научная новизна. Теоретическими и экспериментальны»,ш исследованиями показано,что повышение качества паяного соединения в ИСФ при сокращенном цикле нагрева с использованием индукционного источника возможно при обеспечении минимальных гра,г -ентов температуры в теле изделия,когда имеет место интенсивное термодеформирование ЙСФ,активация поверхности соединения флюсом и энергичное металлургическое взаимодействие расплава припоя с материалом изделия. Показано, что, в условиях преобладания переноса, тепла через механизм излучения .комплексным критерием, оценивающим кинетику процесса перераспределения тепла в объеме изделия, может служить максимальная толщина стенки в изделии, распределенность частей изделия в пространстве и соотношение их массивности.

Построена общая математическая модель,описывающая нэргев различных ШВ при пайке в контейнере в индукционной печи при наличии случайных возмущшцях воздействий на процесс пайки, базирующаяся на результатах идентификации конкретного ИСФ на начальном этапе пайки при использовании предложенного комплексного критерия,оценивающего кинетику перераспределения тепла в ИСФ. Для количественной оценки данного критерия рекомендовано использовать критерий Вио.

Разработан алгоритм адаптации предложенной общей математической модели поведения ИСФ при нагреве в печи к изменению формы, размеров и материалов при пайке конкретного изделия,уточняющий отдельные параметры модели нагрева в процессе пайки,при температуре нагрева ниже температуры пайки (Тпайки).

Практическая ценность. Разработаны способы контроля процесса пайки ИСФ по показаниям датчиков температуры, установленных на поверхности ИСФ , методики идентификации изделия по показаниям датчиков и построения ТЦП на базе данной идентификации. Разработаны способы управления источником нагрева (ИН),обеспечивающее повышение точности соблюдения заданного ТЦП. Созданы функциональная схема МШУ нагревом и ее модельный образец на базе шкроЭЕМ "Электроника БК-0010". На базе МШУ и алгоритма ее работы создана автоматизированная технология пайки с использованием комплексного критерия качества формирования паяного соединения.

Результаты исследований и конструкторских разработок прошш опробирование и внедрены на Ояыпгагзаводе энергетического машиностроения г.. Химки Московской области.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на семинаре "САПР и микропроцессорная техника в сварочном производства" (ишь 1991 г., Москва), на научном сешшаре кафедры "Шшяш и автоматизация сварочных процессов" ИГТУ ли. Н. Э. Баумана (сентябрь 1991 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,общих выводов,списка литературы,в-ллючакщего 123 наименований,и приложения. Общий сбьем составляет 181 страница из них 121 машинописного текста, 43 стр. содержат 45 рисунков.

ССНОЕНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Первая глава. лосвялрна анализу возможностей использования различных способов лайки для сборки ИСФ при достижении требуе-шго качества паяного соединения. lía базе анализа литературных далпых и теорэтических рзсчемж-тказано, что с ростом сложности КСФ, расширением их номенклатуры и повышением требований к качеству изготовления ИСФ область иришкення способов пайки с локальный Ш постоянно еу^зегся и доля способов пайки при использовании общего нагрева растет. Среди способов пайгаг сг" общим нагревом КО® наиболее перспективными являются способы печной пайки,а среди них способ индукционной печной пайки. Шкааано, что данный способ пайки обладает наибольшим возможностями по удовлетворению растущих требований к качеству паяного соедшения при сборке однотипных ИСФ и к стабильности качества при пайке разнородных ИСФ.

Установлено,что качество паяного соединения зависит,в боль-шшстаэ случаев от правильности построения ТЦП и точности его соблюдения в процессе нагрева Данная точность для большинства ИСФ в настоящее время составляет 5-10°С при нагрева до Тпайки и 3- 5°С при Тпайки.

Анализ возможностей достижения требуемой точности соблюдения ТЦП показал,что она достижима аа счет совершенствования способов управления нагревом изделия и оборудования управления ИН. Шказано.что сущэствуюидаз способы управлений н аппаратура не 4 ^

газводяют достичь требуемой точности соблюдения ТЦП в процессе ¡агреиа. Кроме того на м-оцесс пайки существенное влияние оказывают внешние вазмушд.-ояцте воздействия,природу_ которых в большинстве случаев трудпа 'установить. Они оказывают существенное влияние на ход процесса нагрева ИСФ и следовательно на качество гайки. Для борьбы с ними необходимо регулировать работу ИН,что значительно усложняет задачи системы управления. Т В результате оценки современного состояния индукцион"ой пай-эд,способов построения ТЦП и управления нагревом в печи установ-иэно.что дальнейшее совершенствование процессов пай«! ИСФ связа-ю с построением системы управления нагревом при пайке,обеспе-швшащзй повышение стабильности качества паяных соединений в 1СФ при отсутствии предварительных данных о поведении изделия в 1роцессе нагрева в индукционной печи и наличии возмущающих воздействий па процесс пайки. Это и является основной целью работы.

Вторая глава посвящена исследованию влияния отдельных параметров процесса нагрева ИСФ в индукционной печи на качество па-гаого соединения и построению функциональной схемы ШСУ нагревом ИСФ.

Повышение точности ТЦП в первую очередь связано с повышени-эм точности оценки состояния ИСФ в любой момент времени. Данную эценку производят на бааэ анализа показаний датчиков температуры, установленных на поверхности ИСФ. Повышение точности анализа цанных показаний связано с фильтрацией сигнала,вырабатываемого термопарой,от электромагнитных помех,вызванных работой индукто-эа. Для этой цели разработаны аппарат яые и программные средства фильтрации. Увеличение данной точности также связано с упрощением и уточнением перевода сигнала термопары в показание температуры, для чего предложена зависимость "напряжение-температура", ямендая семь линейных и один нелинейный участок. Особое внимание -оделено борьбе с геплоотводом по термопаре в процессе измерений, искажающим температурное поле в месте установки термопары. Пред-пожен способ контроля процесса пайки,при котором данные искаже-*ия усиливаются нанесением вокруг термопары на поверхности ИСФ теплоизолирующего покрытия,что позволяет контролировать датчи-«ом,установленным на поверхности ИСФ температуру точки удалан-кзй от поверхности на заданное расстояние,например в месте закидки припоя. Это позволяет повысить точность контроля.

Учитывая,что на распределение температуры в ИСФ большое влияние оказывает распределение температури-виечи-были .. лроведены исследования зависимости распределения температуры в защитном контейнере заполнены» аргоном от размеров паяемого изделия. Данные исследования показали,что в случае если размеры ИСФ составляют 40 % от радиуса контейнера и 60 X от его высоты температура в защитном контейнере распределена равномерно. В случае превышения данных габаритов неравномерность распределения температуры растет с ростом размеров КСФ, Показано, что большая часть ИСФ не искажает температурного поля в печи.

Установлено,что даже в случае равномерного распределения температуры в печи датчики позволяют определить максимальную температуру в ИСФ (Ттх) .скорость ее изменения (Vmax) и максимальный перепад температуры (дТта* ).В токе время такой показатель поля,как градиент температуры (grácil),от которого в большей степени, чш< от. лТгтш. зависит качество, не может быть найден по показаниям датчиков температуры, т. к. зависит от формы и размеров ИСФ, которые заранее не известны. Для выхода из данной ситуации предложено для расчетов gradT использовать формулу:

угж! V - Cí (Тком -(.TVmx + Сг Vmax)) ------- (1)

где:Ткон - температура контейнера, С.4= V31 , а г ,где

амаг-температуропроводность материала ИСФ и газа в контейнере.

Анализ показателей температурного поля в ИСФ установил,что в в связи с инерционность» нагрева ИСФ в индукционной печи,который практически на 100 7. определяется лучистым теплообменом из-за использования зашртного контейнера с газом,точность соблюдения Г ЦП полностью зависит от уменьшения отклонений Vmax и дХгпах от допустимых значений,определенных технологией пайки и особенностями паяемого ИСФ.

Среди внешних возмущающие воздействий выявлено два типа на-4йодее супрственно влияющих на качество пайки - зто случайное падение мощности ИН и давления защитного гааа в печи из-за местной утечки его из контейнера С цель снижения числа разнотипных датчиков, используемых для контроля процесса пайки и повышения достоверности данного контроля предложено фиксировать величину данных воздействий по изменение скорости роста Ткон при падении мощности ИН и изменение скорости роста одного из перепа-• В

дов температуры в ИСФ при изменении давления защитного газа в печи.

На основе анализа струтауры и объема информации о ходе процесса пайки,необходимых алгоритмов ее обработки и принятия управляющего воздействия для ИН предложена функциональная схема ... „ МШУ нагревом при печной индукционной пайке ИСФ на базе микроэвм (см. рис. 1.). . ,

Третья глава,посвящена построению обшэй модели нагрева ИСФ в печи и созданию алгоритма ее адаптации к условиям пайки конкретного изделия. ' --'-

ГЬказало, что данную задачу при неудовлетворенности условий геометрической однозначности теплообмена можно решить лишь ва счет идентификации ИСФ на начальном этапе нагрева,когда поведение изделия ещэ не может оказать влияния -из " качество пайки. Предложено идентифицировать ИСФ по толщине его стенки,по массивности его отдельных частей и их распределенности в пространстве.

■ Толщина стенки в изделии оценивалась в зависимости от величины удельной теплоемкости материала ИСФ и температуры достихэ-ния Уггах своего максимального значения (тах(Утах)) при Тпах1 (сы. рис. 2). После достижения данной температуры рост Утах ,дала при максимальной мощности ИН невозможен из-за изменения характера теплообмена меиду ИСФ и ИН и между отдельными частями ИСФ. Согласно этой оценке все ИСФ делятся на два типа - теплофизи-чески тонкостенные и теплофизически толстостенные, Для оценки толпщы стенки Ь использовался известных полезный обьем контейнера (5кон) и зависимость:_

(2)

где К - коэффициент, зависящий от типа ИСЛИспользуя величину Ь определяли критерий Био данного ИСФ:

(3)

где: Ь - коэффициент поверхностной теплоотдачи данного ИСФ, -коэффициент температуропроводности материала ИСФ. Если В1 больше 0,5 ИСФ относили к толстостенным, если В1 менее 0,25 ИС® считали тонкостенным. Для идентификации ИСФ при 0,25 В1 0,5 использовали соотниение текущих перепадов температуры в ИСФ при Тшах1. Установлено, что данная идентификация ИСФ позволяет построить уточ~

7

клавиатура

ЬыЬгдо -1 1-

&идтони/пор

гГТ

1л

Внешнее

ИСтройСтЬй памяти -4

микроЗ&М

.....тт

УстраСгсгпЬо с&яъи а объектом

~М М

/го с.штабиьш Усилители

тчристориый

нос и/та ¿ныо МСгшиымый преоб-

раза&атеаь ИПЦ

Рис, I. Функциональная схема ШСУ нагревом при пайке НСФ в индукционной печи.

1-паяемое изделие;2-защигный контейнер;3-печь; 4-индуктор;5-термопара.

8

температуры грех его точек на поверхности. Тпн-тешоратура предварительного нагрева,до которой не требуется уцрашгепие ИП; П -тегягерсгурз I -точки поверхности ПС5гТт1|% -температура шкшатгыю нагретой точка повзрхггоста ИС-5.

9

ненный ТЦП, который для теплофизически толстостенного ИСФ выбирается с промежуточными выдержками и нагревом между ниш на мз-кисмальной мощности ИН,а для теплофизически тонкостенных ИСФ не -содержит вздержек и основан на плавном снижении мощности ИЕ Для уточнения отдельных характеристик ТЦП для обоих типов ИСФ после достижения Ттах1 производили снижение мощности ИН до момента когда Утах=0 и далее за счет небольшого роста ИН до момента когда скорость нагрева минимально нагретой точки также достигала О (моменты времени и соотвественно).Ш динамике изменения "ЛТгоо,/, за прометок времени определял!! отдельные па-, ^аметры ТЦЛТаким образом строили модель поведения ИСФ на интервале температур до Тпайки.

Для уточнения поведения изделия на отдельных температурных интервалах предложена модель поэтапного нагрева ИСФ на интервалах времени - при постоянной Укон .учитывающая массивность отдельных частей Ш&

т; » Укоц дъ + 61_УСОиСе/р (-ьг1г) - е<р(-Вг^)/ Б ^иоч.С * . ¡- 4) Сехр(-вьл.а.) -е^рС-в^ г,)) - ехр(-ВгЬ1}у ^"а* 4

где: Тнач. кон и Тнач. 1 - начальные температуры контейнера и 1 точки ИСФ, 6,,Вг-постоянные коэффициенты. Для определения величин для определения величин , использовался интервал времени ^-"Ьз (см. рис. 8) .когда Ткон=сопзЬ. Данная модель используем результаты расчетов поведения ИСФ на всем интервале температур нагрева,которые определяют лишь характерные участки в ТЦП.

Как модель общего нагрева ИСФ, определяющая значение Ушах,так и модель поэтапного нагрева, задащая значение Ткон и следовательно мощность • ИН, были построены на базе экспериментальных данных для ограниченного круга ИСФ. Это приводит к тому, что при расчетах по данным моделям ТЦП различных ИСФ точность расчетов будет различной. С целью снижения влияния ошибок расчетов по этим моделям на качество пайки разработана модель поведения ИСФ при малых отклонениях параметров режима пайки от заданных значений. Модель построена ма базе результатов двух факторного эксперимента по изучению влияния ошибок оценки Ушах -еУтцки мощности ИН - ин по моделям общэго и поэтапного нагрева на отклонение дТтях от заданного значения Е(дГ/г>о» и имеет вид регрессионной зависимости:

£ (л Ттох) - 8.г, в е. Утак V- £ (5)

Учитывая тот факт,что при построении предложенных моделей обцего,поэтапного нагрева и нагрева при малых отклонениях режимов папки от заданных значений использовался ограниченный обьем данных был предложен алгоритм адаптации данных моделей к условиям пайки конкретного ИСФ. Поскольку две первые части модели строятся на . базе идентификации паяемого ИСФ, адаптировалась только модель для малых отклонений режима пайки,в которой уточнялись лишь отдельные коэффициенты в регрессионной зависимости. Уточнению подлежат лищь коэффициенты при Vmax £ки мощности Ш 2г- Свободный член регрессионной зависимости показывает точность построения моделей,учитывая сделанные при этом допущения при описания формы и рааиеров ИСФ я свойств его материала.

Для адаптации первого коэффициента была предложена следующая зависимость для 3t:

Z1 = г,5 ~ e*p(Vrr>«x.р- v,nax.6) Aíjn(Vmü/.p-Vmax.<5) (6) где: Vmax. б - базовое значение Vmax при построении зависимости (5),Virax.р - расчетное значение Vmax по предложенной модели для конкретного ИСФ. Для адаптации второго коэффициента была

предложена зависимость:

ÍEa «(lO-^.S-Zie.VmwjyiWHM.S-Wüu.pl (AW^iO) (7) - f<aV/цц"(-5,5-Zi£Vmax)J/|v/un,5-V/uw.pl (aWW^ lü) где: б - базовое значение мощности Iffl при построении зависимости (5); Мш. р - расчетное значение мощности ИН по модели для конкретного ИСФ; AWun -значение текущего отклонения мощности ИН от расчетного значения.

Данная адаптация позволила повысить точность расчетов нагрева конкретного ИСФ по предложенной модели с 8-10 до 4-5°С во всем диапазоне температур нагрева.

Четвертая глава , работы посвяиэиа построению МШУ нагревом ИСФ в индукционной печи и разработке автоматизированной технологии пайки ИСФ.

На основе анализа информация о процессе пайки,алгоритма ее обработки,прогнозирующих моделей расчета поведения ИСФ при нагреве предложено ШСУ нагревом строить на базе шкроЭВМ "Электроника БК-0010". .

Для обеспечения'функционирования микроЭЕЫ в системе управления нагревом, было предложено устройство связи с объектом ' И

(УСО). В задачи УСО входит преобразование аналоговых сигналов, поступавших от , термопар,установленных на поверхности ИСФ,через Быстродействующие усилители напряжений 380240, в цифровой код выдаваемый в микроЭШ и .цифрового кода , вырабатывав- . мого микроЭШ, в аналоговый сигнал, управляющий работой тприборного усилителя У-252 машинного преобразователя БПЧ-100-2400.В связи с тем, что число датчиков температуры, контролирующие процесс пайки,не превышает 4,для получения микроэвм данных о ходе -процесса нагрева предложено осуществлять программный опрос информационных каналов,т. к. УСО обеспечивает свободный доступ к . .м за счет наличия в его составе коммутатора напряжений. Всо основные элементы УСО - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифрово-аналоговый преобразователь (ЦАП) и коммутатор напряжений построены на микросхемной базе,что значительно повышает надежность и быстродействие УСО. Для питания АЦП, ЦАП и коммутатора напряжений в УСО предусмотрев блок питания,что значительно повышает его надежность и делает УСО самостоятельным элементом ШСУ.

Анализ отдельных элементов ШСУ установил, что данная ..замкнутая система управления относится к инерционным из-за наличия в ней индукционной печи с паяемым ИСФ. Обьем рабочей программы, написанной на языке Чокал и обеспечивающей управление обменом информации в ШСУ,обработку данной информации,построение- модели нагрева ИСФ, расчет поведения ИСФ по данной модели, выработку управляющего воздействия, не влияет на инерционность ЮСУ. Это обеспечивает возможность отработки случайных возмущающих воздействий на процесс пайки и организацию диалогового режима работы ШЗУ с оператором паяльного оборудования,который может вмешиваться в ход управления нагревом. Коэффициент усиления . построенной системы управления существенно зависит от алгоритмов управления в программе микроэвм,реализацию которых можно вести на базе пропорционального закона управления мощностью ИН. Созданная МШУ нагревом рас читана на специалиста - технолога.

Предлагаемая автоматизированная технология пайки ИСФ в индукционной печи при использовании защитного контейнера основана на частичной замене операций выполняемых вручную человеком при

12

традиционной технологии пайки на операции выполняемые в автоматическом режиме ЧПСУ ,а тагае на исключении ряда операций из традиционной технологии и введение новых операций, связанных с использованием ШСУ. К _ первой группе таких операций относится в первую очередь управление нагревом ИСФ в процессе пайки. Ко второй исключение проведения предварительных экспериментальных нагревов конкретного ИСФ в индукционной печи с целью построения его ТЦП (или уточнения ТЦЛ),и к третьей введение идентификации ИСФ в процесса лайки, создание банка дшшш по ТЦП пайки различных ИСФ.

Одним из ваших элементов предложенной автоматизированной технологии является разработанный технологический критерий качества пайки,оценивающий формирование паяного соединения в любой момент времени. Данный критерий основан на формализации оценки возможности выполнения заданных ограничений на нагрев ИСФ при Тпайки, которые являются прямыми показателями качества пай-ки.при удовлетворении текущие требований ТДП по Уяах и дТт«*, которые являются косвенными показателям! гачества. С этой целью предложно оценивать отклонение текущего значения Утах от значения определенного по модели нагрева или по предложенной метода э и по величине данного отклонения рассчитывать вероятность удовлетворения прямых показателей качества пайки, используя выражение: . +4Ут<!Х г

где : 6 -текущее среднеквадратичное отклонение реального Ушах от расчетного значения, а-дУтях -допустимое отклонение Упах от О при Тгоах=Тлайки. Если величина Р более 50 % считают, что процесс пайки идет удовлетворительно,в противном случае требуется внесение корректировок в управление мощностью Ж Данный критерий мокно использовать только при удовлетворении косвенных показателей качества пайки. Он позволяет сократить время нагрева при пайке,т.к. исключает вероятность неоправданного управления ИН. Кроме того он легко юийт быть использован в предложенной ШСУ нагревом при пайке.

Проведенные экспериментальные сравнения результатов пайки при использовании традиционной технологии и ручного управления мощностью ЙН и предложенной автоматизированной с использованием НПСУ показали,что последняя позволяет повысить качество пайки однотипных ИСФ на 26 7. и стабильность качества пайки рагно-

13

типных ИСФ на 50 X. за счет повышения точности соблюдения заданного ТЩ1 для ИСФ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании анализа литературных данных и результатов экспериментальных исследований установлено, что дальнейшее повы- ■ шение качества паяных соединений в ИСФ при пайке в индукционной печи с использованием защитного контейнера, заполненного инертным газом,за счет сокращения числа дефектов, вызванных непропаем и вытеканием припоя, связано с повышением равномерности нагрева ИСФ при сокращении времени пайки. Наиболее аффективно и перспективно для данных целей использовать оперативное и прогнозирующее управление мощностью ИН при пайке за счет применения Ш1СУ нагревом, обеспечивающей повышение точности измерения и анализа температурного поля в ИСФ, выполнение заданных параметров ТЦП, снижение влияния случайных возмун^ющих воздействий на ход пайки и время пайки, в условиях геометрической неоднозначности характера теплообмена при нагреве.

2. Повышение точности контроля температурного поля в нагреваемом ИСФ по показаниям терморпар,установленных на его поверхности, возможно за счет фильтрации помех, накладываемых на сигнал, вырабатываемый термопарами,точности перевода данного сигнала в температуру контролируемой точки поверхности ИСФ, использования специально разработанных мер компенсации тегшоотвода по термор-паре. Данные меры позволяют повысит^ точность измерения температуры до 3°С во всем диапазоне ее измерения, что выше заданной точности соблюдения ТЦП (Б°С).

3. При определении распределения температуры в печи в процессе нагрева ИСФ, установлено, что если габариты ИСФ менее 40 7. по радиусу от радиуса защитного контейнера и менее 60 X. от высоты контейнера,то температура в печи распределена равномерно и приблизительно равна температуре контейнера. При превышении дзн-ных габаритов отклонения температурного поля в печи от температуры контейнера лежат в пределах Б-10 % во всем диапазоне температур нагрева. В данной ситуации вместо перепада температуры в изделии необходимо использовать величину градиента температуры в каждой контролируемой точке в качестве параметра ТЦП.

4. Экспериментально-установлено,что контроль случайного падения мощности ИН можно осуществлять по падению скорости нагрева

14 •

контейнера в печи. Аналогично контроль случайного падения давления защитного газа в контейнере по изменении скорости роста одного из перепадов температуры в ИСФ. Это позволяет использовать только датчики температуры для контроля процесса пайки.

5. Вычислениями и экспериментом установлено, что общую прогнозирующую модель нагрева ИСФ в печи необходимо разбивать на три относительно самостоятельные части. Первая часть должка строиться на основе идентификации ИСФ по толщине его стенки на базе критерия Еио на начальном этапе предварительного нагрева и обеспечивать автоматизированное построение режима пайки для удовлетворения всех параметров ТЦП При величине критерия Еио менее 0,25 ИСФ относят к теплофиаиче ски тонкостенным и т ТЦП исключают промежуточные выдержки,если данных критерий более О,Б,то изделие считает теплофизичесш! толстостенным и его ТЦП обязательно содержит промежуточные выдержки. Если данный критерий лежи в диапазоне 0,25-0,6 производят дополнительную идентификацию ИСФ по распределению.массы изделия в пространстве и на базе данной идентификации относят ИСФ к одному из ранее рассмотренных типов,а также строят,вне зависимости от типа ИСФ, вторую часть модели, учитывающей поведение ИСФ на отдельных этапах ТЦП,при условии преобладания лучистого теплообмена при нагреве ИСФ. Третья часть модели учитывает возможные отклонения параметров режима пайки от значений,определенных по первым двум частям модели, и имеет вид регрессионной зависимости.

6. Третья часть модели адаптируется к условиям пайки конкретного ИСФ и ' тем самым повышает точность предсказания нагрева изделия по обшэй прогнозирующей модели до 3-4°С во всем диапазоне температур пайки. При этом адаптации подлежат только коэффициенты регрессионной зависимости, без изменения ее структуры ,

с целью снижения влияния изменений формы и размеров ИСФ на управление иа

7. Для управления нагревом изделия следует использовать системы управления с большими вычислительными возможностями на базе микроэвм. Это позволяет реализовать предложенную общую модель нагрева ИСФ в печи и разрабатывать на ее основе сложные ал-гориты и законы управления мощностью Ш,с учетом влияния случай-

15

ник возмущающих воздействий на процесс пайки.

б. Созданная МПСУ нагревом позволяет использовать автоматизированную технологию пайки .максимально снижающую участие человека в технологическом процессе. Технология основана на исполь-вкоезнш! критерия качества пайки,обеспечивающего оценку хода нагрева в любой момент времени.

9. Применение разработанной ШСУ в автоматизированной техно- • логин пайки позволило повысить качество пайки однотипных ИСФ на 25 X и стабильность качества пайки разнотипных ИСФ на 50 X,при среднем сокрад/энии времени пайки на 10 X.

10. Научные и технологические результаты работы использованы на Опытном заводе энергетического машиностроения г. Химки. Применение предложенной системы МШУ позволило снизить энергозатраты на на проведение пайки и управление процессом нагрева,число ремонтных операций по исправлению дефектов пайки.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Гладков 3. А., Малолетков А. В. Автоматизация проектирования технологии пайки с регулируемым циклом нагрева изделия сложной фсрмы//САПР и микропроцессорная техника в сварочном производстве. Материалы научяо-техн. снминара. ВДНШ -М., 1991. -С. 64-71.

2. Положительное решение по заявке 4782107/08 СССР, МКИ В 23 к 1/00. Способ контроля процесса пайки/Гладков 3. А., Малолетков А. В. .Полянский П. В. /СССР/. -4782107/03;Заявлено 22.11.89.

3. Положительное решение по заявке 4834835/08 СССР,МКИ В 23 к 1/00. Способ автоматического управления нагревом при пайке /Гладков Э. А.,Малолетков А. В. .Полянский П. В. /СССР/. -4834835/08; Заявлено 02. 01.90.

4. Положительное решение по заявке 4857043/08 СССР,МКИ В 23 к 1/00. Способ автоматического управления нагревом при пайке /Гладков Э. А.,Малолетков А.В. .Полянский П. Е /СССР/. -4867043/08; Заявлено 17. 05. 90.

16