О пользе микросварочного аппарата в нашей лаборатории сборки и тестирования РЭА я давно собирался написать заметку, но все как-то не было повода. Недавно такой повод подвернулся - человек на форуме посвященному вопросам сборки и монтажа РЭУ попросил показать фотографии сварных узлов с участием многожильного медного провода.
Немного о сварочном аппарате
Год назад, для нужд производства мы приобрели микросварочный аппарат Orion 200i2 производства североамериканской фирмы Sunstone. Аппарат этот представляет из себя моноблок установленный на штативе вместе с бинокурярным микроскопом. В моноблоке располагается непосредственно сам сварочный инвертор малой мощности (до 200 Вт), программный регулятор расхода газа и микропроцессорный блок управления с емкостным сенсорным экраном. К моноблоку подключается блок питания 220В, источник инертного газа (Аргон) 2-2.5 атм, сварочные приспособы - различные медные клещи, зажимы и т.п., а так же стилус. В больших сварочных аппаратах этот инструмент называют горелкой, но в Орионе он выполнен в виде "карандаша" в который ставляется электрод из тугоплавкого металла (Вольфрама) и через который производится подача инертного газа в место сварки. Как многие уже догадались, сварка ведется тугоплавким электродом в среде инертного газа (TIG), импульсами тока, частота и форма которых выбирается сварщиком.
Аппарат Orion 200i2 позволяет вести сварку в двух режимах - "точечный" или "прихватом". В точечном режиме сварка ведется с помощью стилуса. Внутри стилуса находится электромагнитный шток который втягивает электрод каждый раз через некоторое время после подачи импульса тока, что автоматически убирает электрод из места сварки, таким образом уменьшая вероятность прилипания электрода к свариваемым деталям. Инициация дуги производится либо автоматически - по детектированию контакта электрода с деталью, либо по нажатию педали. Сварка "прихватом" ведется спомощью клещей или зажимов которыми сжимают две свариваемые детали и подают импульс. В данном случае инертный раз не подается, а дуга образуется на внутренних поверхностях контактирующих между собой свариваемых деталей. Используя тот или иной метод мы полностью закрываем потребности нашего производства в сварке.
Функционирует Orion 200i2 под управлением ОС Android, т.е. пользователю предоставляется графический интерфейс в соответствии с мировыми тенденциями - несколько графических экранов в которых нажимая пальцем на экран или перемещая скроллеры можно задать форму импульсов, длительность сделования импульсов, максимальную отдаваемую мощьность и ряд прочих параметов смысл которых для нас до сих пор не ясен. Тут же находятся обучающие видеоролики, посмотрев которые можно попытаться понять какие изначальные параметры лучше всего подходят для конкретной задачи.
Не сильно ошибусь, если скажу что сваривает аппарат все металлы температура плавления которых ниже температуры плавления электрода. В том числе, все виды стали (в том числе нержавейка с сысоким содержанием хрома), цветные металлы (алюминий, медь, свинец, олово), их сплавы (бронза, латунь), драгоценные металлы (золото, серебро) - это лишь то, что нам уже довелось опробовать.
Из недостатков Orion 200i2 могу выделить следующие
Емкостной сенсорный экран. Работа сварщика как правило ведется в перчатках или в защитных рукавицах. Тут не нужно быть академиком что бы догадаться, что эмкостной экран для таких задач совершенно не пригоден. Для тех, кто не понимает в чем суть проблемы - поясню. Емкостные экраны (это как у большинства современных смартфонов) не работаю от прикосновения предметов, т.е. в перчатках работать с ним нельзя. Так как процесс сварки всегда требует регулировки параметров, то постоянно приходится снимать перчатки и одевать их обратно. Меня это просто высаживает. Проблема решилась бы заменой емкостного экрана на резистивный - как у большинства современных промышленных изделий. Я пытался донести эту мысль разработчикам, но меня совершенно не поняли и не оценили.
Другой недостаток - слабый микроскоп. Даже микроскопом это приспособление назвать сложно, это что-то типа увеличительного стекла с двумя окулярами. Кратность увеличения - всего 5X. Регулировка кратности отсутствует. Нет камеры. В любом магазине радиотоваров лежат китайские цифровые микроскопы кратностью до 200X со встроеной цветной камерой по цене до $100. Почему разработчики Ориона не снабдили свой аппарат таким вот дешевым микроскопом я понять не могу.
Еще одним недостатком является цена. Сейчас уже точно не вспомню, но отдали мы за него что-то порядка $10,000.
Во всех остальных отношениях аппарат годный и очень полезный.
Как мы используем микросварку
Говорить об использовании микросварки в производственном процессе компании которая занимается разработкой и сборкой радиоэлектронных устройств можно говорить много и долго. Приведу лишь парочки примеров того, что мы уже освоили.
1. Сварка медных проводников при ремонте обмоток трансформаторов, а так же при оконечивании трансформаторов.
2. Приваривание медных проводников к выводам при изготовлении разъемов.
3. Приваривание стальных выводов или медных проводников к клеммам аккумуляторных или батарейных элементов питания (AA, AAA и любые другие).
4. Изготовление крепежных конструкций, крепежных элементов и радиоэкранов.
5. Монтаж радиоэкранов и крепежных элементов на платах РЭА.
6. Приваривание медных проводников к медным или латунным клеммам, к болтам или гайкам.
7. Изготовление корпусов для РЭА , а так же различных боксов из нержавейки для всего что нужно в хозяйстве.
8. Ремонт половников. Недавно дома сломалось любимое ситечко для заварки чая - отвалился крепежный элемент. Приварил его обратно на Орионе за 3 минуты.
Сварка медных проводов
Теперь о том с чего собственно началась эта заметка. Листая форум по электронике мне попался пост одно участника форума который вопрошал про ультрозвуковую сварку медных проводов и приварке их к плоским поверхностям. Я тут же вспомнил про нашу микросварку и решил быстренько сделать пару демонстрационных сварных изделий, по ходу дела фотографируя и записывая видео. Вот что получилось.
Ниже на снимке приведен результа сварки медного многожильного провода AWG 22 (0.35мм2) к плоской поверхности - электротехническая сталь 0.4мм. Правая фото - сразу после сварки. Левая - после очистки стекловолоконной щеткой. На каждый проводник было сделано по одной точке сварки, мощность импульса - 25Вт.
Вот так выглядит сварное соединение двух медных многожильных проводников методом "стык в стык". Одна точка мощностью 15 Вт.
Сварка двух медных многожильных проводников методом скрутки и обварки с двух сторон. Всего шесть точек, каждая мощностью импульса по 15 Вт.
Известно, что провода обжатые в медных клеммах со временем могут потерять токопроводные свойста по причине окисления контактирующих поверхностей (проводника и клеммы), особенно при эксплуатации в суровых условиях (например, на морских или речных судах). Что бы избежать потери контакта, соединение нужно делать паечным или сварным. Сварное соединение имеет ряд преимуществ перед паечным, в частности - менее подверженно разрушению при перепадах температур (тепловая деформация) и вибрации. Вот так выгладит оконеченный медный провод сечением 6 мм2 в медной клемме. Провод обжат и обварен по периметру.
В конце хотелось бы заметить следующее. Расплав меди имеет повышенную текучесть сравнивая с той же сталью. По этому, что бы добиться качественного сварного соединения нужен некоторый опыт и сноровка. В частности, требуется поиграть параметрами мощности и формой импульса. На приведенных выше снимках демонстрационных изделий качество сварного соединения могло быть существенно лучше будь у меня чуть больше времени.
И в заключении, видео снятое на телефон. Заранее приношу свои извинения за качество съемки. Держать одной рукой телефон, а другой варить, при этом сидя в сварочной каске - несколько необычное для меня занятие. :-)