11.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ

Критерии качества, определяющий совершенство конструкции по отношению к базовому образцу с предельным значением возможного на-текания 6,75 с/(г -см) (рис 11.23), имеет вид:

1,48 . 10- KiKaKa/Qme,

где Ki - коэффициент, зависящий от степени деформации Д/ прокладки из эластомера и зазора 6; Kg - коэффициент, зависящий от технологичности герметизирующего узла, т. е. от числа деталей узла и числа S крепежных элементов на длине уплотнения 1 м; Кз = Ig (1/1 - Р) = =5 (для Р = 0,99999), 4,301 (для Р = 0,99995); 4 (для Р == 0,9999), 3,301 (для Р = 0,995) , Р - вероят-ность безотказной работы, Q - утечка рабочей среды через уплотнение, см/с; Ше - погонная масса деталей узла в зоне герметизации (см. рис. 11.21), г/см.

Пример 1. Д/ = 15%, б = 0,3 мм, Л/ = 2, S = 19, Р = 0,99992, О = 1,32 . 10- cmVc, mi = 12,6 г/см, Яг = 1,48 . 10- . 0,85 . 0,67 X Х4,09691/1,32 . 10-5 , 12,6 = 0,02.

Рис. 11.23. Определение коэффициентов Ki и Лг.

Дано: дг=15%, 6=0,3 мы, находим /(i=0,85 (а); N~7, S-I8, находим 2=0,5 (б)

Таблица 11.3

Величина нахлестки для одно- и двухрядного швов (bjbi)

О 10 w so 40 50M,% f/го 10 0 i о 10 zos a б

Примечание. Расстояние между швами в двухрядном шве 02=62-bi, минимальное расстояние от края нахлестки до центра шва Qi=0,5b

Пример 2. Д/ = 25%, б = 0,2 мм, Л = 20, S = 25, Р = 0,99992, Q = 1,92 . 10-е cmVc, m; = 7,6 г/см; Кг = 1,48 10- 1 0,2 X Х4,09691/1,92 . 10- . 7,6 =0,083.

Пример 3. Д/ = 35% , 6 = 0,15 мм, W = 3, S = 1, Р = 0,99992, Q = 0,63 . 10-* см/с, mi = 6,3 г/см, Кр = 1,48 . 10- . 1 . 1 X Х4,09691/0,73 . 10-5 . 6,3 = 0,132.

Для идеальной конструкции Кг = = 1. Вариант 1-го примера является наихудшим, а 3-го - наилучшим. Чтобы повысить качество герметизации, необходимо улучшить технологичность конструкции и уменьшить утечку рабочей среды.

Следовательно, можно не только оценивать качество конструкции герметизированного узла на этапе проектирования, но и наметить пути улучшения конструкции, если уровень разработки окажется недостаточно высоким,

11.6. НЕРАЗЪЕМНАЯ ГЕРМЕТИЗАЦИЯ

Назначение и области применения

РЭА помещают во влаго- и газонепроницаемый корпус, в котором поддерживается неизменное барометрическое давление, что позволяет использовать РЭА при высоком и низком давлении, в тропических условиях, под водой, в агрессивных средах. При неразъемной герметизации не применяют клей и компаун-

Органы управления и электрические соединения герметизируют резиновыми чехлами и шайбами, электрические соединения - эластичными прокладками (рис. 11.22).

ды из-за различия ТКЛР деталей корпуса и заливочных материалов, которое приводит к образованию трещин при тепловых ударах. При малых размерах герметичных швов допускается использование гермети-ков типа виксинта Победа , Силпена, ВГО-1, а также полиэтилена (см. гл. 5).

Неразъемиая герметизация сваркой и пайкой

При конструировании сварных герметичных корпусов необходимо правильно выбрать материалы. При сварке плавлением целесообразно соединение встык, при роликовой сварке- внахлестку. Роликовая сварка применяется для получения особо прочных и плотных швов. В табл. 11.3 даны рекомендации по выбору минимального расстояния ai от центра шва до края нахлестки в зависимости от ее размеров.

Хорошие результаты дает лазерная и электронно-лучевая сварка. Лучом лазера сваривают тугоплавкие металлы, приваривают контакты в полупроводниковых приборах, основаниях ИС и т. д. С помощью лазера легко свариваются алюминий

и его сплавы, монель-металл, бронза, нержавеющая сталь, ниобий, молибден, вольфрам и др. При этом не требуется специальной защиты от влияния атмосферы (как и при металлообработке). Очень хорошо свариваются лазером медь, серебро и золото, так как из-за высокой теплопроводности, они противостоят мгновенному нарастанию температуры. При правильном выборе режимов процесса можно сваривать материалы с различными температурами плавления: золото и германий, алюминий и вольфрам, тантал и медь и т. д. Такие сочетания часто встречаются в РЭА на ИС.

Луч лезера позволяет сваривать кольцевым швом стальной корпус термистора. При этом не наблюдается растрескивание керамического изолятора с выводами. Другие способы сварки корпуса термистора положительных результатов не дают.

Сварка в вакууме в совокупности с высокой интенсивностью нагрева электронным лучом обеспечивает высокое качество сварного шва, так как в процессе сварки удаляются газы, окислы, примеси и загрязнения как с поверхности металла, так и из внутренних слоев. Шов получается вы-

Pt:c. и>24. Схемы (а), рекомендуемые (б) и нерекомендуемые (в) конструкаив сварных

соединений

ffcmt/f Внахлестку Т-оразная

Игпобая

а ) I < С

1 Z

J L

НраеВая

- П 9

Ы. Вануум

вакуум

atz3

Вакуум

Ваиуум

Вакуум

Вакуум Л

3 Вакуум 1

11 12

Проходные изоляторы для герметизированных корпусов

Электрические выводы осуществляются через проходные изоляторы. Их основными элемеитамя являют-

Рис. 11.25. Конструкции сварных соединений герметичных корпусов:

сварка оплавлением (/), приварка в отдельных точках (2) с использованием точеных фланцев с проточками (.9) или от-бортовок (?)

Рис. 11.26. Влияние расширений в зазорах иа протекание припоя. Для деталей из

алюминиевых сплавов зазоры 0,1 0,25,

стальных 0,01 .. 0,05 (твердые припои) и до 0,2 .. . 0.75 (мягкие), из меди и медных Сплавов 0,075 ... 0,4 (ллтунные припои) и 0,02... 0,125 нм (медиофосфори-стые припои)

сокопрочным н надежным, деформации незначительные.

При коиструировании вакуум-плотных соединений при помощи сварки плавлением необходимо учитывать следующее (рис. 11.24).

При сварке встык сварной шов должен быть со стороны вакуума (/), а ие наоборот (2), и не с двух сторон (3). При сварке внахлестку шов варить только со стороны вакуума (4), а ие с двух сторон (6) и использовать при угловой сварке сверху встык (5), а не внахлестку (5). Не рекомендуется сварка внахлестку с двойным швом и усиливающими пластинками (7), так как в объеме между швами могут быть скрыты микротечи. Такие же принципы положены в основу конструирования Т-образной, угловой и краевой сварок. По аналогии с (4) выполняются соединения (9) и не рекомендуются {10, и и 12), аналогами которых являются {2, 6 и 7). Угловые соединения необходимо выполнять с полной проваркой (13), чтобы не допустить образования трещин (14), а при краевых (чтобы в месте соединения не образовывались загрязнения и ra-

стрескивания (например, ПОС-61).

При пайке маягкими припоями (бпл < 673 К) необходимо разгружать швы от больших нагрузок (скрепляя детали точечной сваркой, развальцовкой, винтами и т. п.). Паяный шов в этом случае используется только для обеспечения гер-метязации.

При выполнении вакуумплотных соединений пайкой необходимо учесть следующие рекомендации Для обес-печеияя капиллярного засасывания припоя в зазор между деталями взаимное перекрытие соединяемых поверхностен должно быть 2 ... 3 мм. При пайке деталей из матералов с различными ТКЛР наружная деталь должна иметь больший ТКЛР, чтобы обеспечивать сжатие припоя при остывании.

Растекание припоя в зазоре определяется конструкцией последнего (рис. 11.26). Так, прямые углы обеспечивают хорошее протекание припоя через все соединения (рис. 11.26, б). Расширение в зазоре и скругленные углы останавливают течение припоя. Если ближайший со стороны подачи припоя угол скруглен (рис. 11.26, в), то црипой не пройдет за этот угол (рис. И 26, г). Если скруглен второй угол, то соединение будет прочным и герметичным (рис. 11.26, ё). Прямой угол, прижатый к скругленному углу (рис. 11.26, ж), также остановит течение припоя, несмотря на то, что зазоры с обеих сторон углов выбраны правильно. Если необходимо устранить растекание припоя по поверхности, то последнюю покрывают графитом или хромом,

Вакуумплотиые соединения получают пайкой внахлестку при оити-мальных размерах зазоров(рис. 11.26).

При конструировании паяных соединений необходимо учитывать вид нагрузки, которую оно будет испытывать (рис. 11.27, а, б, в), нельзя копировать элементы сварных соединений (рис. 11.27, е).

зы) проварку надо выполнять до внутренней поверхности V-образной отбортовки (15), чтобы не получались карманы (16).

Конструкции, характерные для сварных соединений герметичных корпусов, изображены на рис 11.25.

1ри выборе припоев для вакуум-плотного соединения необходимо учитывать ряд факторов, к основным из которых следует отнести давление паров металла, чистоту припоя, способность его к смачиванию и растеканию при температуре пайки, способность припоя образовывать с соединяемыми металлами химостоикие механически прочные сплавы

Лучшими с точки зрения смачиваемости для деталей из сплавов меди являются припои на основе олова, никеля, серебра, золота, для никелевых деталей-припои на основе меди, олова, цинка, свинца, золота, для стальных деталей - на основе цинка, олова, свинца, никеля золота.

Для паяных герметичныл соединений следует применять припой с малым температурным интервалом кристаллизации во избежание ра-

Неправг/льно flpaSupb/fO Допуср/ат Пп,пчй , Толстое

Тонное сеченое

flecmo астн- f<iiwmpi/y<iftfP Pade/i/c дрр/с/пет

лостноерроз- BmirPNa йорс- . кейолршой извре

раи/еная от наел? неолбшоа ffmi/p/fu с оеь/а озгайа изгой оси

Рис. 11.27. Паяные соединения:

а -работающие на отрыв, б - ударопрочные, в - вибропрочиые, а -сравнение соединений сваркой и пайкой

ся трубка а фланец, впаянные в стеклянный изолятор. Материалы деталей соединения выбираютси с примерно равными значениями ТКЛР. В результате образуется согласованный спай. Недостатки стеклянных изоляторов - высокая чувствительность к резкому изменению температуры. Более надежными являются стеклокерамические и керамические изоляторы (рис. 11.28).

В стеклокерамическом изоляторе втулка из керамики между фланцем

в стеклом предохраняет последнее от растрескивания при тепловых ударах (рис. 11.28). Для внешних соединений на корпусах герметизированных приборов укрепляют гермо-проходники, электрически изолированные от корпуса, и герметичные штепсельные разъемы.

Выбор материалов токопровода для его вакуумного уплотнения определяется конкретными условиями эксплуатации. Наибольшее распространение получили гермопроходни-

Рис. 11.28. Изоляторы для вакуумплотпой герметизации выводов:

а -стеклянные для пайкл (I-п1аййовый ИСШ. П - цилиндрический - ИСЦ, П1 - колпачковый - ИСК>. б - стеклокерамнче-ский для пайки, а - керамический для пайки; г - стеклянный для рельефной сварки ИСШ, 3 - стеклянный для дуговой сварки (ИСК); е - способ пайки стеклянного и керамического изоляторов. Обозначения: / - стеклянный изолятор, 2 - труб-ка, 3 -фланец, 4 - кольцевой зиг, 5 - слой серебра, вожжеииый в керамику. 6 - лепесток, / - токоведущий стержень, 8 - пустотелая заклепка, 9-керамический изолятор, ]0 - крышка корпуса, - облу-женвая поверхность пуклевок, 12 - кольцо из припоя ПОС-40.

Рнс. 11.29. Конструкция гермопроходииков: а - иногоштырьковый гермопроходник. 6 - крепление гайкой (/ - прокладка, 2 - гайка), а -крепление пайкой, г -крепление винтами (/ - втулка, 2 - прокладка). Конструкции работоспособны при Up6=200 В, h=0 .... 30 ООО м (760 ... 8,9 мм рт ст., или 1010... 1,18 кПа), 6 = 213... 423 К. вибрациях до 1000 Гц, линейных ускорениях до

25 g (245 м/с2) многократных ударах с ускорением 10 g (98,1 м/с) и однократных - 60 е (588 м/c при Вл 98% и 6= 33 К (40° С) в течение 3 лет. Срок хранения 5 лет, сопротивление изоляции в нормаль-пых условиях 500 МОм, после воздействия тропических условий в течение 48 ч, 5 МОм

I I Ж

СВарна Раёка