Оборудование для пайки электросопротив­лением. Это группа оборудования наиболее разнообразна и доминирует в практическом использовании. Основной принцип, заложен­ный в оборудовании, состоит в том, что элек­трическая энергия превращается в тепловую за счет падения напряжения в основном на уча­стке цепи с высоким сопротивлением. Обору­дование для нагрева током широко применя­ется в серийном производстве, как правило, мелких изделий. Этот способ может быть осу­ществлен как при прохождении тока перпен­дикулярно паяемому зазору, так и параллельно ему (рис. 2.2). Нагрев паяемых деталей током, проходящим поперек зазора, .происходит, главным образом, вследствие возникновения переходного электросопротивления на границе паяемых деталей и припоя и может быть более неравномерным и труднорегулируемым. Для такого нагрева наиболее пригоден ток малого напряжения и большой силы, получаемый, на­пример, от сварочных трансформаторов элек — троконтактных машин.

Переходное электросопротивление при одинаковых силе тока и времени нагрева зави­сит от площади и плотности прилегания элек­троконтактов, а следовательно, от давления на детали. После расплавления припоя пере­ходное электросопротивление резко снижает­ся, и дальнейший нагрев происходит за счет электросопротивления материала деталей и жидкого припоя.

Если электрический ток течет параллель­но паяльному зазору и металл соединяемых деталей нагревается только теплотой от нагре­того электрода, то создаются наиболее ста­бильные условия для пайки. При этом давле­ние на паяемые детали не оказывает особого влияния на их нагрев. При такой разновидно­сти пайки электросопротивлением можно ис­пользовать переменный ток небольшого на-

а, б — ток проходит через место соединения деталей;
в — ток проходит через одну деталь; г — ток прохо-
дит через нагреватель

пряжения (2,4.. Л О В). Плотность тока при этом зависит от площади поперечного сече­ния нагреваемой детали: с увеличением пло­щади поперечного сечения плотность тока снижается.

Пайку на контактных сварочных маши­нах, когда вследствие высокой скорости нагре­ва припой, зажатый между паяемыми поверх­ностями, не успевает окислиться, можно про­водить без использования флюса. В массовом производстве паяных изделий машины для контактной точечной сварки комплектуются специальными электродами для пайки элек­тросопротивлением. В зависимости от свойств паяемых материалов и размеров соединяемых элементов подбирают соответствующие элек­троды. Наибольшее распространение получили угольные электроды марок ЭГ-2, ЭГ-8, а также электроды из вольфрама и жаростойких спла­вов.

Пайка электросопротивлением с помощью клещей применяется в монтажных условиях, а также при невозможности перемещения изде­лия к стационарному нагревательному обору­дованию и в случае необходимости соедине­ния элементов в труднодоступных местах. На­пример, клещи типа УП-8001-Т предназначе­ны для пайки высокотемпературными припоя­ми наконечников к стержням обмоток турбо­генераторов электроконтактным нагревом. Клещи имеют графитовые электроды разме­ром 52 х 40 х 15 мм, которые закреплены в медных электрододержателях, самоустанавли- вающихся по поверхности паяемых деталей. Перемещаются электроды пневмоприводом. Ниже приведены технические данные установ­

Пределы регулирования вторичного

напряжения, В…………………………………… 7,7…15,4

Номинальное вторичное

напряжение, В…………………………………………… 9,8

Вылет электродов клещей, мм…………………….. 180

Максимальное расстояние между

электродами, мм………………………………………… 35

Размер графитовых электродов, мм 52x40x15

Ход электродов, мм……………………………………. 15

Максимальное усилие сжатия, Н. . . . 3000

Габаритные размеры клещей,

мм……………………………………………. 500x200x500

Масса клещей, кг…………………………………….. 18,1

Габаритные размеры установки,

мм…………………………………………… 2320x900x690

Масса установки, кг………………………………… 1200

Для массового производства изделий ис­пользуют специальные установки для пайки электросопротивлением. Так, установка типа УП-501-Т предназначена для пайки высоко­температурными припоями коллекторных пе­тушков, а также медных полос сечением менее 100 мм2 внахлестку. Пайка осуществляется электроконтактным нагревом графитовыми электродами. Техническая характеристика ус­тановки УП-501-Т приведена ниже.

Первичное напряжение, В…………………………. 400

Номинальная мощность

при ПВ-50%, кВт………………………………………….. 8

Номинальная сила вторичного тока, А 1600

Вторичное напряжение, В………………….. 4,2. .5,1

Усилие сжатия электродов, Н…………….. 100…400

Расход охлаждающей воды, м3/ч……………….. 0,15

Установки для нагрева в электролите. Пай­ка в электролитах основана на явлении нагре­ва катода, погруженного в электролит, при прохождении через него электрического тока. При этом происходит электролиз водного рас­твора с выделением водорода на катоде. При достижении оптимального напряжения и тем­пературы катода между ним и окружающим тонким слоем водорода и газов устанавливает­ся стационарный электрический режим. Слой газов начинает светиться. Ионы водорода бом­бардируют катод (паяемое изделие), их кине­тическая энергия вызывает сильный его на­грев. Режим нагрева в электролитах зависит от их состава и температуры, напряжения и плотности тока и времени нагрева.

В качестве электролитов используют вод­ные растворы солей, кислот и щелочей (Na2C03, Na2S04, NaOH, КОН, НС1 и др ). В качестве электролита используют, например,

10.. . 15%-ные водные растворы Na2C03 при температуре 50…70°С, обеспечивающие ста- бидцный процесс нагрева катода и не вызы­вающие коррозии нагреваемых стальных дета­лей.

Щя. нагрева детали (катода) в электролите плотность тока на ее поверхности должна быть больше, ‘чем на поверхности анода. Следова­тельно’, площадь поверхности нагреваемой де­тали должна быть несколько меньше площади поверхности анода. В электролитах могут на­греваться твердые проводники: сталь, чугун,
латунь, алюминий, графит и др. На условия нагрева металлов в электролитах влияет их те­плопроводность и не влияют магнитные и электрические свойства. Для нагрева стали, алюминия и латуни необходимо достаточно большое напряжение и плотность постоянно­го тока, т. е. большая мощность генераторов. Так, для нагрева до температуры 800°С стально­го цилиндра с площадью поверхности 100 см2 необходим генератор постоянного тока мощ­ностью 400 кВ-А при напряжении 380 В и массе 400 кг.

При нагреве в электролите плотность тока распределяется неравномерно, особенно при наличии в детали острых кромок и высту­пающих частей, которые перегреваются и даже оплавляются. Для устранения этого высту­пающие части детали экранируют. Экран изго­тавливают из огнестойкого и электроизоли­рующего материала, например, из огнеупорно­го кирпича. При этом экран может находить­ся на расстоянии 2…3 мм от поверхности изде­лия. Пайка в электролите имеет ряд преиму­ществ: позволяет соединять разнородные мате­риалы, осуществляется без флюса, легко меха­низируется, обеспечивает высокую производи­тельность процесса, хорошее качество изде­лий.

Оборудование с пропуском тока через из­делие очень эффективно, но его использова­ние ограничено изделиями простой формы ввиду необходимости равномерного распреде­ления температуры по изделию. Доминирует оборудование, основанное на использовании теплоты специального нагревателя, которая передается изделию излучением, конвекцией или теплопередачей в твердом теле.

Печи. Нагрев в печи имеет ряд преиму­ществ [5, 7, 8J: равномерность нагрева и воз­можность точного контроля и регулирования температуры; сравнительную легкость механи­зации и автоматизации процесса; высокую экономичность при условии непрерывной ра­боты. Экономические и технологические пре­имущества нагрева в печах особенно очевид­ны при массовой пайке мелких изделий (причем в ряде случаев пайка совмещена с термообработкой), при пайке изделий с боль­шим числом труднодоступных соединений, например, разного рода теплообменников и изделий сложной формы, требующих равно­мерного нагрева.

В настоящее время для пайки применяют электрические и газопламенные печи, причем явно доминируют электрические печи самых разнообразных конструкций и назначений: ка­мерные, шахтные, карусельные, с шагающим или выдвижным подом и т. д. По способу пре­образования электрической энергии в тепло­вую различают электрические печи сопротив­ления и индукционные [11]. В печах сопротив­ления, которые наиболее часто используются в промышленности, нагрев паяемого изделия осуществляется, главным образом, за счет ра­диационного нагрева.

Максимальная температура нагрева печи зависит в основном от типа используемых на­гревателей. Так, металлические нагреватель­ные элементы из жаропрочных и жаростойких сплавов позволяют поддерживать в печи тем­пературу ниже 1100°С, некоторые специальные сплавы обеспечивают нагрев до 1200°С. Суще­ственно повысить температуру нагрева при этом не удается даже при применении защит­ной атмосферы, так как температура плавле­ния этих сплавов недостаточно высока. При­менение силитовых и карборундовых нагрева­телей позволяет повысить температуру нагре­ва до 1300°С. Нагрев до 1600…2500°С можно осуществить, применяя нагреватели из туго­плавких металлов (молибдена и вольфрама) или графита. Однако использование этих ма­териалов возможно только в вакууме или инертной среде, так как при нагреве на возду­хе они быстро окисляются и разрушаются.

Высокотемпературные нагреватели из ди — силицида молибдена осуществляют нагрев на воздухе до температуры 1600°С. Нагреватель, представляющий собой молибденовый стер­жень, покрытый слоем дисилицида бора и жа­ростойкой эмали, выдерживает на воздухе тем­пературу 1900°С в течение 15 ч.

На практике применяют печи с восстано­вительной, нейтральной и разреженной атмо­сферой. При выборе восстановительной сре­ды необходимо иметь в виду следующее: ак­тивность среды, т. е. способность восстанавли­вать оксиды, определяется концентрацией га­за-восстановителя (главным образом водорода) и влаги; активность газовой среды должна быть тем больше, чем химически прочнее ок­сид, покрывающий основной металл и при­пой; взрывоопасность среды возрастает с уве­личением содержания в ней водорода. Наи­большей взрывоопасностью обладает чистый водород, значительно менее опасен диссоции­рованный аммиак и, наконец, практически безопасен продукт частичного сжигания дис­социированного аммиака; чистый водород, особенно очищенный и осушенный, имеет значительно большую стоимость, чем другие газовые среды; в случаях, когда применение газовой среды достаточно высокой активно­сти невозможно или нецелесообразно для дан­ного паяемого металла и припоя, можно соче­тать газовую среду с применением флюса.

Водородные печи (в частности, конвейер­ные) широко применяют в радиотехнической, электронной и электротехнической промыш­ленности. В других отраслях шире используют специальные печи для пайки в атмосфере дис­социированного аммиака, например, малоуг­леродистой стали медью. Такие печи часто снабжают конвейером для непрерывного или периодического перемещения паяемых дета­лей.

Создание разрежения и применение аргона при пайке позволяют снизить парциальное давление кислорода и других активных газов и практически полностью избежать окисле­ния основного металла и припоя, а в ряде

случаев вызвать разрушение имеющихся окси­дов. При пайке в вакууме высокотемператур­ными припоями этому способствует испарение многих оксидов и основного металла.

Вакуумные печи обеспечивают стабиль­ные условия для пайки различных материа­лов. Они имеют водоохлаждаемую герме­тичную камеру (с "холодными стенками"), вос­принимающую внешнее давление при созда­нии внутри печи разрежения и во многих случаях внутреннее избыточное давление при впуске в печь инертного газа. Вакуумная каме­ра может сочетаться с различными системами откачки воздуха, в которые могут входить диффузионные, адсорбционные или турбомо — лекулярные насосы (табл. 2.1). Промышлен­ные печи обычно имеют остаточное давление 1 • 1(Г2…1 • 1<Г3 Па.

Нагреватели в вакуумных печах с радиаци­онным нагревом изготавливаются из нихрома, графита, ниобия, молибдена, тантала, вольф­рама. При использовании двух последних из названных металлов температура печи может достигать 2500 °С. Следует отметить, что весь­ма перспективно использование для этих це­лей некоторых новых графитизированных ма­териалов (графитовая ткань и др.).

Вакуумные печи имеют преимущественно однокамерное исполнение. Они различаются
по способу нагрева (радиационной, высо­кочастотной, проходящим током, кварцевыми лампами, в тлеющем разряде и др.), по макси­мальной температуре нагрева, наличии систе­мы приложения усилия сжатия к паяемым из­делиям и др. Техническая характеристика печей приведена в табл. 2.2. Следует отме­тить, что большинство печей имеет радиаци­онный нагрев и максимальную рабочую тем­пературу в пределах 1100…1150°С. Последнее серьезно ограничивает их возможности по пайке жаропрочных материалов на различной основе. Основной недостаток однокамерных вакуумных печей — низкая производитель­ность, обусловленная небольшой скоростью охлаждения в нижнем (менее 600°С) интервале температур. Иногда этот недостаток устраняет­ся за счет продувки через камеру инертного газа. Однако большой расход последнего и не­обходимость его очистки делает в большинстве случаев эту операцию нерентабельной.

Существенное увеличение производитель­ности может быть достигнуто за счет исполь­зования двухколпаковых печей, имеющих со­вмещенную вакуумную систему. Однако наи­более радикальное решение — разделение зон нагрева и охлаждения. Обычно идут по пути создания многокамерных печей, которые мо­гут быть проходными и карусельными.

Проходные вакуумные печи применяют, например, в поточной линии для производства испарителей автомобильных воздушных кон­диционеров [12]. Каждая печь конвейерного типа включает входной отсек. Процесс полно­стью автоматизирован за исключением опера­ции снятия изделий с салазок, на которых оно перемещается в печи. Цикл изготовления йспарителя в печи составляет 6 мин. Проход­ные печи — наиболее производительные ваку­умные установки. Однако они не получили широкого распространения из-за сложности конструкции и большой площади, необходи­мой для их размещения.

Более компактны и надежны карусельные вакуумные печи. Карусельная печь показана на рис. 2.3. Загрузка и выгрузка изделия про­изводится на позиции 7, которая имеет инди­видуальную систему откачки, в камерах 2 и 3 производится нагрев, а на позициях 4, 5 и 6 — охлаждение изделия. Очередной ход карусели осуществляется по достижении температуры пайки, т. е. по сигналу термопары на позиции Для увеличения производительности нагрев
в печи производится на двух позициях, что в 2 раза сокращает время пребывания изделия на каждой позиции. Если время пребывания на позициях охлаждения изделий недоста­точно, предусмотрено охлаждение изделия инертным газом.

Нагрев в печах с воздушной атмосферой применяется, главным образом, при низкотем­пературной пайке, когда не происходит интен­сивное окисление металла. При высокотемпе­ратурной пайке нагрев изделия, как правило, осуществляется в контейнерах, герметизован- ных сваркой, песчаным затвором и др. В боль­шинстве случаев они продуваются инертным газом, однако известно применение вакууми — рованных контейнеров. Ввиду относительной простоты и доступности метода пайка в кон­тейнерах получила широкое распространение в промышленности.

Паяльники. Основное назначение паяльни­ка — нагрев до температуры пайки паяльных материалов и соединяемых деталей или их час­тей. Основные элементы паяльника — нагре­ваемый наконечник (стержень или брусок),

Рис. 2.3. Карусельная вакуумная многокомпозицион­ная печь для пайки П-126:

1 — шлюз; 2 — камера предварительного нагрева;

3 — камера пайки; 4, 5, 6 — камеры охлаждения; 7 — автономная вакуумная система; 8 — поворотный стол; 9 — водоохлаждаемый фланцевый прижим;

10 — основная камера; 11 — вакуумная система уста-
новки

имеющий заточку ("жало"), обеспечивающую удобство нанесения припоя и хороший тепло­вой контакт с нагреваемой поверхностью, и теплоизолирующая ручка. На ручке могут монтироваться: устройства для нагрева нако­нечника, регуляторы нагрева, устройства по­дачи и дозирования припоя, устройства отбора припоя с места пайки, устройства, обеспечи­вающие проведение специфических манипуля­ций при пайке и др. [8, 9].

Нагрев паяльников возможен как за счет горения углеродо-водородного топлива, водо­рода, так и за счет превращения электриче­ской энергии в тепловую (ЭТО доминирует в современной промышленности). Нагрев па­яльника осуществляется неконтролируемо (большинство бытовых электропаяльников) или с регулировкой температуры наконечни­ка. Температуру нагрева наконечника поддер­живают в заданном диапазоне путем перио­дического включения и отключения нагрева­тельного устройства или постоянным измене­нием параметров источника нагрева, произво­димым автоматически по результатам измере­ний температуры наконечника. Скорость пе­редачи количества теплоты паяльника на при­пой и паяемую деталь зависит от теплопровод­ностей материала наконечника, припоя и паяемых деталей, от температуры, от площади поверхности контакта нагреваемой детали и "жала" наконечника. Припой, переходя в жид­
кое состояние, улучшает тепловой контакт стержня и детали.

Важной характеристикой паяльника явля­ется масса его наконечника, увеличение кото­рой при прочих равных условиях обеспечива­ет повышенную стабильность температуры на­конечника, что приводит к более интенсивно­му нагреву при пайке и, в итоге, к повышению производительности процесса. Наконечники паяльников чаще всего изготовляют из крас­ной меди, имеющей высокую теплопровод­ность, которая должна содержать минималь­ное количество примесей (особенно водорода), поскольку они являются причиной повышен­ного изнашивания наконечников. Недостаток медных наконечников — склонность к окисле­нию при нагреве. Медь полностью или час­тично (например, железный стержень с мед­ной сердцевиной) заменяют другими металла­ми (бронзой, никелем, нейзильбером), на ее поверхность наносят защитные слои стойких к окислению металлов (никель, нихром, сереб­ро). Замену меди на никель и нейзильбер про­изводят при пайке припоями, содержащими цинк.

Химическая эрозия "жала" может быть уменьшена при изготовлении наконечника из материалов, образующих на поверхности ин — терметаллиды (например, из хромовой бронзы, содержащей 0,1…5% Sn и 2,5…5% Ni). Широ­кое применение имеют наконечники остроко­нечной формы и выполненные в виде молот­ка. Остроконечные паяльники удобнее при пайке труднодоступных мест. Стержни кругло­го сечения обеспечивают минимальные тепло­вые потери и, соответственно, более полную передачу теплоты от нагревателя к паяемым деталям.

Стремление усовершенствовать процесс пайки паяльником, сделать его более произво­дительным, расширить область его примене­ния привело к созданию паяльников специ­альных конструкций: с терморегуляторами, до­зировщиками припоя, "мгновенного нагрева" и др. Среди них особое место занимают паяль­ники, предназначенные для бесфлюсовой пай­ки алюминиевых сплавов. В наконечник тако­го паяльника встроен небольшой стальной скребок или стальная проволочная щетка, ко­торая, совершая колебательные движения, под слоем припоя соскабливает оксидную пленку с поверхности металла. Кавитацион­ное разрушение оксидной пленки осуществля­ется с помощью ультразвуковых паяльников с немедленным обслуживанием очищенной от оксидов поверхности.

В настоящее время разработаны паяльники для высокотемпературной пайки, обеспечи­вающие температуру нагрева до 900°С, ис­точником теплоты в которых служит сжатая плазма. Характеристика ряда моделей паяль­ников приведена в табл. 2. 3.

1 с*

Совершенствование процессов пайки па­яльником привело к созданию постов, содер­жащих, кроме паяльника, подставки пружин­ного типа, механизм подачи припоя, вентиля-

ционные устройства, поддоны с губчатым ма­териалом для очистки жала, регуляторы нагре­ва с цифровой индикацией показателей.

Оборудование для пайки нагретыми блока­ми. Известен ряд оригинальных решений для интенсификации процесса нагрева и охлажде­ния изделий простой формы, например, сото­вых панелей, отличающихся простотой испол­нения. Так, достаточно широко используются графитовые блоки (плоские и фасонные) для придания панели определенной формы, причем иногда графит выполняет функцию нагревателя. Графитовые обкладки могут кон­тактировать с герметичным контейнером, в котором размещено паяемое изделие, могут размещаться в контейнере, контактируя с из­делием непосредственно или через изоли­рующую прокладку. Такая идея реализована в конструкции вакуумной печи У845 (см. табл. 2. 2).

Известно использование для изготовления сложных конструкций керамических плит или блоков. Нагрев осуществляется электронагре­вателями, вставляемыми в продольные кана­лы керамических плит. В эти же каналы при охлаждении продувается газ или воздух.

Оборудование для пайки погружением. Ос­новным элементом такого оборудования явля­ется специальная ванна, в которой размещает­ся жидкий теплоноситель (соль, флюс, при­пои, масло и др.). Футеровка ванны должна обеспечивать возможность длительной работы в контакте с жидким теплоносителем. Разогрев теплоносителя в ванне производится с помо­щью размещенных в ней электродов или эле­ментов футеровки, используемых в качестве нагревателей. Заданная температура в ванне, как правило, поддерживается автоматически.

Нагрев паяемой детали происходит в ре­зультате передачи теплоты от жидкой среды,
нагретой до температуры пайки. Скорость на­грева деталей при таком способе в 3…6 раз больше, чем в воздушных печах. Слой соли или припоя защищает паяемое изделие от окисления как в процессе нагрева в ванне, так и при охлаждении на воздухе после того, как оно вынуто из ванны. Наиболее распро­странен способ пайки в жидких расплавлен­ных солях, флюсах или припоях. Такой способ высокопроизводителен, так как допускает од­новременную быструю пайку большого ко­личества деталей и легко может быть механи­зирован. Число деталей, погружаемых одно­временно в ванну, ограничено объемом ванны и снижением жидкой среды вследствие нагре­ва погружаемых деталей. Значительное пре­имущество пайки в соляных и флюсовых ван­нах — возможность совмещения этого процес­са с нагревом под закалку. Длительность про­цесса редко превышает 2 мин и обычно кон­тролируется реле времени. Большая равномер­ность и скорость нагрева значительно снижа­ет рост зерен и степень обезуглероживания. Характеристика соляных ванн приведена в табл. 2.4 [2, 9].

При достаточно большом соотношении масс жидкой ванны и паяемого изделия этот способ позволяет поддерживать температуру расплава с точностью до ±5°С, обеспечивая минимальные тепловые деформации паяемых деталей, а следовательно, высокую точность паяемого соединения.

Иногда перед полным погружением паяе­мого изделия в ванну необходимо нагреть ме­
сто соединения до температуры расплавления припоя. Например, если проволока припоя располагается снаружи у зазора и при полном погружении изделия в ванну припой может расплавиться раньше, чем место спая нагреет­ся до температуры пайки, что приведет к сте — канию его с детали. Предварительный подог­рев места соединения в этом случае достигает­ся частичным погружением собранной детали на 1…2 мин в соляную ванну таким образом, чтобы припой оставался выше уровня ванны. Когда температура соединения достигает тем­пературы пайки, деталь полностью погружает­ся в ванну. Если припой в виде фольги распо­лагается в зазоре между соединениями дета­лей, то изделие можно сразу погружать в ванну.

Паять нужно при полном погружении, так как нагрев изделия идет более равномерно, и не происходит окисления части детали, не по­груженной в ванну. При опускании в ванну плоских изделий в горизонтальном положе­нии под ними могут образовываться воздуш­ные мешки, что приводит к появлению не — смоченных мест в соединении; поэтому их по­гружают под некоторым углом к зеркалу ванны.

Пайка погружением в соляных (флюсо­вых) ваннах имеет следующие недостатки: по­вышенный расход электроэнергии, связанный с потерей теплоты через зеркало жидкой ван­ны в результате излучения и конвекционного обмена; необходимость устранения наплывов припоя с изделия после пайки; необходи-

мость удаления воздушных мешков в изделии, особенно при горизонтальном расположении зазоров; существенные остаточные деформа­ции при пайке трубчатых телескопических уз­лов, например труб велорам; трудность отмыв­ки солей и особенно флюсов после пайки; обеспечивает низкую коррозионную стой­кость декоративных защитных покрытий на изделиях, паяных погружением в расплаве со­лей; значительный расход солей (флюсов) и припоя; необходимость рафинирования рас­плавов жидких ванн от примесей; экологиче­скую вредность процесса.

Особой экологической вредностью от­личаются соляные ванны, теплоноситель в ко­торых представляет собой расплав хлористых и фтористых солей щелочных и щелочно-зе­мельных металлов. При их использовании не­обходимо обеспечить не только безопасные ус­ловия для персонала, но и обезвредить стоки после отмывки деталей. Флюсовые ванны, те­плоноситель в которых представляет собой расплав оксидов, менее вредны, но техноло­гические возможности их ограничены в основ­ном деталями простой формы. Сейчас на­блюдается устойчивая тенденция к замене это­го оборудования на менее экологически вред­ное.

Некоторое распространение в промышлен­ности получил способ пайки в нагретом масле. Силиконовое масло может быть нагрето без защиты до 250°С. В такой ванне осуществляет­ся пайка припоями с температурой плавления около 200°С. При пайке погружением в нагре­тый глицерин необходимо учитывать, что он имеет температуру вспышки 177°С. Поэтому при более высокой температуре необходимо защищать глицериновую ванну, например уг­лекислым газом, и иметь встроенную противо­пожарную систему.

При пайке печатных плат применяется раз­новидность пайки погружением в припой — пайка волной припоя. Сущность этого способа заключается в том, что пайка происходит при соприкосновении места будущего спая с при­поем, фонтанирующим над поверхностью жидкой ванны. Волна жидкого припоя, попа­дая к месту будущего спая, смывает флюс. При этом улучшаются условия нагрева места спайки, поверхность припоя становится чис­той от оксидов и загрязнений. Для предотвра­щения образования натеков припоя в виде мостиков и сосулек изделию при пайке сооб­щают некоторую вибрацию. Расход припоя в ванне восполняется путем постепенного по­гружения питающего слитка в ванну с помо­щью поплавкового регулятора. Последнее по­коление оборудования для пайки волной при­поя отличается простотой в эксплуатации, экономичностью и высокой производительно­стью. Так, комплекс с шириной волны

250.. .350 мм оснащен новой модульной линией для пайки, устройством для промывки, транс­портной системой, устройством для обезжири­вания и бесконтактной кодировочной систе­мой, обеспечивает автоматическое управление параметрами пайки.

Оборудование для пайки горячим газом. На­грев горячим газом нашел применение при низкотемпературной пайке печатных плат, ос­товов автотракторных радиаторов, для вырав­нивания вмятин кузовов автомашин. В качест­ве газа при этом способе используют воздух, аргон, сухой водяной пар и др. При пайке печатных плат газ от магистрали повышенно­го давления через нагревательное устройство и сопло рабочих головок попадает к местам пайки на плате, где предварительно распола­гают припой и флюс. Термический цикл пай­ки регулируется по температуре газа и скоро­сти перемещения платы и рабочей головки.

Для пайки медно-латунных автотрактор­ных радиаторов припоя ПОССУ 30-2 в атмо­сфере сухого водяного пара и продуктов разло­жения хлористого аммония В. П. Акимовым разработана установка, состоящая из корпуса шахтного типа с расположенным в нем верти­кально замкнутым конвейером с кассетами, на которых размещены паяемые остовы радиа­торов. Рециркуляция теплоносителя осуществ­ляется с помощью вентилятора. Между газоге­нератором и вентилятором расположен узел ввода активных добавок.

При низкотемпературной пайке или луже­нии дефектных мест кузовов автомобилей на них после очистки наносят пасту, размягчае­мую в потоке горячего воздуха в течение

15.. .20 с, растирая ее деревянным шпателем и придавая слою пасты требуемую форму. При этом предотвращается термическая деформа­ция пластмассовых и резиновых деталей, смонтированных на кузове.

Оборудование для дуговой пайки. Нагрев теплотой электрической дуги нашел примене­ние при пайке проводов, узлов приборов и двигателей. Дуга может возбуждаться: между фольгой припоя, заложенной в зазор между соединяемыми деталями и угольным или гра­фитовым электродом; между паяемым издели­ем и электродом из припоя; между двумя угольными электродами, закрепленными в приспособлении [5]. Источниками питания дуги служат сварочные машины, понижающие трансформаторы или блоки аккумуляторных батарей. Угольные (диаметром 10… 12 мм) или графитовые (диаметром 6…8 мм) электроды, применяемые при пайке, должны быть изго­товлены из чистого угля или графита. Элек­троды имеют конусную форму (длина конус­ной части равна двум диаметрам электрода).

При пайке дугой косвенного действия один из полюсов источника постоянного тока подключают к подставке, соприкасаемой с паяемым изделием, а другой полюс — к элек­троду. После возбуждения дуги между уголь­ным электродом и фольгой припоя, последний плавится и заполняет зазор. При дуговой пай­ке цветных металлов используют отрыв ка­пель расплавленного припоя с помощью им­пульсов высокочастотного электромагнитного поля. Этот метод обеспечивает высокую ста­бильность массы капель припоя. В качестве плавящегося электрода применяют медь, се­ребро, бронзу. Применение дуговой бес — флюсовой пайки алюминия и его сплавов с изменением полярности электрического тока и подачей в зону пайки инертного газа позволя­ет осуществить преимущественно стыковое со­единение.

Оборудование для плазменно-дуговой пай­ки. Этот метод пока не получил распростране­ния. Перспективно его применение для микро — плазменной пайки, которая использует стан­дартное оборудование, например МПУ-4Ж. С использованием микроплазменного нагрева успешно паяются тонкостенные конструкции (в основном тела вращения) из углеродистой и коррозионно-стойкой стали, титана и др. Пай­ка осуществляется плазменной дугой обрат­ной полярности при напряжении 15… 17 В и силе тока 10… 12 А.

Большие возможности у микроплазменно­го нагрева при ремонтной пайке. Этот процесс может осуществляться с присадкой припоя или без него, если припой имеется вокруг де­фектного места. Так, при пайке пластинчато­ребристых теплообменников часто появляют­ся дефекты в местах соединения угловых эле­ментов с матрицей, а также разделительных пластин с проставками. Обычно эти дефекты устраняются газопламенной пайкой с исполь­зованием припоя ПСр-72. При этом изделие часто бракуется. Применение этого метода по­зволяет устранить многие наружные дефекты теплообменника без распайки соседних мест и без изменения внешнего вида изделия. Про­цесс чаще всего проводится без дополнитель­ной присадки припоя.

Оборудование для пайки световым лучом. Нагрев концентрированным световым лучом в настоящее время широко используется для низко — и высокотемпературной пайки благода­ря бесконтактному подводу теплоты, возмож­ности проводить процесс пайки в требуемой атмосфере независимо от электрических и магнитных свойств материалов, легкости управления теплопоступлением и контролем, возможности механизации и автоматизации.

Установка для пайки световым лучом со­стоит из модуля лучистого нагрева, источника питания, координатного стола, систем управ­ления и контроля, системы охлаждения [6]..

Модуль лучистого нагрева представляет со­бой эллипсоидный отражатель 2, в одном фо­кусе которого располагается источник излуче­ния 1 (рис. 2.4). В качестве источника излуче­ния используют дуговые ксеноновые лампы с воздушным охлаждением типа ДКСШ мощно­стью 0Д…1 кВт и комбинированным (воздуш­ным и водяным) охлаждением типа ДКСР мощностью до 10 кВт.

Дуговая ксеноновая лампа выполнена в виде шарового баллона из кварца, в котором расположены два вольфрамовых электрода.* Лампа заполнена ксеноном под давлением 0,4… 1 МПа. При работе лампы давление в ней возрастает до 1…3 МПа, что приводит к

Рис. 2.4. Модуль лучистого нагрева установки для пайки световым лучом

сжатию дуги и формированию высококонцен­трированного источника излучения. Спектр излучения лежит в интервале длин волн 0,2…2,4 мкм. Большая часть энергии (50…60%), подведенной к лампе, преобразует­ся разрядом в излучение, спектр которого со­стоит из 10% излучения ультрафиолетовой об­ласти, 35% — видимой области и 55% — ин­фракрасной. Такой спектр более эффективен для нагрева металла, чем излучение ламп на­каливания, так как коротковолновая часть спектра лучше поглощается.

Отражатели выполняются из алюминие­вых сплавов, как правило, с водяным охлажде­нием и позволяют получать удельный тепло­вой поток менее 6 кВт/cm2 и площадь пятна нагрева в фокусе 5… 10 мм2. Электропитание ксеноновых ламп осуществляется от источни­ков питания постоянного тока с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей внешней вольт-амперной характеристикой. Разряд в лампе возбуждается с помощью высо­ковольтного высокочастотного блока поджига.

Ряд установок оснащен: механизмами для автоматической подачи припоя; шторками, пе­рекрывающими световой поток на изделие и переключающими лампу на работу в дежурном режиме; системами, обеспечивающими нагрев в требуемой атмосфере.

Оборудование для нагрева индуцированны­ми токами (индукционная пайка). При индук­ционной пайке нагрев осуществляется в резуль­тате выделения энергии в деталях, помещен­ных в высокочастотное магнитное поле. Важ­нейшая особенность индукционной пайки — быстрый нагрев паяемых изделий вследствие

большой удельной мощности, что обеспечива­ет высокую производительность процесса и возможность его механизации и автоматиза­ции.

Интенсивность индукционного нагрева за­висит не только от электрических параметров частоты тока, напряженности поля, эффекта близости и др.), но и от физико-химических свойств материала, формы и размеров каждой из соединяемых деталей. Решающее значение для успешного применения индукционного нагрева при пайке имеют правильный выбор мощности и частоты тока установок, конст­рукции индуктора и его расположения относи­тельно нагреваемого изделия [5, 8].

Для индукционной пайки используют ус­тановки повышенной и промышленной часто­ты тока, а также специальные. В качестве ис­точников нагрева применяют ламповые, тири­сторные и машинные генераторы (табл. 2.5).

Ламповые генераторы преобразуют электрический ток промышленной частоты в ток высокой частоты, поступающий в ин­дуктор, в котором нагревают паяемые изделия (рис. 2.5). Первичная обмотка 1 трансформа­тора питается переменным током стандартной частоты напряжением 220 или 380 В. Во вто­ричной обмотке 2 трансформатора напряже­ние повышается до 8 кВ. После этого пере­менный ток проходит через газотронный вы­прямитель 3 и преобразуется в постоянный

ток высокого напряжения, который подается на анод 4 генераторной лампы, дающий ток высокой частоты. Однако этот ток имеет высо­кое напряжение и не пригоден для питания индуктора. Поэтому он подвергается преобра­зованию в высокочастотном трансформаторе 5, после этого поступает в индуктор 6, в кото­ром производится нагрев деталей.

Машинный генератор вырабатывает ток частотой 2… 15 кГц и состоит из электродвига­теля / трехфазного тока и соединенного с ним генератора 2 (рис. 2.6). Параллельно с электродвигателем 1 включен электродвига­тель 10 возбудителя 9, регулируемого реоста­том 8. Колебательный контур подключен к ге­нератору 2 и представляет собой конденсатор­ную батарею 3, соединенную параллельно с первичной обмоткой 7 трансформатора токов повышенной частоты. Вторичная обмотка 6 этого трансформатора, понижающего напря­жение, соединена с индуктором 4, в который помещается изделие 5.

Тиристорные преобразователи обладают ря­дом преимуществ перед электромашинными: лучшими возможностями для регулирования, малой инерционностью; более высоким КПД; более широким диапазоном оптимальных на­грузок без дополнительных согласующих уст­ройств; малыми (на уровне номинальных) пус­ковыми токами; бесшумностью работы и др.

Структурная схема тиристорного преобра­зователя представлена на рис. 2.7. В блок вво­
да питания входят устройства коммутации, электромагнитной и тепловой защиты со сто­роны питающей сети, измерительные транс­форматоры, приборы, измеряющие входные параметры. Через него подается питание на выпрямитель. В выпрямителе происходит пре­образование переменного напряжения, часто­той 50 Гц в постоянное. Блок фильтра разде­ляет цепи средней частоты и постоянного то­ка; отдельные элементы фильтра служат эле­ментами инвертора. Функцией инвертора яв­ляется преобразование постоянного напряже­ния в напряжение средней частоты. Блок управления, регулирования и защиты обес­печивает управление тиристорами выпрямите­ля и инвертора, пуск преобразователя, регули­рование режима (стабилизацию одного из па­раметров), а также все виды защиты. Иногда в комплект входит согласующее устройство (трансформатор, автотрансформатор).

Передача энергии от генератора в нагре­ваемое изделие производится посредством специального устройства — индуктора. Конст­рукция и размеры индукторов зависят от раз­меров и конфигурации нагреваемого узла, чис­ла узлов, подвергающихся одновременной пайке, способа их загрузки и выгрузки, элек­трофизических свойств паяемых изделий, мощности и частоты генератора. Индуктор со­стоит из провода, иногда снабженного магни — топроводом, токопроводящих шин и контакт­ных колодок для подключения к понижающе-

му трансформатору. Для того чтобы индуктор не расплавился (сила тока в нем достигает 2 кА и более), его изготовляют из медной труб­ки, по которой циркулирует вода [7].

Большое влияние на интенсивность нагре­ва оказывают зазоры между индуктором и де­талью. Уменьшение зазора увеличивает удель­ную мощность, подводимую к детали, и сужает зону нагрева, однако отклонение положения детали в индукторе при малых зазорах приво­дит к большой неравномерности нагрева. Поэтому применять зазоры менее 2 мм не ре­комендуется.

Условия нагрева при индукционной пайке в значительной мере определяются частотой тока. Глубина проникновения тока (мкм) оп­ределяется по формуле:

где р — удельное электрическое сопротивле­ние, Ом • м; ц — относительная магнитная проницаемость;/— частота, Гц.

В этой зоне выделяется наибольшее ко­личество теплоты. В остальных зонах детали нагрев происходит за счет теплопроводности.

Равномерность нагрева увеличивается вследствие уменьшения частоты тока. Однако возникающие при индукционном нагреве си­лы взаимодействия электромагнитного поля индуктора и поля нагреваемого изделия на­правлены на отталкивание детали от индукти­рующего провода. Эти силы зависят от часто­ты и мощности, подводимой к деталям для их нагрева. Поэтому, выбирая низкие частоты и режимы для получения равномерного нагрева, надо учитывать, что нижний предел частоты и мощность нагрева могут быть ограничены не только фактором снижения КПД, но и необ­ходимостью удерживать собранные под пайку детали от смещения во время нагрева. Наибо­лее часто пайку проводят при высоких часто­тах (1 кГц… 1,75 мГц). Индукционная пайка е использованием токов частотой 50 Гц приме­няется только для крупногабаритных изделий и встречается крайне редко.

Для обеспечивания более равномерного нагрева между индуктором и паяемой деталью иногда помещают металлический экран, при­ближенно повторяющий контур детали. В этом случае вихревыми токами нагревается экран, который затем отдает теплоту паяемой детали. Роль экрана может выполнять и герметичный контейнер.

С помощью индукционного нагрева воз­можна пайка на воздухе, в вакууме, в восста­новительной или инертной среде (в печах, стеклянных, кварцевых ампулах или при кос­венном нагреве в металлическом контейнере)

В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны уста­новки высокочастотного нагрева П141А и П156 для пайки изделий из алюминия с кор­розионно-стойкой сталью на воздухе. Установ­ка П141А поворотного типа предназначена для пайки слоя из алюминия технической чисто­ты (АДО, АДОО, АД1М) к корпусу кастрюли из коррозионно-стойких сталей (12Х18Н9, 10Х14АГ15, 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 17Х18Н9, 08X13, 15Х25Т, 12X17). В состав ус­тановки входят: поворотный стол, обеспечи­вающий сборку, возвратно-поступательное пе­ремещение (поворот на 180°) одновременно двух изделий в горизонтальной плоскости по циклу; механизмы перемещения собранных деталей в зону нагрева, пайки, охлаждения; два блока ВЧ — нагрева собранных изделий; пульт и блок управления работой установки. Установка обеспечивает одновременную пай­ку двух изделий, обслуживается одним опера­тором.

Универсальная установка П156 ВЧ-нагре — ва карусельного типа предназначена для сбор­ки и пайки алюминиевых деталей к корпусу фритюрницы из алюминия марки АДОО, а также сборки и пайки корзинки (сетки к об­ручу) изготовленных из коррозионно-стойких сталей (12Х18Н9, 08Х22Н6Т, Х18Н10Т) для за­грузки пищевых продуктов. В состав установ­ки входят: многопозиционный стол, обеспечи­вающий сборку, фиксацию и перемещение де­талей изделий по циклу; пульт и блок управле­ния. В установке реализован цикл изготовле­ния однотипных (алюминиевых или сталь­ных) паяных изделий. Переход от одного типа изделий к другому осуществляется несложной переналадкой установки. При этом для каждо­го типа изделий предусмотрены соответст­вующие нагревательные блоки ВЧ-нагрева и механизмы перемещения деталей в техноло­гическом цикле его изготовления. Установку обслуживает один оператор.

В качестве источника для нагрева и пайки изделий в установках П141А и П156 использо­ван высокочастотный ламповый генератор ти­па ВЧГ1-60/0,066 УА (ТУ 16—525.839.73). Воз­можно использование ламповых ВЧ-генерато — ров другого типа с потребляемой мощностью более 60 кВт.

Оборудование для пайки электронным лучом. Процесс нагрева электронным лучом основан на использовании кинетической энер­гии электронов, быстро движущихся в глубо­ком вакууме. Сжатый в магнитных и электро­статических фокусирующих линзах, поток электронов перемещается с большой скоро­стью от катода к аноду в сильном электриче­ском поле. Кинетическая энергия электронов при соударении с поверхностью детали-анода превращается в тепловую, что приводит к ее нагреву. Нагрев под пайку электронным лучом осуществляется в специальных вакуумных ка­мерах (1,33- 10~2 … 1,33 * 10“4 Па). Для пай­ки, как правило, применяют сканирующий или расфокусированный пучок электронов [9].

Процесс пайки на электронно-лучевых ус­тановках характеризуется высоким КПД про­цесса. Концентрация энергии в луче позволяет предельно сократить продолжительность взаи­модействия расплавленного припоя с паяемы­ми материалами, не повлияв на их свойства. Пайку изделий из керамики и тугоплавких ме­таллов с местным нагревом (с фокусирован­ным электронным лучом) производят с приме­нением электронно-лучевых установок с пуш­кой типа У50А. Для пайки узлов медицинского инструмента с нагревом сканирующим пото­ком электронов применяют установку ЭЛУ-4 с пушкой ЭЦ-60/10. Для исключения перегрева и оплавления кромок изделия, а также равно­мерного прогрева зоны соединения, электрон­ный пучок колеблется в результате подачи им­пульсов синусоидальной или пилообразной формы от генератора НГПК-ЗМ на откло­няющую систему пушки [8].

Сканирующим электронным лучом паяют также трубки теплообменников с трубной дос­кой из коррозионно-стойкой стали никелевы­ми припоями или припоем ВПр2 на установ­ке ЭЛН-11. Так можно нагревать лишь по­верхность трубной доски и концы трубок, что предотвращает стекание припоя в межтруб­ную полость.

Установка "Луч-3" предназначена для пай­ки трубчатых конструкций из высокоактив­ных металлов и сплавов с нагревом кольцевым электронным пучком, получаемым в высоко­вольтном тлеющем разряде при температуре ниже 2000 °С. На кольцевой алюминиевый ка­тод нагревателя, размещенный изолированно между двумя дисковыми анодами, подается высокое напряжение отрицательной полярно­сти относительно земли. В концах анода, об­разующих щель для прохождения пучка, рас­положены электромагнитные катушки, обес­печивающие отклонение пучка при настройке на место соединения. Разогрев в зоне пайки происходит локально. Мощность нагрева регу­лируется подачей плазмообразующего газа (ар­гона, гелия) в область горения тлеющего раз­ряда, время регулирования не превышает 0,5 с.

Существенными недостатками способа на­грева электронным лучом являются слож­ность установок из-за наличия вакуума и управляющих устройств высокой точности и их высокая стоимость.

Оборудование для пайки в тлеющем разря­де. Нагрев паяемых изделий в поле тлеющего разряда обусловлен превращением кинетиче­ской энергии положительных ионов в тепло­вую при бомбардировке катода. Нормальный тлеющий разряд осуществляется в вакуумных камерах в нейтральной или восстановитель­ной атмосфере при давлении газа в камере

2,66.. .26,6 кПа и силе тока разряда 3…20 А. Как правило, камеру сначала откачивают до давления 13,3 Па, затем заполняют аргоном до давления примерно 133 Па и снова откачи­вают. Благодаря такой последовательности операций достигаются низкие парциальные давления составляющих воздух газов.

Устойчивый к коротким замыканиям ис­точник питания тлеющего разряда с крутопа­дающей вольт-амперной характеристикой дол­жен иметь: устройство блокирования случай­но возникающих сварочных дуг; возможность регулирования напряжения на межэлектрод­ном промежутке — 100… 1000 В; осуществлять точное и раздельное регулирование силы тока и разрядного напряжения при работе в режиме ПВ-100%.

Нагрев в тлеющем разряде эффективен при сравнительно простой форме изделий. При наличии острых углов, выступающих час­тей трудно добиться равномерного нагрева. Для этого применяются специальные меры, например, изменение формы анода. Основ­ной проблемой при пайке в тлеющем разряде является опасность перехода тлеющего разряда в дуговой, особенно при появлении паров припоя.

Важнейшими преимуществами тлеющего разряда являются: эффективность не только в стадии нагрева изделия, но и в стадии очистки поверхности изделия и припоя, что позволяет активировать поверхности соединяемых мате­риалов; снижение расхода энергетических и материальных ресурсов; уменьшение габарит­ных размеров, сложности и стоимости обору­дования; повышение его надежности, универ­сальности, производительности и эконо­мичности; возможность соединения широкого класса материалов и различных их сочетаний.

Оборудование для пайки лазером. Лазерный нагрев обеспечивает высокую концентрацию энергии на очень малой поверхности изделия и высокие скорости нагрева (при плотности 105 Вт/см2 скорость нагрева 104…105 °С/с; при импульсном режиме на границе круга 250 мкм градиент температуры 103…105 °С/см). Наибо­лее целесообразна пайка лазером разнотолщин — нкх деталей при соотношении толщин 1 : 50 и более, особенно, если массивная деталь изго­товлена из более легкоплавкого материала.

Лазерное излучение подвергается фокуси­ровке простыми оптическими средствами, оно проникает сквозь прозрачные вещества (стекло, кварц и др.) и может быть непосред­ственно направлено к месту пайки изделия, находящегося в изолированном, например, стеклянном контейнере, наполненном арго­ном, или вакуумированном до требуемой сте­пени остаточного давления. Для управления интенсиЩюстью лазерного излучения изме­няют длительность воздействия, площадь пят­на нагрева (фокального пятна), выходную энергию.

Лазерная установка (рис. 2.8) представляет собой комплекс оптико-механических и элек­трических приборов, основным звеном кото­рого является оптический квантовый генера­тор [3]. Оптические системы в лазерных уста­новках для обработки материалов выполняют разнообразные функции: передачу лазерного излучения в зону пайки и формирование све­тового пучка необходимых плотности, мощно­сти и конфигурации; наводку излучения в за­данный участок, контроль за ходом процесса, оценку результатов.

Оптическая система может содержать све­товолоконную оптику и голограммы, которые содержат информацию о числе элементарных лучей разложения пучка и о точках их фокуси­ровки. Координатные устройства должны

обеспечить фиксацию детали на рабочем сто­ле и точность перемещения лазерного луча от­носительно детали с необходимой скоростью.

Лазерной пайкой получают мелкие кон­денсаторы, элементы печатных плат, бумаж­ные конденсаторы, токопроводящие пласти­ны, токоприемники на цоколе лампы, соеди­нения контактов интегральных схем и др.

Оборудование для пайки инфракрасным из­лучением. Радиационные нагревательные уста­новки обычно представляют собой объединен­ные в единую конструкцию рефлекторы и из­лучатели. В качестве источника излучения ши­роко используются галогенные лампы (вольф­рамовая спираль, размещенная в кварцевой трубчатой колбе). Электропитание ламп осу­ществляется переменным током промышлен­ной частоты. Например, кварцевая трубчатая лампа накаливания НИК-220-І000 Тр запол­няется аргоном под давлением 60 Па и йодом в количестве 1…2 мг. Наличие паров йода обеспечивает стабильность энергетического и светового потоков. Наряду с аргоноиодными лампами применяют лампы с ксеноно-йодным наполнением типа КИМ и КГТ.

Для наиболее полного использования мощности ламп используют водоохлаждаемые рефлекторы из коррозионно-стойкой стали, рабочая поверхность которых покрыта сереб­ром или чистым алюминием, а также туго­плавкими и благородными металлами, включая золото.

Нагрев инфракрасным излучением приго­ден для пайки металлов и сварки пластмасс и
имеет следующие преимущества: не требуется соприкосновения с соединяемыми деталями; возможна точная дозировка подводимой теп­лоты; допускается использование любой атмо­сферы, в том числе инертных газов или вакуу­ма; излучение может проходить через тонкий слой стекла или кварца без значительных по­терь теплоты.

Интерес представляют установки для пай­ки сотовых панелей, в которых используются кварцевые лампы инфракрасного излучения. Известен метод пайки "нортобрейз’’, основан­ный на комбинации радиационного нагрева кварцевыми лампами и электронного управле­ния процессом. Цикл пайки программируется и контролируется с помощью термопар. Этот метод широко применяется для пайки сото­вых панелей из коррозионно-стойких сталей, титана, ниобия, молибдена. Цикл нагрева со­ставляет 2…5 мин вместо 3…15 ч при традици­онном печном нагреве. Высокой эффективно­стью отличается применение нагрева инфра­красным излучением в электронике.

Для локального нагрева используют мало­габаритные лампы типа КГМ и КИМ. На базе кварцевой галогенной лампы КГМ-220-1000 разработан малогабаритный паяльник. Фоку­сировка излучения осуществляется с помо­щью отражателя, имеющего медную зеркаль­ную поверхность с защитной кремнийорга — нической пленкой. Корпус паяльника охлаж­дается водой. При мощности лампы 1 кВт от­ражатель позволяет получать плотность энер­гии 120 Вт/см2 и максимальную температуру в

зоне пайки 1280 °С. С помощью этого паяль­ника можно осуществлять ручную высокотем­пературную пайку в вакууме или в защитных газах через прозрачное окно контейнера или печи [1].

При пайке с нагревом инфракрасным из­лучением необходимо учитывать неблагопри­ятные воздействия паров легко испаряющихся компонентов припоев и флюсов (помутнение зеркала рефлектора и кварцевых колб ламп), вследствие чего ресурс ламп может сокращать­ся. По этой же причине недопустимо отека­ние излишков флюса на поверхность рефлек­тора. В этих случаях необходимо строго дози­ровать количество флюса или использовать сменные кварцевые пластины-экраны.

Физико-химическое оборудование. В этом случае тепловая энергия получается за счет ре­акции горения (углеводородного, водородного или иного вида топлива), экзотермических или конденсационных реакций. Такая пайка име­ет ограниченную область применения.

При газопламенной пайке изделие нагрева­ется при непосредственном контакте с раска­ленными газами пламени. В зависимости от требуемой температуры и интенсивности на­грева применяют различные горючие газы в смеси с кислородом или воздухом (ацетилен, метан, пропан, бутан, водород, природный газ, пары бензина и др.). Очень широко использу­ется ацетилено-кислородное пламя. Его по­лучают с помощью обычных сварочных или специальных горелок, обеспечивающих более равномерный нагрев. В последнее время все больше применяют городской газ или пропан. В ряде случаев целесообразно использовать га­зовоздушную смесь, приготовленную центра­лизованно, что позволяет упростить оборудо­вание поста пайки и облегчить регулировку пламени.

Пламя до некоторой степени защищает на­греваемый металл от окисления, однако пол­ностью предотвратить его не может. Поэтому при газовой пайке часто применяют флюсы в виде порошка или пасты. Газообразные флюсы подают непосредственно в пламя. Га­зовое пламя, обеспечивая достаточно высокие скорости нагрева, менее чувствительны к фор­ме, различию материалов и толщин нагревае­
мых изделий, чем индукционный и электро — контактный нагрев.

Нагрев газовым пламенем применяют при пайке как легкоплавкими, так и высокотемпе­ратурными припоями. Несмотря на ряд недос­татков, нагрев газовым пламенем остается не­заменимым методом не только при ручной пайке в единичном производстве и при ремон­те, но и в массовом механизированном произ­водстве. В этом случае для газопламенного на­грева используют специализированные уста­новки, например, карусельные и конвейерные. Карусельные установки для газопламенной пайки предлагают в широком ассортименте фирмы различных стран, в основном японские и японо-американские. Наиболее типичны двенадцатипорционные установки, хотя число порций может варьироваться широко. Так, ус­тановка для пайки алюминия на воздухе включает порции нанесения флюса и припоя, нагрева изделия под пайку и окисления. Дви­жение карусели непрерывно.

Существуют полностью автоматизирован­ные и даже роботизированные установки с программируемыми циклом передвижения го­релок к изделию и ориентированные по нему, зажиганием горелки, выполнением всего цик­ла пайки, отключением горелок и возвращени­ем их в исходную позицию. Эти установки очень эффективны в условиях единичного и мелкосерийного производства.

При экзотермической пайке нагрев, а ино­гда и образование припоя, осуществляется в результате экзотермической реакции или агре­гатного превращения специальных твердых, жидких или газообразных веществ. Экзотер­мическая смесь может быть внесена при сбор­ке в виде таблеток, пластинок или нанесена на паяемую поверхность как краска. Смесь, про­дукты реакции которой образуют припой, за­текающий в зазоры, обычно состоит из по­рошков металлов, оксидов и галогенидов ще­лочных металлов и др. Недостаток этого спо­соба — сильное коробление паяемого металла при малой его толщине после нагрева тепло­той экзотермической реакции.

Термитные шашки (табл. 2.6) [2] приме­няют для пайки телескопических соединений трубопроводов из коррозионно-стойкой стали

12Х18Н10Т диаметром 6..Л2 мм с толщиной стенки 1 мм. Для концентрации теплоты в процессе горения термитной шашки и защи­ты обслуживающего персонала от воздействия лучистой энергии применяют специальное те­плозащитное устройство, состоящее из разъ­емного тонкостенного кожуха, футерованного изнутри теплозащитным материалом, обла­дающим повышенной теплостойкостью и прочностью при многократном нагреве, а так­же образующим активную среду для пайки. Теплозащитное устройство имеет ввод, через который вставлен воспламенитель термитной смеси (нихромовая спираль, либо электриче­ский запальник). Термитная смесь поджигает­ся дистанционно током низкого напряжения (12…36 В), подаваемым на спираль или вос­пламенитель.

В устройстве предусмотрен также ввод для подачи аргона, защищающего наружные по­верхности трубопровода и припоя в процессе нагрева от окисления. С целью устранения не­посредственного воздействия продуктов сгора­ния шашки на соединяемые поверхности тру­бопроводов установлен металлический экран в виде толстостенной муфты (рис. 2.9).

При конденсационной пайке нагрев деталей происходит в результате выделения скрытой теплоты испарения. На рис. 2.10 приведена одна из схем установки, в которой происхо­дит конденсационная пайка.

На дно установки заливают специальную жидкость с низкой температурой испарения. Жидкость химически инертна по отношению к материалам, контактирующим с ней, и хи­мически стабильна (не разлагается) при пай­ке. Количество теплоты, выделяемой при кон­денсации паров жидкости на поверхности де­талей, достаточно для расплавления припоя, но недостаточно для ухудшения свойств паяе­мого материала. Жидкость не имеет запаха, не токсична и не воспламеняется при пайке, плотнее воздуха и не вытекает из камеры пай­ки, имеет ту же температуру, что и кипящая жидкость. Такими свойствами обладает пер — фтортриамиламин (флюоринерт ГС-70) с тем­пературой кипения и конденсации 215 °С. [11]

7

Рис. 2.9. Схема устройства для экзотермической пай­ки трубопроводов:

Рис. 2.10. Схема установки для конденсационной пайки:

1 — вторичный змеевик; 2 — первичный змеевик;

3 — иммерсионный нагреватель; 4 — испаряющаяся жидкость; 5 — паяное изделие; 6 — рабочая зона пайки; 7 — верхний паровой слой

Нагрев паяемых деталей происходит быст­ро, без изменения их размеров и формы. Про­стые мелкие детали нагреваются за 10… 15 с, а массивные (до 10 кг) за 30…90 с. Размер зоны с рабочим паром по высоте фиксируется рас­положением охлаждающего змеевика, конден­сирующего пар на заданном уровне.

Для снижения потерь рабочего пара ГС-70 в результате диффузии или конвенции над зо­ной пайки располагают пар другого инертного вещества — трихлоротрифлуоретана (Р113) с температурой плавления 88 °С и более низкой плотностью, чем рабочий пар. В зоне пайки содержание воздуха настолько мало, что окис­ление паяемого материала не происходит. Од­нако при необходимости возможна пайка с достаточно легкоплавким флюсом.