Справочник по пайке

23. Предельные диаметры проволоки для нагревателей

Условное обозначение проволоки диамет­ ром 1,5 мм из сплава марки Х23Ю5Т для нагрева­ тельных элементов: проволока 1,5-Х23Ю5Т-Н ГОСТ 12766.1-90.

сплавы с высоким электрическим сопро­ тивлением имеют наибольшее применение в электропечах для изготовления нагревателей различной конструкции. Марки сплавов для нагревателей регламентируются ГОСТ 1099474 (группа VI - сплавы с высоким электриче­ ским сопротивлением, обладающие необходи­ мым сочетанием электрических, коррозионных и других свойств). Сортамент проволоки из сплавов для нагревателей регламентирован ГОСТ 12766.1-90 и приведен в табл. 23. Свой­ ства сплавов приведены в табл. 24.

Проволоку изготовляют в мягком терми­ чески обработанном состоянии. По согласова­ нию изготовителя с потребителем проволоку изготовляют с травленой поверхностью; рабочие температуры проволоки приведены в табл. 25.

В ряде случаев конструктивно предпоч­ тительно и целесообразно по условиям экс­ плуатации применять для электронагревателей ленту из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением по ГОСТ 12766.2-90. Ленту в зависимости от марки сплава изготовляют с предельными размерами, приведенными в табл. 26.

Ленту изготовляют с обрезной кромкой шириной 6; 8; 10; 12; 14; 15; 16; 18; 20; 25; 30; 32; 36; 40; 45; 50; 60; 80; 100; 150; 200; 250 мм.

Пример условных обозначений: лента толщиной 1,5 мм, шириной 20 мм, обычного качества, без нормирования механических свойств из сплава марки Х23Ю5Т для нагревательных элементов: лента 1,5 х 20 - 1-БМ-Х23Ю5Т-Н ГОСТ 12766.2-90.

Механические и электрические свойства ленты толщиной 0,2 мм и более в состоянии поставки должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 27.

Карбидокремниевые электронагрева­ тели (КЭН) применяются в электропечах со­ противления периодического и непрерывного действия при температуре на поверхности ра­ бочей части КЭН до 1450 °С в воздушной или нейтральных атмосферах и до 1250 °С - в вос­ становительной атмосфере. Работа нагревате­ лей при температуре, превышающей предель­ ные, приводит к резкому сокращению их срока службы, что должно быть учтено в системах автоматического контроля и регулирования печей.

24. Физические свойства сплавов, используемых для изготовления нагревателей

*С массовой долей до 3 % феррита.

**При наличии ферритаслабоферромагнитная.

25.Рабочие температуры нагревательных элементов, работающих на воздухе

ПАЙКИ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЕ

26. Предельные размеры ленты

КЭН в печах устанавливаются либо гори­ зонтально, либо вертикально, специальных держателей при максимальной температуре использовать не требуется, так как нагреватели сохраняют достаточную прочность.

КЭН получают путем спекания высоко­ чистого крупнозернистого карбидокремниевого порошка при температуре свыше 2400 °С и представляют собой огнеупорные неметалличе­ ские изделия в форме круглого стержня или трубки. Нагреватели состоят из средней рабочей части (разогревается до высоких температур) и двух выводов (токоподвод к рабочей части), пропитанных парами кремния. Удельное элек­ тросопротивление материала рабочей части

нагревателя значительно выше, чем выводов, в результате чего при прохождении через нагрева­ тель электротока основная масса тепла выделя­ ется именно на рабочей части. При этом токоподводы, которые проходят через футеровку печи, остаются относительно холодными. На концах этих выводов напылен слой алюминия для создания надежного электрического контак­ та между выводами и топокодводами. Нагрева­ тели типа КЭНВПС могут иметь диаметр рабо­ чей части от 14 до 45 мм. Они изготавливаются в виде полых трубок с толстыми стенами.

Типы КЭНов ОАО «Подольскогнеупор»

представлены на рис. 7 и в табл. 28.

Нагрузка на электронагреватель, темпе­ ратура нагревателя, а отсюда и скорость «старения» прямо пропорциональны удельной «ватт­ ной» нагрузке, т.е. мощности на 1 см поверхно­ сти рабочей части нагревателя. Максимальный срок службы нагревателя обеспечивает самая

где W - потребляемая энергия, Вт; S - площадь поверхности рабочей части, S = nDL.

в)

Рис. 7. Типы КЭНов:

а - КЭНАПС; б - КЭНВПС; в - КЭНБС; 1 - рабочая часть; 2 - выводы

В производственных печах эксплуатация карбидокремниевых электронагревателей без регулятора напряжения не допускается.

Для высокотемпературных печей (см., на­ пример, табл. 17) используют специальные тер­ мостойкие нагреватели из хромита лантана, а также наиболее высокотемпературные нагревате­ ли из дисилицида молибдена (табл. 29). Кироваканский завод высокотемпературных нагрева­ телей выпускает нагреватели из дисилицида молибдена прямой и U-образной форм.

29.Типоразмеры нагревателей из дисилицида молибдена

В обозначении нагревателя числитель указывает размер длины рабочей части (в мм), знаменатель - длину вывода (в мм).

П р и м е ч а н и е . Диаметр рабочей части нагревателя 6,0 мм, диаметр вывода 12,0 мм. По­ требитель может заказать U-образные нагреватели с отогнутыми рабочими частями.

В шахтных и камерных электропечах пай­ ку изделий часто производят с загрузкой в спе­ циальные контейнеры, в которые подается газо­ вая контролируемая среда. Жесткие контейнеры для печной пайки изготовляют из жаростойких сталей и коррозионно-стойких сплавов. В кон­ струкции контейнеров большое значение имеет размещение трубок для ввода и отвода газовой контролируемой среды, так как от этого зави­ сит полнота удаления воздуха из объема кон­ тейнера. При использовании газовых сред лег­ че воздуха отводную трубку необходимо рас­ полагать у днища контейнера. При применении для пайки среды тяжелее воздуха трубку для выхода газов размещают в верхней части кон­ тейнера. Физические свойства некоторых газов и паров приведены в табл. 30.

Контейнеры для пайки изделий в контро­ лируемых средах разделяют на жесткие и мяг­ кие. Жесткие контейнеры уплотняют песчаны­ ми затворами, охлаждаемыми фланцами либо фланцами, ввариваемыми непосредственно в корпус контейнера [3]. Мягкие контейнеры выполняют из тонколистовых материалов, плотно облегающих изделие, и герметизируют сваркой. В результате вакуумирования внут­ ренней полости мягкого контейнера обеспечи­ вается надежное поджатие сопрягаемых по­ верхностей.

Газоприготовительные установки.

Контролируемая атмосфера (КА) использует­ ся в процессах термической и химико-терми­ ческой обработки, пайки, порошковой метал­ лургии и др. Получаемые в газоприготовитель­ ных установках КА заданного состава должны обеспечить в процессе пайки смачивание и растекание припоя по поверхности соединяе­ мых деталей и заполнение зазора, а также по­

зволяют при термической обработке защитить поверхность изделий от окисления и обезугле­ роживания, исключить активные флюсы и, как следствие, существенно сократить припуски и объем последующей механической обработки, а также исключить экологически вредные после­ дующие операции травления, пескоструйной и дробеструйной очистки поверхностей; повысить прочность и долговечность изделий и снизить трудоемкость обработки.

Установки для получения контроли­ руемых сред, исключающих влияние на каче­ ство изделий влаги, кислорода и других приме­ сей, содержащихся в исходных газовых средах, выпускают нескольких типов. Так, специаль­ ные установки, например ИО-6-М2, предназна­ чены для сушки и очистки водорода, азота, ар­ гона и других газов, используемых для высоко­ температурной пайки сталей, медных и никеле­ вых сплавов. Принцип работы установки - ад­ сорбция и химическое связывание примесей регенерируемыми поглотителями. Для очистки используют реагенты: от окиси'углерода, углево­ дорода и водорода - окись меди; от кислорода - окись марганца; от азота - металлический каль­ ций. Влагу и двуокись углерода удаляют с по­ мощью цеолитов. В случае использования арго­ на его содержание в итоге превышает 99,999 % с точкой росы -60 °С. На рис. 8 приведена структура установки для тонкой очистки инертных газов, которую используют в процес­ сах нагрева при пайке реакционно-активных материалов, например титана, циркония, ниобия и сталей, легированных активными металлами. Производительность установок не менее 1 м3/ч. Очищенный газ содержит кислород в концен­ трации не более 1 КГ5 % по объему. Типораз­ мерный ряд установок разработан и произво­ дится ООО НПЦ «ЭТО-ЭСКАТЕРМ» (гос. лицензия ФЛЦ № 001149).

При необходимости затрат большого ко­ личества аргона следует применять установки для его многократного использования, напри­ мер 1ИО-12 и 1ИО-50. Производительность установок очистки оборотного газа соответст­ венно 12 и 50 м3/ч. Установки обеспечивают регулирование давления среды и ее температу­ ры и состоят из элементов предварительной и окончательной очистки аргона, системы реге­ нерации газа и поглотителей, а также накопи­ теля газа. В ряде случаев устройство для очи­ стки аргона монтируют совместно со специ­ альной печью, где совмещен период откачки рабочей камеры печи с циклом регенерации аргона по замкнутому контуру, т.е. минуя печь

для пайки, что значительно сокращает цикл процесса. Заложенная в установке возможность регулирования расхода аргона позволяет осу­ ществлять термический цикл пайки с повы­ шенной скоростью охлаждения и, следователь­ но, увеличивать производительность процесса.

Устройство очистки и регенерации арго­ на включает влагопоглотитель для осушки баллонного аргона, печь-реактор для тонкой очистки аргона от примесей кислорода, насоскомпрессор, обеспечивающий транспортирова­ ние аргона по замкнутому контуру, элементы для регулирования и контроля чистоты аргона до пайки и после. Устройство вмонтировано в виде единого блока с входным и выходным штуцерами для отбора проб на газоанализатор. В целях предотвращения загрязнения объема печи и газовакуумных магистралей продуктами распада углеводородных соединений, перекач­ ка аргона осуществляется безмасляным насо­ сом-компрессором с эластичной камерой из полиуретана (табл. 31).

Установки для приготовления диссоции­ рованного аммиака (диссоциаторы аммиака) серии ДА наиболее часто используются в про­ цессах пайки, порошковой металлургии, тер­ мообработки высоколегированных хромистых коррозионно-стойких сталей и отжига латуней. Наличие встроенного испарителя и блока тон­ кой очистки и осушки атмосферы позволяет повысить надежность и качество работы уста­ новки и всей технологической линии пайки высоколегированных сталей и сплавов.

31. Технические данные установки ИО-6 для очистки аргона

Водородно-азотные смеси, используемые для пайки изделий, не должны содержать недиссоциированный аммиак, так как при соеди­ нении с кислородом последний образует окись азота, содержание которой более 0,2 % приво­ дит к обезуглероживанию и азотированию ста­ ли. Очистка от недиссоциированного аммиака производится пропусканием газовой смеси после диссоциации через сосуд с водой. Типо­ вая технологическая схема установки для при­ готовления водородно-азотной смеси из ам­ миака показана на рис. 9. Технические данные установок - в табл. 32 и на рис. 10.

Для пайки изделий из высоколегирован­ ных коррозионно-стойких сталей и сплавов, а также из бескислородной меди в качестве вос­ становительной среды применяют осушенный

Рис. 10. Диссоциатор аммиака серии ДА: 1 - блок диссоциации; 2 - блок осушки

и очищенный водород (табл. 33). Используют технический водород, поставляемый в балло­ нах, либо сетевой, транспортируемый по тру­ бопроводу от специальных установок.

В некоторых случаях, особенно в элек­ тровакуумном производстве, применяют водо­ род повышенной чистоты, получаемый в ре-

зультате его диффузии через фольговую мем­ брану из палладиевых сплавов, например на установке ультрачистого водорода УЧВ-2А (табл. 34).

34. Технические данные установки УЧВ-2А

В процессах массового производства раз­ личных изделий применяют конвейерные элек­ тропечи со средой эндогаза. В табл. 35 и на рис. 11 приведены технические данные устано­ вок для приготовления эндотермической кон­ тролируемой среды серии ЭН, используемых в процессах нагрева под пайку углеродистых и

легированных сталей, пайки стеклоприпоями сталей и спекания порошковых углеродистых композиционных материалов. В конструкции современных эндогенераторов реализованы новые технические решения, позволяющие со­ кратить удельное потребление электроэнергии на 25 30 % в результате использования теп­ лоты отходящих газов и сокращения тепловых потерь, а также обеспечить высокое качество эндогаза (практически полное отсутствие метана при низких и стабилизированных концентраци­ ях диоксида углерода и водяных паров).

Наряду с использованием эндогаза для пайки применяют и экзотермические смеси газов, получаемые при сжигании углеводород­ ных газов с коэффициентом расхода воздуха 0,6 0,9. На установках (табл. 36) обеспечи­ вается очистка экзотермической среды от дву­ окиси углерода и паров воды, а также ее охла­ ждение с автоматическим регулированием (рис. 12).

Рис. 12. Экзогенератор:

I - блок сжигания; 2 - блок очистки;

3 - блок охлаждения; 4- вакуумный насос

Установки для приготовления экзотерми­ ческой контролируемой атмосферы (экзогене­ раторы) серии ЭК используются в процессе пайки, отжига стали и цветных металлов. Блоч­ ный принцип конструкции экзогенераторов и современные методы очистки газов позволяют значительно расширить область применения газовых сред и номенклатуры обрабатываемых материалов. Условия эксплуатации оборудова­ ния безопасны, так как получаемые газовые среды малотоксичны и невзрывоопасны. Новые конструктивные решения экзогенераторов обес­ печивают повышение их производительности и

качества газовых сред в результате рециркуля­ ции продуктов сгорания, рационального разме­ щения адсорбентов, новых способов продувки и вакуумирования при регенерации и др.

При печной пайке в контейнерах с нагре­ вом в печах типа СНО высокохромистых корро­ зионно-стойких сталей, жаропрочных и жаро­ стойких сплавов следует применять еще более активные контролируемые среды. В этих случа­ ях используют среды из чистых инертных газов, азота или водорода с добавками газообразного флюса, например трехфтористого бора, фтори­ стого водорода, хлористого аммония и др. Газообразный флюс получают смешением продуктов диссоциации солей с газами-носителями: газ из баллона через осушители поступает в диссоциатор, откуда смесь среды с газообразным флюсом по трубопроводу направляется в вакуумированный контейнер. При этом избыточ­ ное давление газообразной смеси в контейнере (примерно 500 1500 Па) контролируется с помощью манометра.

Вакуумные электропечи выполняются периодического и непрерывного действия. Печи периодического действия наиболее распростра­ нены и представлены колпаковыми, элеватор­ ными, муфельными, безмуфельными печами и др. К печам непрерывного действия следует отнести печи, в которых загрузка очередной партии изделий в нагревательную камеру не

связана с выгрузкой обрабатываемых изделий из печи, т.е. нагревательная камера в печи непре­ рывного действия работает без простоев, что достигается устройством двух-, четырехшлюзо­ вых камер (загрузочной, разгрузочной), а также камер предварительного и основного нагрева.

Для пайки изделий из материалов, актив­ но взаимодействующих с газами и труднопаяемых в контролируемых средах, наиболь­ шее применение получили печи периодическо­ го действия. Печи являются экологически чис­ тыми и предназначены не только для пайки,

отжига, а также спекания тугоплавких и редких металлов и сплавов на их основе. В качестве материалов нагревателей, экранов, токопроводов, подставок использованы в основном мо­ либден, вольфрам, графит и углеродные спецматериалы.

Печи отличают низкий уровень газоотделения, малая тепловая инерция, ускоренное охлаждение садки. В табл. 37 приведены тех­ нические данные некоторых колпаковых печей. Новый тип колпаковых печей с принудитель­ ным охлаждением приведен в табл. 38.

Параметр Среда в рабочем пространстве Рабочая температура, °С Кратковременно допустимая температура, °С Мощность, кВт Напряжение, В

Размеры рабочего пространства, мм Градиент температуры в рабочем пространстве, °С Размеры камеры нагрева, мм

Максимальная масса загрузки, кг Остаточное давление в рабочей камере, мм рт. ст.

Расход охлаждающей воды, м3/ч Способ охлаждения загрузки

Система управления технологиче­ скими режимами

Габаритные размеры печи (включая подъем), мм

СГВЭ-3,3.3,8/14 И1 (PZ810) СГВЭ-3,3.3,8/14 И2 (PZ 865) Вакуум, инертный газ

1400 ison

Программируемая электронная или микропроцессорная, количество программируемых точек температурной кривой - 23, в том числе нагрев - 13, охлаждение - 10, регистрация давления и температурной кривой (темпе­ ратура в 4 точках печной камеры)

1000x1300x2750 2780x4190x3120