Справочник по пайке

линлра или призмы, см; В - ширина призмы, см; Я - толщина призмы, см.

В случае пайки изделий сложной формы

^общ —

где = 0,9 0,45 - коэффициент формы пая­ емого изделия:

где /и и t0 - соответственно время сквозного нагрева изделия и контрольного образца, мин.

При пайке изделий волной расплавленно­ го припоя зависимость температуры нагрева от зазора между паяемым выводом, помещенным в отверстие, следующая:

( T - T M){Dm - D , ) = n ,

где Т и Гпл - соответственно температуры при­ поя в волне и плавления припоя, °С; D0TBи DBсоответственно диаметры металлизированного отверстия и вывода радиоэлемента, мм.

Повышение температуры припоя в волне увеличивает его теплосодержание и тем самым обеспечивает увеличение скорости процесса пайки в жестко заданном интервале времени.

Установки для пайки погружением в расплав припоя. Пайку погружением в рас­ плавленные припои разделяют на низко- и вы­ сокотемпературную. Низкотемпературная пай­ ка погружением в припои имеет две разновид­ ности: погружением непосредственно в рас­ плав припоя и волной или струями припоя. Наиболее широко для лужения и пайки изде­ лий используют электрованны, представляю­ щие собой корпус из коррозионно-стойкой стали, в котором размещен расплавленный припой. Ванна обогревается электронагревате­

лем соответствующей мощности и имеется теплоизоляция.

При пайке массивных и крупногабарит­ ных изделий применяют специальные установ­ ки со стационарными ваннами. Высокоэффек­ тивна установка АМО «АВТОЗИЛ» для пайки опорных пластин к трубкам остова автомо­ бильных радиаторов в стационарной ванне, где в основной ванне с припоем помещена ванноч­ ка в виде двух сообщающихся сосудов. Уро­ вень припоя поддерживается непрерывной его подачей посредством центробежного насоса.

В производственном объединении «Ра­ диатор» (Оренбург) используют восьмипози­ ционную установку карусельного типа, на ко­ торой паяют опорные пластины радиатора ото­ пителя кабины тракторов и сельхозмашин с механизированным транспортированием изде­ лий. Ванна оснащена электрическими нагрева­ телями; подача расплавленного припоя в ти­ гель пайки осуществляется шнековым питате­ лем. Установка имеет блокировки, предотвра­ щающие возможные аварийные ситуации; ос­ нащена защитными экранами и вытяжной вен­ тиляцией. Для массового выпуска изделий при пайке погружением установки снабжены спе­ циальными устройствами для дозированной подачи припоя (например, пайка галев для ткацких станков осуществляется на автомати­ ческих установках с тремя черпачковыми ван­ ночками, которые подают расплавленный при­ пой определенными дозами одновременно к трем местам пайки с производительностью до 60 изд./мин).

Автоматические паяльные устройства применяют также для изготовления консерв­ ной тары. Технические характеристики двух паяльных устройств для производства кон­ сервной тары приведены в табл. 69.

В производстве печатных плат на автома­ тических линиях используют агрегаты для пайки погружением с нагнетателями различных конст­ рукций, рассмотренных в [4]. Наряду с погруже­ нием в низкотемпературные припои в промыш­ ленности производят пайку изделий погружени­ ем в высокотемпературные припои. Подготов­ ленные к пайке изделия погружают частично или полностью (например, в расплав латуни, покры­ той слоем флюса). После предварительного по­ догрева до температуры около 200 °С их погру­ жают в ванну с припоем до 950 °С и выдержи­ вают в зависимости от массы изделий 20 40 с.

В массовом производстве твердосплавных буровых коронок и долот пайку латунью или специальным высокопрочным припоем произ­ водят на комплексно-механизированных линиях Кузнецкого машиностроительного завода. В их состав входят роторный стол с подвесками, ин­ дуктор для предварительного нагрева изделий, тигель с расплавленным припоем, обогреваемый ТВЧ, механизмы подачи и дозирования припоя, селитровая ванна с вращающимся барабаном для изотермической закалки паяного инстру­ мента, ванна для промывки в горячей воде, пла­ стинчатые конвейеры, источники питания МГЗ-102 и МГЗ-108 и пульты управления. Зуб­ ки угольных комбайнов и врубовых машин паяют на роторных автоматах с производитель­ ностью 5 млн изд./год.

Печи-ванны для пайки погружением в расплавы солей. Печи-ванны по конструктив­ ному оформлению подразделяют на тигельные, соляные электродные однофазные с циркуля­ цией соли, соляные прямоугольные электрод­ ные и электродные трехфазные (табл. 70).

Печи-ванны состоят из несущего металли­ ческого корпуса, в котором размещены тепло­ изоляция, огнеупорная кладка с вмонтирован­ ными в. нее электронагревателями. В нагрева­ тельное устройство помещен тигель с крышкой. Для измерения температуры расплава соли слу­ жит коленчатая термопара. В конструкции од­ нофазной соляной печи-ванны С-45 нагрев осу­ ществляется электродами, погруженными в со­ левой расплав с принудительной циркуляцией.

Пайку массивных изделий производят в прямоугольных печах-ваннах С-50, С-100, СКВ-5152 и др. Новозыбковский завод (Брян­ ская обл.) изготовляет печи-ванны типа СВС-100/13 (М-01), которые применяют для пайки изделий в интервале температур 850 1300 °С. Они высоко производительны и могут быть рекомендованы для крупносерийного и массового выпуска изделий.

Для производства свертиых труб применя­ ют печи-ванны мощностью 430 кВт. Трубы по­ гружают в расплав хлористых солей (100 % ВаС12 или 80 % ВаС12 + 20 % NaCl). Питание 12 электродных групп осуществляется от шести трансформаторов ТПТ-160/21 ПК. Печь-ванна имеет горизонтальное расположение электродов, что обеспечивает интенсивную циркуляцию расплавленной соли под действием электромаг­ нитных полей, благодаря чему температура рав­ номерна по всему объему. Средняя зона, защи­ щенная от электрического тока, предназначена для протягивания труб в процессе пайки. На поточной линии производят формовку и пайку стальных свертных труб диаметром 6 12 мм со скоростью 10 м/мин с одновременной отмыв­ кой соли с труб и обеспечением высокой чисто­ ты поверхности изделий [13]. Для пайки изделий используют различные смеси солей в зависимо­ сти от температуры плавления припоя (табл. 71).

Пайка погружением в соляных печахваннах нашла широкое применение при изго­ товлении конструкций из алюминия и его спла­ вов. Поскольку температура плавления окислов алюминия и магния выше 2000 °С, то для их удаления при температуре ниже температуры плавления паяемого материала необходимы активные химические реакции. С этой целью используют составы расплавленных солей (табл. 72, 73), в которых активную роль играют фтористые соли и, в частности, эвтектические соединения 3KFA1F3 + A1F3, состоящие из 54 % A1F3 + 46 % KF (оптимальное содержание эвтек­ тики не должно превышать 12 %).

Для пайки погружением в расплавах со­ лей необходим предварительный подогрев изделий. Для этого применяют камерные элек­ тропечи, индукционный нагрев, а также специ­ альные нагревательные печи типа ПАП (печи аэродинамического подогрева). Технические данные некоторых печей приведены в табл. 74.

Рециркуляционные печи аэродинамиче­ ского подогрева работают по принципу нагрева без применения электрических нагревателей. Тепловая энергия образуется в результате вра­ щения ротора центробежного вентилятора в закрытом теплоизолированном объеме. Темпе­ ратура регулируется изменением поперечного сечения всасывающего отверстия. Передача теплоты нагреваемым изделиям исключает местные перегревы и недогревы конструкций даже сложной конфигурации и обеспечивает равномерность нагрева ±5 °С. Установки ПАП с защитной газовой средой используются для пайки алюминиевых теплообменников [6, 9].

8294

ПОГРУЖЕНИЕМ ПАЙКИ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЕ

чо

ы

Преимущества пайки погружением непо­ средственно в расплавы солей не всегда могут быть реализованы (например, в случае пайки

титана и других активных металлов). Поэтому изделия из таких металлов и сплавов помеща­ ют в герметичный контейнер, в который пода­

ется контролируемая среда или создается ваку­ ум, и погружают в печь-ванну с расплавом солей, нагретую до заданной температуры.

Основное преимущество пайки погруже­ нием с косвенным нагревом контейнера - это его устойчивость благодаря наличию на его поверхностях пленки соли, защищающей его от окисления, что позволяет изготовлять кон­ тейнеры из тонколистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Существенное повышение скоростей процесса контейнерной пайки погружением в расплавы солей дает наибольший эффект при автоматизированной системе управления, на­ пример в производстве теплообменников с использованием установки с полуавтоматиче­ ским циклом работы (табл. 75).

Повышение эксплуатационной стойкости тигля печи-ванны достигается футеровкой, выполняемой на растворе с алюмофосфатной связкой. Электродная группа выполнена таким образом, что одна часть, состоящая из трех электродов, расположенных по периметру тиг­ ля, подключается к трехфазному трансформа­ тору. Другая часть, также состоящая из трех электродов, соединенных общим кольцом, рас­ положена на равном расстоянии от первых трех электродов. Таким образом, общая группа электродов (фаза и нуль) обеспечивает актив­ ную циркуляцию соли за счет возникающего в ванне электромагнитного эффекта.

Печь-ванна оборудована загрузочным устройством, работающим по автоматическому циклу: перемещение контейнера с паяемыми изделиями, его погружение, выдержка и вы­ грузка после пайки. Автоматическое поддер­ жание температуры солевого расплава и тер­ мический цикл процесса обеспечиваются сис­ темой регулирования с обратной плавной свя­ зью. Для периодического пополнения ванны солью и поддержания постоянного уровня ис­ пользован механический шнековый загрузчик.

75. Технические характеристики установки

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ

Пайка электросопротивлением - про­ цесс, протекающий за счет теплоты, выделяе­ мой при прохождении электрического тока через паяемые детали и токоподводящие эле­ менты паяльных устройств; при этом соеди­ няемые детали служат частью электрической цепи. Нагрев электросопротивлением осущест­ вляют на машинах для контактной сварки, в специальных устройствах с ручными клещами и электролитах.

Тепловые процессы при нагреве элек­ тросопротивлением. Пайка электросопротив­ лением протекает при быстром повышении температуры в местах соприкосновения соеди­ няемых элементов за счет резкого роста элек­ трического сопротивления. Количество тепло­ ты, необходимое для образования соединения Q = Q\ + Qi + Qh расходуется:

- на нагрев столбика металла с суммар­ ной толщиной паяемых элементов и припоя 15, либо покрытия с объемной суммарной тепло­ емкостью Icy, зажатого между электродами диаметром </э, до расчетной температуры плав­ ления припоя Тп пр:

2 , = ^ ; 1 8 В Д пр;

- на нагрев кольца материала шириной х, окружающего центральный столбик, до температуры (1/4)Г„.пр:

Qi = k\*x(d, +*)Z6I<7 jT ’n np •

где x =4-fat a - температуропроводность соединяемых материалов и припоя (выбирают наибольшее значение); t - длительность нагре­ ва; к\ = 0,8 - коэффициент, учитывающий не­ равномерность нагрева кольца;

- на нагрев прилегающего к изделию уча­ стка электродов толщиной х' до температуры

(1/8)7; пр:

где с'у’ - объемная теплоемкость металла электродов; к2 - коэффициент, зависящий от формы электродов: при цилиндрическом элек­ троде к2= 1; при коническом - к 2= 1,5.

Задаваясь длительностью процесса пайки изделий, можно рассчитать необходимую силу тока во вторичной цепи:

-с

Vo,:24mRropt

электродами при температуре пайки; рт - удельное электросопротивление паяемого ма­

коэффициент, учитывающий уменьшение элек­ тросопротивления вследствие растекания тока; А0 - коэффициент, зависящий от отношения d0/8 (рис. 24); d0 - диаметр, средний между диаметром электрода и диаметром пятна пая­ ного соединения.

Исследования в области тепловых про­ цессов при электроконтактном точечном на­ греве позволили установить расчетные зависи­ мости для распределения температур в зоне соединения [4]. Диаметр зоны нагрева dn до температуры пайки Тп может быть вычислен по формуле

dп = С/

I ГсжСУГп ’

где / - сила тока, А; / - длительность протекания тока, с; Рсж- усилие сжатия электродов, кН; р - удельное электросопротивление, Ом см; а в - предел прочности паяемого материала, МПа;

с- теплоемкость паяемого материала, Дж • °С;

у- плотность, кг/м3; С - эмпирический коэф­

фициент, для углеродистых и коррозионно-

Рис. 24. Зависимость коэффициента А0от отношения do/ 5

Клещи для пайки электросопротивле­ нием. Пайка электросопротивлением с помо­ щью клещей применяется в монтажных услови­ ях, а также при невозможности перемещения изделия к стационарному нагревательному обо­ рудованию и в случаях необходимости соеди­ нения элементов в труднодоступных местах (табл. 76-78). Установка контактной точеч­ ной сварки УК-0401 - мобильная установка, оснащенная ручными клещами и пистолетом для профессиональной качественной сварки, пайки.

Машины подвесные для точечной кон­ тактной сварки и пайки предназначены для работы в поточных линиях. Аппаратура управ­ ления на интегральных микросхемах размещена в едином блоке со сварочным трансформатором. Машины комплектуются регулируемой по вы­ соте подвеской и различными типами клещей или сварочным пистолетом, см. табл. 77.

Если ручные клещи для пайки электросо­ противлением нашли применение для соедине­ ния сравнительно небольших по размерам из­ делий, то при больших объемах выпуска изде­ лий из разнотолщинных элементов или конст­ рукций из материалов, имеющих разные теп­ лофизические свойства, чаще всего применяют сварочное оборудование - машины для кон­ тактной сварки, переоборудованные под пайку.

76. Установка контактной точечной сварки УК-0401 (ЗАО «МИДАСОТ-Т», Москва)

446х430х

Габариты источника питания, мм

х920

Специальные установки для пайки электросопротивлением. Для массового произ­ водства изделий используют специальные полу­ автоматические установки для пайки электросо­ противлением. На специализированном прессе К602, разработанном в ИЭС им. Е. О. Патона, осуществляют пайку электросопротивлением уплотнительных колец с корпусами вентилей трубопроводной арматуры. Номинальная пер­ вичная мощность пресса 730 кВт, вторичное напряжение без нагрузки изменяется ступенча­ то в пределах 4,75 9,50 В, максимальный ток во вторичной цепи до 100 кА, сила сжатия плит регулируемая (6 50 МН). Последователь­ ность и регулирование продолжительности всего цикла процесса пайки обеспечивает ти­ ристорный регулятор времени РВУ-200.

Пайку концов секций к петушкам коллектора осуществляют на автомате АПК-1, в котором якорь устанавливают в центрах. Поворот якоря производится электромагнитной муфтой. Концы секций обмоток с коллекторными пластинами соединяют электроконтакгным нагревом от элек­ тродов, укрепленных на штоке пневмоцилиндра. Следящая система позволяет точно фиксировать положение электрода. Продолжительность процес­ са пайки регулирует реле времени, подающее ко­ манду на подъем электродов в исходное положе­ ние, после чего происходит поворот шпинделя с якорем на одну ламель. Цикл работы повторяется до полного оборота коллектора, табл. 82.

Гибридные интегральные схемы паяют методом плавления покрытия-припоя в полуав­ томатическом режиме на установке МС-64П2-1, в которой электрод с помощью вакуумной при­ соски подает кристалл из кассеты и совмещает его с контактной площадкой на подложке и прижимает с определенной силой. В течение импульсного нагрева электрода происходит пайка, а через заданное время после кристалли­ зации припоя электрод поднимается в исходное

82. Технические характеристики автомата АПК-1

Установки с инфракрасным излучени­ ем. Носителями теплового инфракрасного из­ лучения являются электромагнитные волны длиной 0,4 40 мкм. Тепловые процессы при нагреве подчиняются закону Планка распреде­ ления лучистой энергии (рис. 25): интенсив­ ность излучения растет с повышением темпе­ ратуры, максимум излучения смещается при этом в сторону более коротких волн. Расчет производят по закону Стефана-Больцмана, применимому к серым телам, для которых кри­ вые Планка имеют непрерывный характер и подобны кривым абсолютно черного тела при одинаковых температурах. В этом случае энер­ гия полного излучения q = еСо0 = С0. Величи­

ну еС0 = С называют коэффициентом излуче­

ния серого тела (табл. 84).

Для каждого конкретного случая пайки изделий в зависимости от их конфигурации производят необходимый расчет по методикам, приведенным в специальной литературе [ 19].

В производстве тонколистовых паяных конструкций применяют установки с кварцевы­ ми лампами (с температурой спирали 1000 °С) и с рефлекторами с одной или нескольких сто­ рон. Такие установки могут быть с нагревом в вакууме, в контролируемых и воздушной сре­ дах. В последнем случае установки используют

(fc-ffl*Вт/(мг-мкм)

Рис. 25. Распределение энергии излучения абсолютно черного тела по длинам волн (кривые Планка) при различных температурах тела

для соединения изделия низкотемпературными припоями ввиду ограниченной стойкости квар­ цевого стекла ламп при нагреве до высоких температур на воздухе.