Kvasnickij_Pajka_mat

Способи паяння та джерела теплоти

Для низькотемпературного паяння алюмінію і його сплавів застосовуються спеціальні паяльники – ультразвукові і абразивні, що забезпечують руйнування оксидних плівок. Для цього ультразвукові паяльники мають вібруючу стальну щітку. В абразивних паяльниках робочий стержень, вставлений у мідну втулку, що нагрівається від електронагрівача, виготовляють пресуванням порошку припою з асбестом, який служить абразивом.

Паяння нагрітими штампами використовується для товстостінних виробів із складною криволінійною поверхнею, великою площею паяння. Внутрішня поверхня штампів відповідає формі з’єднуваних деталей. Нагрівання в штампі, наприклад, розміщеному в печі, попередньо складених деталей з встановленим в зазорах припоєм забезпечує рівномірні притискання і нагрівання деталей.

Для паяння тонкостінних деталей складної форми використовують масивні металеві або графітові блоки, які розігріваються в індукторі або в електронагрівачах. Акумульоване блоками тепло використовують для нагрівання деталей до температури паяння.

Для паяння великогабаритних деталей з плоскою зовнішньою формою замість блоків доцільно використовувати нагрівальні мати, які складаються з ніхромових або інконелевих стрічок-нагрівачів, ізольованих м’якою склотканиною із каолінових волокон.

1.3. Паяння зануренням

Нагрівання деталей під час паяння без доступу повітря може здійснюватися їх зануренням у розплавлені солі, флюс, припій або розігріту олію. Вони виконують крім звичайних функцій також роль теплоносія. Наприклад, для паяння припоєм з температурою плавлення до 200 ºС можна застосувати силіконове масло, нагріте до 250 ºС.

11

Паяння матеріалів

Нагрівання деталей здійснюється внаслідок теплообміну між металом заготовок і рідким середовищем, нагрітим до температури на 20…40 ºС вище температури плавлення припою.

До недоліків процесу паяння зануренням відносяться підвищені витрати електроенергії, солей, флюсів, припою, складових елементів рідкої ванни за рахунок випаровування, швидке забруднення ванни.

При застосуванні солевих ванн паяння можна проводити з непрямим нагріванням деталей, які розміщують у герметичному контейнері, що занурюється в розплав. Попередньо в контейнері створюють певне газове середовище або вакуум.

У радіоелектроніці широко застосовують паяння хвилею припою, схему якого показано на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема паяння хвилею припою:

1 – електронагрівач; 2 – плата приладу; 3 – хвиля; 4 – сопло; 5 – припій

Розплавлений припій під дією вібраційного насосу утворює над рівнем розплаву хвилю припою, яка забезпечує паяння.

12

Паяння матеріалів

завантажують складеними заготовками, а після паяння із них вивантажують готові вироби.

Для паяння в шахтних і камерних електропечах опору можуть використовуватись контейнери. При проведенні досліджень в лабораторних роботах застосовуються шахтні і камерні печі для паяння низькотемпературними припоями з флюсами в повітряній атмосфері. Одну з таких печей показано на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Камерна електропіч опору:

1 – корпус; 2 – робоча камера; 3 – прилад вимірювання температури; 4 – термопара; 5 – терморегулятор; 6 – дверцята

В лабораторних роботах використовується також вакуумна електропіч СНВ-1,3.1/20И1.

Вакуумні електропечі конструктивно оформляються в різних варіантах. Нагрівачі вакуумних електропечей виготовляють із ніхрому, хромелю, тугоплавких матеріалів (вольфраму, молібдену, графіту). Останні легко окиснюються на повітрі і руйнуються, але добре працюють у вакуумі.

14

Способи паяння та джерела теплоти

Для створення в робочих камерах вакууму застосовують вакуумні системи (рис. 1.7). Форвакуумний насос 1 забезпечує вакуум до 10 Па. Для створення вакууму до 10-2 Па використовують дифузійний насос 5 із нагрівачем 8. Сильфонний компенсатор 2 запобігає поширенню вібрації від механічного насоса. Вакуумні вентилі 4, 10 забезпечують підключення форвакуумного насоса безпосередньо до робочої камери або через дифузійний насос. Вентиль 9 призначено для напуску в робочу камеру повітря після закінчення паяння і охолодження деталей.

Рис. 1.7. Схема вакуумної системи і з’єднання вакуумних насосів:

1 – форвакуумний насос; 2 – сильфонний компенсатор вібрації; 3 – фільтр; 4, 9, 10 – вакуумні вентилі; 5 – дифузійний насос; 6 – заслінка вакуумного затвора;

7 – вакуумний затвор; 8 – електронагрівач дифузійного насоса

У робочій камері створюється попередній вакуум (форвакуум) механічним насосом 1 через вентель 10 (вентилі 4, 9 і заслінка 6 вакуумного затвору 7 закриті). Після цього включається лінія створення глибокого вакууму шляхом закриття вентиля 10 і відкриття вентиля 4 та заслінки 6 вакуумного затвора 7. Вакуум в печі (вакуумній системі) контролюється вакуумметром.

Принцип дії вакуумного обладнання більш детально описано в роботі [1].

15

Паяння матеріалів

Вакуумна піч СНВ-1,3.1/20И1 має вольфрамовий нагрівач і її нагрівання без створення вакууму призведе до його руйнування. Вакуумна система печі забезпечує вакуум не гірше 5·10-2 Па. Температура в робочій камері досягає 1600 ºС.

1.5. Паяння в установках для дифузійного зварювання і паяння у вакуумі

Установки для дифузійного зварювання у вакуумі, сконструйовані під керівництвом проф. М.Ф. Казакова, як правило, мають індукційне нагрівання струмами високої частоти і можуть успішно застосовуватися для паяння. Це стосується також інших установок з радіаційним або електронно-променевим нагріванням. В лабораторних роботах використовуються установки УДСВ-ДТ і ВВУ-1Д, створені в Національному університеті кораблебудування. Схему установки УДСВДТ показано на рис. 1.8.

Установка має форвакуумний насос 13 типу ВН-1МГ, дифузійний насос 1 типу Н5-СМ1, електромагнітний кран 12 для напуску повітря в камеру 9 і два вакуумних електромагнітних крани 2, один із яких з'єднує форвакуумний насос безпосередньо з робочою камерою, а другий – з дифузійним насосом. На текстолітовій плиті 3, розміщеній на каркасі 14, знаходяться робоча вакуумна камера 9, ручний гідравлічний насос 10 і вузол гідравліки, що складається з двох колон 8, з'єднаних верхньою і нижньою траверсами. До верхньої траверси кріпиться трипоршневий гідравлічний циліндр 6, що забезпечує стискування деталей і підйом штоків. Тиск масла в гідросистемі вимірюють манометром 7. Зусилля стискування від поршнів гідроциліндра передається на деталі через три штоки, розташовані в одній площині і введені у вакуумну камеру через сильфонні ущільнення 5. Три штоки дозволяють рівномірно розподіляти зусилля по великій площі зварювання або паяння. Максимальне зусилля

16

Способи паяння та джерела теплоти

стискання деталей складає 50 кН. Воно створюється за допомогою ручного гідравлічного преса 6 з максимальним тиском масла 15 МПа.

Рис. 1.8. Схема вакуумної установки УДСВ-ДТ для дифузійного зварювання деталей лопаток газових турбін:

1 – дифузійний насос; 2, 12 – вакуумні електромагнітні крани; 3 – плита каркасу; 4 – вакуумний затвор;5 – сильфонний ввід штока; 6 – гідроциліндр;

7 – манометр; 8 – колона гідровузла; 9 – вакуумна камера; 10 – гідравлічний насос; 11 – резервуар для масла гідросистеми; 13 – форвакуумний насос; 14 – каркас установки

Зварюються і паяються деталі у вакуумній камері 9. Корпус робочої вакуумної камери об'ємом 54 л виготовлено з нержавіючої сталі. Вона має сорочку для водяного охолодження. Відкидна передня стінка з оглядовим вікном зі спеціального скла діаметром 160 мм щільно притискається до корпусу камери через гумове ущільнення спеціальними пристроями. Вакуумна камера з'єднана з дифузійним насосом 1 через вакуумний

17

Паяння матеріалів

затвор 4 типу ДУ-160. Попередній вакуум у робочій камері створюється форвакуумним насосом 13, а високий вакуум – дифузійним паромасляним насосом 1. Вакуум 1,3·10-2 Па створюється в робочій камері за 5 хв.

Робота на установці ведеться в такій послідовності. Перед зварюванням чи паянням деталі зачищають і знежирюють. Підготовлені до з’єднання деталі встановлюють у камеру 9. Відкачування повітря із камери до тиску 13,3 Па ведеться форвакуумним насосом 13, а потім до 5·10-3 Па дифузійним 1. Після досягнення необхідного вакууму деталі нагрівають до температури процесу паяння. В установці передбачене індукційне нагрівання деталей струмами високої частоти. Температура розігрітих деталей контролюється термопарами.

Після закінчення зварювання закривають вакуумний затвор 4 і відкривають кран 12 напуску повітря в камеру. При цьому форвакуумний насос відкачує повітря з дифузійного насоса. У робочій камері ведеться вивантаження–завантаження деталей.

Установки типу УДСВ-ДТ забезпечують вакуум до 1,3·10-2…6,6·10-3 Па, який створюється дифузійними насосами. Для зварювання і паяння високоактивних металів і сплавів побудовані високовакуумні установки

(рис. 1.9).

Універсальна установка ВВУ-1Д призначена для дифузійного зварювання і паяння складних за конфігурацією та громіздких вузлів із тугоплавких і активних металів, жароміцних сплавів, композиційних і керамічних матеріалів, нанесення покриттів і припоїв методами іонноплазмового та термічного напилення. Об'єм робочої камери дорівнює 3,53 м3, максимальна температура деталей – 1600…1800 °С. В установці передбачено радіаційне нагрівання та нагрівання струмами високої частоти. Потужність нагрівального обладнання – 120 кВА.

Вакуумна камера оснащена допоміжними механічними маніпуляторами та механізованими пристроями, які забезпечують

18

Способи паяння та джерела теплоти

виконання технологічного циклу виготовлення партії деталей без розгерметизації камери.

Рис. 1.9. Схема високовакуумної установки ВВУ-1Д:

1 – форвакуумний насос НВЗ-20; 2 – вакуумний агрегат АВП-2; 3 – бустерний насос БН-3; 4 – форвакуумний насос ВН-6ГМ; 5 – електродуговий вакуумний насос АВЭД-40/80;

6 – вузол гідравліки; 7 – вакуумна камера

В установці ВВУ-1Д вакуум 1,3·10-5 Па створюється за допомогою форвакуумних насосів НВЗ-20 і ВН-6ГМ, бустерного насоса БН-3, вакуумного агрегата АВП-2 та електродугового вакуумного насоса АВЭД-40/80. Форвакуумний насос ВН-6ГМ відкачує з камери повітря до 13,3 Па і потім вимикається. Подальша відкачка ведеться насосами НВЗ-20, БН-3, АВП-2 і АВЭД-40/80.

1.6. Паяння газовим полум’ям та дуговим розрядом з порожнім катодом

Цей спосіб паяння широко застосовується завдяки простому обладнанню, автономності, можливості нагрівання незалежно від масогабаритних характеристик деталей та низькій вартості. Як горючий

19

Паяння матеріалів

газ використовують ацетилен, природний газ, метан, пропан, бутан, водень, пари бензину, керосину, спирту тощо. Газополуменеве паяння здійснюють за допомогою стандартне обладнання для газополуменевої обробки металів. Для паяння низькотемпературними припоями виробів невеликих розмірів випускаються паяльні лампи (рис. 1.10) та спеціальні комплекти, до яких входять малі балони з газом та спеціальні пальники. Пальники комплектують кількома наконечниками для зміни потужності полум’я.

Для паяння водневим полум’ям доцільно отримувати водень в спеціальних установках, що випускаються промисловістю для електролізу води.

Для паяння деяких виробів, наприклад круглого і трубчатого перерізу, випускаються спеціальні багатополуменеві пальники. Пальники для різних газів відрізняються один від одного лише розмірами отворів у мундштуках, інжекторах та змішувальними камерами.

Для локального нагрівання деталей при паянні перспективним є застосування дугового розряду з порожнім катодом, при якому електричну дугу у вакуумі стабілізують введенням у розряд невеликої кількості інертного газу, наприклад аргону [1]. Катод виготовляють у вигляді трубки діаметром 2,0…8,0 мм з танталу або вольфраму. Катод вставляється в водоохолоджуваний мундштук.

Паяння проводиться у вакуумній камері. Через отвір катода подається аргон з витратою 1…4 л/год. При малих силах струму дуга має дифузну форму і додатково може стабілізуватися магнітним полем. Розряд займає проміжне положення між електронним променем і плазмовим струменем.

У лабораторних роботах використовується установка дугового розряду з порожнім катодом ”Розряд-1”. Нагрівання металу відбувається при довжині дуги біля 10 мм напругою 18…20 В, силі струму 15…60 А.

20