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. 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. 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 испарителя 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. 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 3. 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), 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.
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 теплопровод-ностей материала наконечника, припоя и паяемых деталей, от температуры, от площади поверхности контакта нагреваемой детали и “жала” наконечника. Припой, переходя в жидкое 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. 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. Кавитацион-ное 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.
Совершенствование процессов пайки паяльником привело к созданию постов, содержащих, кроме паяльника, подставки пружинного типа, механизм подачи припоя, вентиляционные 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. 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.
