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 чисто- ты к корпусу кастрюли из коррозионно-стойких сталей . 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 АД0О, а также сборки и пайки корзинки (сетки к обручу) изготовленных из коррозионно-стойких сталей 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 использован высокочастотный ламповый генератор типа ВЧ. 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. Для пайки, как правило, применяют сканирующий или расфокусированный пучок электронов.
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.
Сканирующим электронным лучом паяют также трубки теплообменников с трубной доской из коррозионно-стойкой стали никелевыми припоями или припоем ВПр2 на установке ЭЛН. 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-ных 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 интенсивностью лазерного излучения изменяют длительность воздействия, площадь пятна нагрева (фокального пятна), выходную энергию.
Лазерная установка представляет собой комплекс оптико-механических и электрических приборов, основным звеном которого является оптический квантовый генератор. 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 све-товолоконную 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.
