Паять нужно при полном погружении, так как нагрев изделия идет более равномерно, и не происходит окисления части детали, не погруженной в ванну. При опускании в ванну плоских изделий в горизонтальном положении под ними могут образовываться воздушные мешки, что приводит к появлению не-смоченных мест в соединении; поэтому их погружают под некоторым углом к зеркалу ванны.
Пайка погружением в соляных (флюсовых) ваннах имеет следующие недостатки: повышенный расход электроэнергии, связанный с потерей теплоты через зеркало жидкой ванны в результате излучения и конвекционного обмена; необходимость устранения наплывов припоя с изделия после пайки; необходи- мость удаления воздушных мешков в изделии, особенно при горизонтальном расположении зазоров; существенные остаточные деформации при пайке трубчатых телескопических узлов, например труб велорам; трудность отмывки солей и особенно флюсов после пайки; обеспечивает низкую коррозионную стойкость декоративных защитных покрытий на изделиях, паяных погружением в расплаве солей; значительный расход солей (флюсов) и припоя; необходимость рафинирования расплавов жидких ванн от примесей; экологическую вредность процесса.
Особой экологической вредностью отличаются соляные ванны, теплоноситель в которых представляет собой расплав хлористых и фтористых солей щелочных и щелочно-зе-мельных металлов. При их использовании необходимо обеспечить не только безопасные условия для персонала, но и обезвредить стоки после отмывки деталей. Флюсовые ванны, теплоноситель в которых представляет собой расплав оксидов, менее вредны, но технологические возможности их ограничены в основном деталями простой формы. Сейчас наблюдается устойчивая тенденция к замене этого оборудования на менее экологически вредное.
Некоторое распространение в промышленности получил способ пайки в нагретом масле. Силиконовое масло может быть нагрето без защиты до 250°С. В такой ванне осуществляется пайка припоями с температурой плавления около 200°С. При пайке погружением в нагретый глицерин необходимо учитывать, что он имеет температуру вспышки 177°С. Поэтому при более высокой температуре необходимо защищать глицериновую ванну, например углекислым газом, и иметь встроенную противопожарную систему.
При пайке печатных плат применяется разновидность пайки погружением в припой — пайка волной припоя. Сущность этого способа заключается в том, что пайка происходит при соприкосновении места будущего спая с припоем, фонтанирующим над поверхностью жидкой ванны. Волна жидкого припоя, попадая к месту будущего спая, смывает флюс. При этом улучшаются условия нагрева места спайки, поверхность припоя становится чистой от оксидов и загрязнений. Для предотвращения образования натеков припоя в виде мостиков и сосулек изделию при пайке сообщают некоторую вибрацию. Расход припоя в ванне восполняется путем постепенного погружения питающего слитка в ванну с помощью поплавкового регулятора. Последнее поколение оборудования для пайки волной припоя отличается простотой в эксплуатации, экономичностью и высокой производительностью. Так, комплекс с шириной волны 250…350 мм оснащен новой модульной линией для пайки, устройством для промывки, транспортной системой, устройством для обезжиривания и бесконтактной кодировочной систе- мой, обеспечивает автоматическое управление параметрами пайки.
Тиристорные преобразователи обладают рядом преимуществ перед электромашинными: лучшими возможностями для регулирования, малой инерционностью; более высоким КПД; более широким диапазоном оптимальных нагрузок без дополнительных согласующих устройств; малыми (на уровне номинальных) пусковыми токами; бесшумностью работы и др.
В блок ввода питания входят устройства коммутации, электромагнитной и тепловой защиты со стороны питающей сети, измерительные трансформаторы, приборы, измеряющие входные параметры. Через него подается питание на выпрямитель. В выпрямителе происходит преобразование переменного напряжения, частотой 50 Гц в постоянное. Блок фильтра разделяет цепи средней частоты и постоянного тока; отдельные элементы фильтра служат элементами инвертора. Функцией инвертора является преобразование постоянного напряжения в напряжение средней частоты. Блок управления, регулирования и защиты обеспечивает управление тиристорами выпрямителя и инвертора, пуск преобразователя, регулирование режима (стабилизацию одного из параметров), а также все виды защиты. Иногда в комплект входит согласующее устройство (трансформатор, автотрансформатор).
Передача энергии от генератора в нагреваемое изделие производится посредством специального устройства — индуктора. Конструкция и размеры индукторов зависят от размеров и конфигурации нагреваемого узла, числа узлов, подвергающихся одновременной пайке, способа их загрузки и выгрузки, электрофизических свойств паяемых изделий, мощности и частоты генератора. Индуктор состоит из провода, иногда снабженного магни-топроводом, токопроводящих шин и контактных колодок для подключения к понижающему трансформатору. Для того чтобы индуктор не расплавился (сила тока в нем достигает 2 кА и более), его изготовляют из медной трубки, по которой циркулирует вода.
Большое влияние на интенсивность нагрева оказывают зазоры между индуктором и деталью. Уменьшение зазора увеличивает удельную мощность, подводимую к детали, и сужает зону нагрева, однако отклонение положения детали в индукторе при малых зазорах приводит к большой неравномерности нагрева. Поэтому применять зазоры менее 2 мм не рекомендуется. В этой зоне выделяется наибольшее количество теплоты. В остальных зонах детали нагрев происходит за счет теплопроводности.
Равномерность нагрева увеличивается вследствие уменьшения частоты тока. Однако возникающие при индукционном нагреве силы взаимодействия электромагнитного поля индуктора и поля нагреваемого изделия направлены на отталкивание детали от индуктирующего провода. Эти силы зависят от частоты и мощности, подводимой к деталям для их нагрева. Поэтому, выбирая низкие частоты и режимы для получения равномерного нагрева, надо учитывать, что нижний предел частоты и мощность нагрева могут быть ограничены не только фактором снижения КПД, но и необходимостью удерживать собранные под пайку детали от смещения во время нагрева. Наиболее часто пайку проводят при высоких частотах (1 кГц … 1,75 мГц). Индукционная пайка с использованием токов частотой 50 Гц применяется только для крупногабаритных изделий и встречается крайне редко.
— Основное направление развития оборудования для пайки — механизация и автоматизация технологических процессов. Для газопламенной и индукционной флюсовой пайки можно добиться высокой степени автоматизации всех технологических операций: нагрева, нанесения припоя и флюса (чаще всего пасты, включающей оба компонента), очистки после пайки и др. Все большее распространение получат установки с программным управлением. Основной род установок — конвейерные и карусельные. Перспективны разработки установок как широкого профиля, так и узкоспециализированных, например, установок для газопрессовой пайки.
— Перспективно развитие компактных источников для получения кислородно-водородного пламени за счет электролиза воды. Кроме замены дефицитного ацетилена можно существенно изменить процесс газопламенной пайки, ввиду более легкого программного дозирования количества теплоты. Такие источники могут быть применены для деталей различных размеров, в том числе миниатюрных. Эффективно применение новых источников теплоты: светового, лазерного, инфракрасного излучения, причем как при высокотемпературной, так и при низкотемпературной пайке. Программное управление технологическим процессом при этом легко реализуется.
— Автоматизированные технологические линии с использованием низко- и высокотемпературной пайки как ведущего технологического процесса, например для узлов радио и электронной промышленности, различного рода теплообменников (например, автомобильных и тракторных радиаторов и др.) должны быть оснащены оборудованием не только для пайки, но и для подготовительных и вспомогательных операций.
— При увеличении производства изделий из новых материалов, в том числе неметаллических, значительно возрастает потребность в оборудовании для пайки в различных защитных средах, особенно в вакууме. Перспективно применение установок со сложными технологическими процессами, например, с ионной очисткой изделий перед пайкой, нанесением после этого покрытий и др. оборудования для пайки как на воздухе, так и в вакууме. В частности, большие перспективы имеют карусельные вакуумные установки (типа У-925, П-126).
— Большие возможности имеются в разработке вспомогательного оборудования: для нанесения припоев, очистки поверхности изделий перед пайкой и после нее для получения порошков припоев, аморфных лент, паяльных паст и др. Унификация узлов и агрегатов позволит компоновать новые установки из имеющихся компонентов. Одной из неотложных задач являются стандартизация и создание банка данных по оборудованию на современном уровне, когда эти данные можно анализировать с помощью компьютера.
Сварка выполняется по двухэлектродной схеме неплавящимся электродом в среде аргона. Во время сварки головка с электрододер-жателями неподвижна, вращаются детали.
Установка Н предназначена для механизированной сварки в защитной среде азота кольцевых швов силовых полупроводниковых приборов, свариваемый материал — ковар и коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т. В состав установки входит вращатель, узел элек-трододержателей и трехпозиционный стол. На первой позиции происходит центровка и фиксация изделия в цанге вращателя, на второй позиции из изделия откачивается воздух (разрежение менее 1,31 Па), а затем происходит заполнение камеры азотом. На третьей позиции происходит сварка кольцевого стыка. При сварке вращается изделие, двухэлектрод-ная головка неподвижна. После окончания сварки производится выгрузка сваренного изделия. Производительность установки составляет 180…200 изделий/ч.
Автоматическая установка Н-108 работает по методу контактного плавления при герметизации трубных каналов из коррозионно-стойкой стали. Отличительной особенностью установки является то, что приварка заглушек производится внутри трубы на глубине до 4 м. Двухэлектродная сварочная головка приводится в движение приводом, установленным снаружи у торца трубы.
Сварка контактным плавлением может производиться на переменном или постоянном токе. В качестве источников питания могут быть использованы трансформаторы, выпрямительные устройства, кислотные или щелочные аккумуляторы электроэнергии, обеспечивающие необходимые электрические параметры сварочной цепи. Сила сварочного тока обычно составляет 100…500 А и более при напряжении холостого хода 2…6 В.
Источники питания. Для сварки контактным плавлением Институтом электросварки им. Е. О. Патона созданы специализированные источники питания типов И и И-18. Главным требованием, предъявляемым к специализированным источникам питания, является обеспечение стабильности режима сварки по установленной программе, независимо от колебаний напряжения питающей сети, нагрева токопроводящих кабелей и электродов и многих других факторов, влияющих на параметры сварочной цепи. На рис. представлена диаграмма одной из возможных технологических программ изменения силы сварочного тока во времени . Первый участок программы характеризуется плавным ростом силы тока, что позволяет исключить выброс металла в контакте электрод—деталь в начальный момент сварки. На участке сила тока должна стабильно поддерживаться постоянной. На участке происходит плавное снижение силы тока в связи с окончанием сварки, что исключает появление кратеров и выброс металла из сварного шва на заключительном этапе сварки. В ряде случаев участок может быть более сложным.
В состав источника питания И входит однофазный силовой трансформатор. Стабилизация режима сварки и управление по заданной программе осуществляются тиристор-ным регулятором напряжения типа РНТО, включенным в первичную обмотку сварочного трансформатора. При сварке постоянным током сварочная головка подключается к источнику через выпрямительный блок. Переменное напряжение сварочного трансформатора выпрямляется диодами блока с последующей фильтрацией дросселем. Стабилизация амплитуды выпрямленного напряжения производится ограничительными диодами блока, шунтирующими сварочную цепь. Питание источника осуществляется от сети с напряжением 220 В. Пределы регулирования сварочного тока 5… 1500 А.
Более совершенный источник питания И представляет собой выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток номинальным напряжением 380 В в постоянный. Управление процессом сварки осуществляется с помощью микропроцессорной системы на базе однокристальной микроЭВМ. Регулирование силы тока в сварочной цепи и выполнение заданной программы его изменения производится посредством блока силовых транзисторов (типа ТКД 165-250-1), включенного последовательно в сварочную цепь. Система управления допускает набор 16-ти программ, при необходимости их число может быть увеличено до 32. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А.
Источник питания И-185 отличается от И-176 наличием однофазного силового сварочного трансформатора. Управление током сварочной цепи осуществляется посредством тиристорного контактора серии КТ, включенного в первичную цепь силового трансформатора. Блок программного управления выполнен на базе однокристальной микроЭВМ. Пределы регулирования сварочного тока 10… 1000 А, питание источника осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В.
Лазерное технологическое оборудование создается в виде автоматизированных лазерных технологических комплексов (АЛТК), чтобы обеспечить высокие производительность и точность обработки, а также снижение вспомогательного времени подачи заготовки в зону обработки и съема готовых деталей. Система автоматического управления АЛТК содержит локальные САУ-ТЛ,. Иногда целесообразно применение лазерного технологического оборудования с ручным управлением. Наличие робота в составе АЛТК не обязательно. Его применение оправдано при работе АЛТК в составе конвейера или когда необходимо дополнительно манипулировать обрабатываемым изделием.
В АЛТК используются газовые и твердотельные лазеры, работающие в непрерывном и импульсном режиме генерации. Это, как правило, С02-лазеры и лазеры на иттрий-алюминиевом гранате; очевидно, что в ближайшее время в АЛТК для резки будут применяться также эксимерные лазеры. Требования к лазерам, применяемым в АЛТК, приведены в табл.
СТФИ служит для транспортировки лазерного пучка от лазера до фокусирующей системы и его фокусировки. Система транспортировки лазерного пучка состоит из поворотных зеркал с устройствами юстировки, проходного датчика мощности, оптического затвора и в некоторых случаях входного коллиматора, которые расположены в защитном кожухе. Объем кожуха заполняют обеспыленным и непо-глощающим данное излучение газом (например, азотом). Иногда такие световоды делают гибкими с поворотными зеркалами, установленными на шарнирных сочленениях, которые обеспечивают поворот зеркала на угол в 2 раза меньший, чем изменение угла между осями падающего и отраженного пучка. При мощности излучения менее 1 кВт и когда требования к качеству пучка невысоки применяют гибкие волоконные световоды. Фокусирующая система гибких световодов легко сочленяется с захватом робота, который перемещает ее относительно обрабатываемого изделия согласно программе.
