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.
Оборудование для пайки погружением. Основным элементом такого оборудования является специальная ванна, в которой размещается жидкий теплоноситель (соль, флюс, припои, масло и др.). Футеровка ванны должна обеспечивать возможность длительной работы в контакте с жидким теплоносителем. Разогрев теплоносителя в ванне производится с помощью размещенных в ней электродов или элементов футеровки, используемых в качестве нагревателей. Заданная температура в ванне, как правило, поддерживается автоматически.
Нагрев паяемой детали происходит в результате передачи теплоты от жидкой среды, нагретой до температуры пайки. Скорость нагрева деталей при таком способе в 3…6 раз больше, чем в воздушных печах. Слой соли или припоя защищает паяемое изделие от окисления как в процессе нагрева в ванне, так и при охлаждении на воздухе после того, как оно вынуто из ванны.Наиболее распространен способ пайки в жидких расплавленных солях, флюсах или припоях. Такой способ высокопроизводителен, так как допускает одновременную быструю пайку большого количества деталей и легко может быть механизирован. Число деталей, погружаемых одновременно в ванну, ограничено объемом ванны и снижением жидкой среды вследствие нагрева погружаемых деталей. Значительное преимущество пайки в соляных и флюсовых ваннах — возможность совмещения этого процесса с нагревом под закалку. Длительность процесса редко превышает 2 мин и обычно контролируется реле времени. Большая равномерность и скорость нагрева значительно снижает рост зерен и степень обезуглероживания. Характеристика соляных ванн приведена в табл.
При достаточно большом соотношении масс жидкой ванны и паяемого изделия этот способ позволяет поддерживать температуру расплава с точностью до ±5°С, обеспечивая минимальные тепловые деформации паяемых деталей, а следовательно, высокую точность паяемого соединения.
Иногда перед полным погружением паяемого изделия в ванну необходимо нагреть место соединения до температуры расплавления припоя. Например, если проволока припоя располагается снаружи у зазора и при полном погружении изделия в ванну припой может расплавиться раньше, чем место спая нагреется до температуры пайки, что приведет к сте-канию его с детали. Предварительный подогрев места соединения в этом случае достигается частичным погружением собранной детали на 1…2 мин в соляную ванну таким образом, чтобы припой оставался выше уровня ванны. Когда температура соединения достигает температуры пайки, деталь полностью погружается в ванну. Если припой в виде фольги располагается в зазоре между соединениями деталей, то
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.
Оборудование для пайки горячим газом. Нагрев горячим газом нашел применение при низкотемпературной пайке печатных плат, остовов автотракторных радиаторов, для выравнивания вмятин кузовов автомашин. В качестве газа при этом способе используют воздух, аргон, сухой водяной пар и др. При пайке печатных плат газ от магистрали повышенного давления через нагревательное устройство и сопло рабочих головок попадает к местам пайки на плате, где предварительно располагают припой и флюс. Термический цикл пайки регулируется по температуре газа и скорости перемещения платы и рабочей головки.
Для пайки медно-латунных автотракторных радиаторов припоя ПОССУ 30-2 в атмосфере сухого водяного пара и продуктов разложения хлористого аммония В. П. Акимовым разработана установка, состоящая из корпуса шахтного типа с расположенным в нем вертикально замкнутым конвейером с кассетами, на которых размещены паяемые остовы радиаторов. Рециркуляция теплоносителя осуществляется с помощью вентилятора. Между газогенератором и вентилятором расположен узел ввода активных добавок.
При низкотемпературной пайке или лужении дефектных мест кузовов автомобилей на них после очистки наносят пасту, размягчаемую в потоке горячего воздуха в течение 15…20 с, растирая ее деревянным шпателем и придавая слою пасты требуемую форму. При этом предотвращается термическая деформация пластмассовых и резиновых деталей, смонтированных на кузове.
Оборудование для дуговой пайки. Нагрев теплотой электрической дуги нашел применение при пайке проводов, узлов приборов и двигателей. Дуга может возбуждаться: между фольгой припоя, заложенной в зазор между соединяемыми деталями и угольным или графитовым электродом; между паяемым изделием и электродом из припоя; между двумя угольными электродами, закрепленными в приспособлении [5]. Источниками питания дуги служат сварочные машины, понижающие трансформаторы или блоки аккумуляторных батарей. Угольные (диаметром 10… 12 мм) или графитовые (диаметром 6…8 мм) электроды, применяемые при пайке, должны быть изготовлены из чистого угля или графита. Электроды имеют конусную форму (длина конусной части равна двум диаметрам электрода).
При пайке дугой косвенного действия один из полюсов источника постоянного тока подключают к подставке, соприкасаемой с паяемым изделием, а другой полюс — к электроду. После возбуждения дуги между угольным электродом и фольгой припоя, последний плавится и заполняет зазор. При дуговой пайке цветных металлов используют отрыв капель расплавленного припоя с помощью импульсов высокочастотного электромагнитного поля. Этот метод обеспечивает высокую стабильность массы капель припоя. В качестве плавящегося электрода применяют медь, серебро, бронзу. Применение дуговой бесфлюсовой пайки алюминия и его сплавов с изменением полярности электрического тока и подачей в зону пайки инертного газа позволяет осуществить преимущественно стыковое соединение.
Оборудование для плазменно-дуговой пайки. Этот метод пока не получил распространения. Перспективно его применение для микроплазменной пайки, которая использует стандартное оборудование, например МПУ-4Ж. С использованием микроплазменного нагрева успешно паяются тонкостенные конструкции (в основном тела вращения) из углеродистой и коррозионно-стойкой стали, титана и др. Пайка осуществляется плазменной дугой обратной полярности при напряжении 15… 17 В и силе тока 10… 12 А.
Большие возможности у микроплазменного нагрева при ремонтной пайке. Этот процесс может осуществляться с присадкой припоя или без него, если припой имеется вокруг дефектного места. Так, при пайке пластинчато-ребристых теплообменников часто появляются дефекты в местах соединения угловых элементов с матрицей, а также разделительных пластин с проставками. Обычно эти дефекты устраняются газопламенной пайкой с использованием припоя ПСр. При этом изделие часто бракуется. Применение этого метода позволяет устранить многие наружные дефекты теплообменника без распайки соседних мест и без изменения внешнего вида изделия. Процесс чаще всего проводится без дополнительной присадки припоя.
Оборудование для пайки световым лучом. Нагрев концентрированным световым лучом в настоящее время широко используется для низко- и высокотемпературной пайки благодаря бесконтактному подводу теплоты, возможности проводить процесс пайки в требуемой атмосфере независимо от электрических и магнитных свойств материалов, легкости управления теплопоступлением и контролем, возможности механизации и автоматизации.
Установка для пайки световым лучом состоит из модуля лучистого нагрева, источника питания, координатного стола, систем управления и контроля, системы охлаждения.
Модуль лучистого нагрева представляет собой эллипсоидный отражатель 2, в одном фокусе которого располагается источник излучения 1. В качестве источника излучения используют дуговые ксеноновые лампы с воздушным охлаждением типа ДКСШ мощностью 0Д…1 кВт и комбинированным (воздушным и водяным) охлаждением типа ДКСР мощностью до 10 кВт.
Дуговая ксеноновая лампа выполнена в виде шарового баллона из кварца, в котором расположены два вольфрамовых электрода.-Лампа заполнена ксеноном под давлением 0,4… 1 МПа. При работе лампы давление в ней возрастает до 1…3 МПа, что приводит к сжатию дуги и формированию высококонцентрированного источника излучения. Спектр излучения лежит в интервале длин волн 0,2…2,4 мкм. Большая часть энергии (50…60%), подведенной к лампе, преобразуется разрядом в излучение, спектр которого состоит из 10% излучения ультрафиолетовой области, 35% — видимой области и 55% — инфракрасной. Такой спектр более эффективен для нагрева металла, чем излучение ламп накаливания, так как коротковолновая часть спектра лучше поглощается.
