Справочник по пайке

В зависимости от конструкций нагрева­ тельных установок применяют кварцевые йод­ ные лампы накаливания в различных исполне­ ниях. Наиболее часто используют прямые лам­ пы инфракрасного нагрева для работы в гори­ зонтальном положении (табл. 85).

Кварцевая трубчатая лампа накаливания типа НИК-220-1000 Тр предназначена для соз­ дания интенсивного теплового потока, ее инерционность (время с момента включения до достижения номинального значения энергети­ ческого потока) составляет 0,6 с. Лампы на­ полнены аргоном под давлением 60 Па и иодом в количестве 1 2 мг. Наличие паров иода обеспечивает стабильность энергетического и светового потоков. При длительной эксплуата­

ции ламп указанного типа допускается откло­ нение их оси от горизонтального положения не более 5°, а температура вводов в процессе ра­

боты не должна превышать 350 °С.

Наряду с аргонно-иодными лампами применяют лампы с ксеноно-йодным наполне­

типа КГТ - длиной до 500 мм с вольфрамовой моноспиралью диаметром 10 75 мм.

Для создания потоков с высокой плотно­ стью излучения применяют йодные лампы накаливания с отогнутыми концами типа КИО-220-2500. Плотность излучения в этих лампах повышена выносом цоколей за зону рабочей части (участок действия инфракрасно­ го потока), табл. 86.

Напряжение, В Потребляемая мощность, кВт Температура, °С

Продолжительность горения, ч ...............

Размеры (длина лампы х длина отогнутого конца), мм Масса, г

При применении кварцевых ламп следует учитывать технологические особенности про­ цесса пайки с использованием припоя с легкоиспаряющимися компонентами, в результате чего не только нарушается отражающая способ­ ность рефлекторов, но и значительно сокраща­ ется эксплуатационный ресурс самих ламп, что обусловлено помутнением колб и поглощением ими теплового потока. Кроме того, при флюсо­ вой пайке, особенно в тех случаях, когда блоки ламп размещены под изделием, лампы могут сравнительно быстро выходить из строя под действием стекающего паяльного флюса. В та­ ких случаях для защиты ламп используют смен­ ные кварцевые пластины-экраны.

В качестве источников инфракрасного излучения применяют металлические радиаци­ онные нагреватели из нихрома в виде прутков, полос, сварных решеток, а также из тугоплав­ ких металлов, например, в многопозиционной установке типа УПТ для пайки тонкостенных трубопроводов. Нагреватель в этой установке изготовлен из ниобия, выполнен разъемным и

охватывает непосредственно место соединения [18]. Технические характеристики установки для зонального безокислительного нагрева неповоротных стыков стальных и титановых трубопроводов под высокотемпературную пай­ ку приведена в табл. 88.

88.Технические характеристики установки типа УПТ

Установка состоит из пульта управления, нагревательных постов со сменными нагрева­ тельными устройствами, которые соединены с постами гибкими водоохлаждаемыми кабеля­ ми. Разъемные нагреватели позволяют паять соединения трубопроводов в любом простран­ ственном положении. Стабильность режимов процесса и надежность работы установки обес­ печены применением системы непрерывного регулирования температуры на бесконтактных элементах.

Электронно-лучевые установки. При электронно-лучевом нагреве поток электронов, сформированный в электронной пушке и на­ правленный на паяемые поверхности, имеет мощность, равную произведению тока на на­ пряжение, ускоряющее электроны. Достигая поверхности материалов, мощность частично переходит в теплоту, так как вторичные и от­ раженные электроны в нагреве не участвуют. Для практических тепловых расчетов исполь­ зуют выражение, связывающее теплофизиче­ ские параметры металлов с параметрами ре­ жимов пайки:

, г"хг“Н )

Ur\Q

где X - теплопроводность паяемого материала; Гпл - температура плавления припоя; т| - элек­ тронный КПД процесса; 0 - безразмерная тем­ пература, предложенная Н. Н. Рыкалиным для тепловых расчетов; а - паяльный зазор; s - толщина соединяемых элементов.

Процесс пайки на электронно-лучевых установках характеризуется высоким КПД процесса. Концентрация энергии в луче позво­ ляет предельно сократить продолжительность взаимодействия расплавленного припоя с паяемыми материалами и тем самым сохранить их свойства. Для изготовления высокоточных изделий, собранных из тонкостенных и разнотолщинных элементов, используют установки с местным нагревом (сфокусированный элек­ тронный луч) и общим нагревом (сканирую­ щий поток электронов).

Пайку узлов из керамики и тугоплавких металлов с местным нагревом в ПО «Светлана» (С.-Петербург) производят с применением электронно-лучевых установок с пушкой типа У50А.

Для пайки узлов медицинского инстру­ мента с нагревом сканирующим потоком элек­

тронов применяют установку ЭЛУ-4 с пушкой ЭЦ-60/10. С целью исключения перегрева и оплавления кромок изделия, а также равномер­ ного прогрева зоны соединения электронный пучок колеблется в результате подачи импуль­ сов синусоидальной или пилообразной формы от генератора НГПК-ЗМ на отклоняющую сис­ тему пушки.

Отсутствие тепловой инерционности при пайке изделий на электронно-лучевых уста­ новках позволяет с большой точностью авто­ матически управлять процессом нагрева. На­ пример, для изготовления стальных теплооб­ менников трубчатого типа применяют уста­ новку ЭЛН-11, где нагрев всех соединений на трубной доске производится сканирующим лучом, табл. 89. Такой метод позволяет нагре­ вать лишь поверхность трубной доски и концы трубок, что предотвращает стекание припоя в межтрубную полость.

Установка «Луч-3» предназначена для пайки трубчатых конструкций из высокоактив­ ных металлов и сплавов с нагревом кольцевым электронным пучком, получаемым в высоко­ вольтном тлеющем разряде при температурах до 2000 °С. На кольцевой катод нагревателя, размещенный изолированно между двумя дис­ ковыми анодами, подается высокое напряже­ ние отрицательной полярности относительно земли. В кольцах анода расположены электро­ магнитные катушки, обеспечивающие откло­ нение пучка при настройке на место соедине­ ния. Рабочая камера установки выполнена в виде двух цилиндров, расположенных по оси проходного отверстия нагревателя. В нижнем цилиндре диаметром 325 мм имеется механизм вертикального перемещения изделий; верхняя камера диаметром 160 мм служит приемником, табл. 90.

89. Технические данные установки ЭЛН-11

90. Технические характеристики установки «Луч-3»

Механизм перемещения изделий снабжен устройством останова в зоне пайки на герконовых датчиках, настраиваемых по линейке с наружной стороны камеры. Перемещение из­ делий в рабочей камере - примерно на длине 900 мм с возможностью останова через каждые 5 мм с точностью 0,2 мм. Электронный нагре­ ватель и рабочая камера размещены на одном каркасе с откачной системой, состоящей из форвакуумного агрегата АВМ 50-1, высокова­ куумного паромасляного насоса Н-2Т, трубо­ проводов и кранов, приводимых в действие с автономного пульта управления.

Лазерные установки. Излучение опти­ ческого квантового генератора (лазера) харак­ теризуется большой интенсивностью потока электромагнитной энергии, высокой монохро­ матичностью, значительной степенью временнбй и пространственной когерентности. Вследствие этого лазерное излучение отличает­ ся от других источников электромагнитной энергии очень узкой направленностью. Диапа­ зон длин волн, генерируемых различными типа­ ми лазеров, применяемых для технологических

малой площади за сравнительно короткое вре­ мя позволяет использовать лазер для соедине­ ния тончайших изделий или их сочетания с массивными элементами конструкций, а также изделий, материалы которых чувствительны к тепловому воздействию.

Процессы нагрева при пайке лазером ха­ рактеризуются воздействием высококонцен­ трированным и малоинерционным источником теплоты при передаче энергии излучения на изделие. Однако падающий на поверхность изделия световой поток частично отражается, и только часть его проходит вглубь тела. Плот­ ность поглощенной дозы излучения для боль­

шинства практических случаев изменяется внутри объема твердого тела (по закону Бугера):

<7v(z) = 9 v „ 0 - tf) e - “ ,

где <7v(z), <7 VQ - соответственно объемные

плотности дозы излучения на расстоянии z от поверхности и непосредственно на поверхно­ сти тела, Вт/см3; (1 - R) - коэффициент, харак­ теризующий поглощательную способность; а - коэффициент поглощения света, см-1

Для теплового расчета лазерной пайки можно рассмотреть случай контактирования соединяемых материалов по границе раздела, в частности материала с припоем-покрытием. Для этого рассматривается задача о нагреве двухслойных материалов при условии их иде­ ального контакта, описываемая системой диф­ ференциальных уравнений, учитывающих тем­ пературу нагрева в зависимости от длительно­ сти импульса, фокусного расстояния, состоя­ ния поверхности нагреваемого тела и других параметров [14].

Лазерная установка представляет собой комплекс оптико-механических и электриче­ ских приборов, основным звеном которого является оптический квантовый генератор на рубиновом или другом кристалле. Действие квантового генератора основано на явлении индуцированного испускания световой энергии возбужденными атомами из кристалла под действием облучения импульсной лампой. Для создания необходимой плотности энергии ин­ дуцированного излучения световой луч фоку­ сируется через систему линз в узкий пучок, который и создает необходимую температуру в зоне пайки. В зависимости от конструктивных особенностей, массы и свойств соединяемых материалов используют лазерные установки соответствующей мощности. Основные техни­ ческие данные лазерных установок приведены в табл. 91.

Установки для пайки световым лучом.

Концентрированный нагрев сфокусированной лучистой энергии имеет ряд преимуществ, основными из которых являются бесконтакт­ ный подвод энергии к изделию, возможность передачи энергии через оптически прозрачные оболочки в контролируемой газовой среде, в вакууме и, что особенно важно для процессов пайки, нагрев различных материалов происхо­ дит независимо от их электрических, магнит­ ных и других свойств.

Приме ча ние . Напряжение питания всех установок 220/380 В, частота тока 50 Гц.

«Квант-10»

12,0

10,0

10 20

0,4 1,4

1,0

Стекло с неодимом

1225х1040х

х930

1375х540х

х540

0,35

Оптический источник теплоты, представ­ ляющий собой эллипсоидный отражатель в сочетании с дуговой ксеноновой лампой, наи­ более перспективен для пайки изделий с регу­ лированием энергетических параметров за счет изменения формы и размеров пятна нагрева. Такой процесс характеризуется локальностью нагрева зоны соединения до температурного уровня, позволяющего применять любые высо­ котемпературные припои. Для пайки узлов электровакуумных приборов используют уста­ новки с оптической головкой, выполненной на базе ксеноновой газоразрядной лампы высоко­ го давления ДКсР-5000М мощностью 5 кВт. Максимальная температура, получаемая в фо­ кусе оптической системы установки, составля­ ет 1400 1700 °С, диаметр фокальной области 6 15 мм, производительность процесса пай­ ки 3 5 мин. В установках могут быть ис­

пользованы также лампы ДКсР-ЗОООМ и ДКсШ-1000.

Оборудование для светолазерных и световых технологий пайки, сварки, на­ плавки и термообработки. Совмещение тех­ нологических возможностей двух высокоэнер­ гетических методов нагрева конструкций обес­ печивает дополнительный качественный эф­ фект при пайке, сварке тонколистовых конст­ рукций и их последующей термообработке.

Научно-производственный центр НПЦ «МГМ-1» при ОАО «НИИТ АВТОПРОМ» (Москва) предлагает оборудование и техноло­ гию для интегрированных методов лазерной сварки, пайки и наплавки с совмещенным све­ товым подогревом.

Комплект оборудования включает: лазер твердотельный импульсно-периодического действия мощностью до 500 Вт, с частотой

импульсов до 300 Гц; световодный узел с фо­ кусирующей головкой; световую установку мощностью до 10 кВт.

Оборудование имеет следующие досто­ инства:

- используется интегрированный метод светолазерной сварки, пайки и наплавки с со­ вмещенным световым подогревом, что обеспе­ чивает повышение скорости процесса нагрева при пайке и сварке листов толщиной до 1,0 мм, повышение производительности и качества при напайке (жидкофазной наплавке) жаропроч­ ными металлическими порошками;

- обеспечивается закрытие зазора перед лазерным лучом, что исключает прожоги тон­ колистовых соединений и снижает затраты на подготовку кромок;

- механические испытания соединений показали, что разрушение происходит не в зоне соединения, а по основному металлу.

С помощью этого оборудования можно выполнять пайку и сварку конструкций из тон­ колистовых (0,5 1,0 мм) однородных и разно­ родных материалов (углеродистые и коррозион­ но-стойкие стали, никелевые, титановые, алю­ миниевые и другие сплавы, неметаллические

материалы - пластмасса, керамика и т.д.), а также напайку, наплавку с последующей тер­ мообработкой.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПАЙКИ

Процессы газопламенной пайки обладают большой технологической гибкостью, а их тепловые режимы обеспечиваются примене­ нием различных составов газовых смесей (табл. 92, 93).

Тепловые процессы газопламенной пайки. При газопламенной пайке нагрев обу­ словлен вынужденным конвективным и лучи­ стым теплообменами между потоком горючей смеси пламени и соприкасающимся с ним уча­ стком поверхности изделия. Значение лучистого теплообмена невелико и составляет 5 10 % от общего теплообмена. Таким образом, пламя горелки местного поверхностного источника теплоты можно рассматривать как конвектив­ ный теплообменный источник. Интенсивность вынужденного конвективного теплообмена в основном зависит от разности температур пла­ мени и нагреваемой поверхности, а также от скорости ее перемещения относительно потока

пламени. В общем виде удельное количество теплоты q пламени можно выразить правилом Ньютона:

q =a'(T „ -T ),

где а ' - коэффициент теплоотдачи между пла­ менем и нагреваемым материалом, равный сум­ ме коэффициентов вынужденного конвективно­ го и лучистого теплообменов [ккал/(см2 • с • °С)]; Тп и Т - температуры соответственно потока газов пламени и поверхности материала, на которую направлен поток пламени, °С.

Коэффициент а ' в процессе повышения температуры материала уменьшается, поэтому выбирать его значения следует из сопоставле­ ния экспериментальных данных и результатов теоретических расчетов.

Характер распределения теплового пото­ ка пламени по пятну нагрева зависит от угла наклона пламени, расстояния от сопла до на­ греваемой поверхности и средней скорости истечения горючей смеси из сопла горелки. Эффективная тепловая мощность пламени q' зависит в основном от расхода горючего газа (рис. 26). Эффективность нагрева (КПД) оце­ нивается отношением эффективной мощности пламени к полной тепловой мощности qH, под­ считываемой по низшей теплотворной способ­ ности горючего:

где Уа- расход ацетилена, л/ч.

На рис. 26, б видно, что с увеличением расхода горючего, вследствие изменения усло­ вий теплообмена пламени с поверхностью ма­ териала, эффективность нагрева снижается. Следовательно, производительность процесса газопламенного нагрева определяет расход горючего газа [2].

Ацетиленовые генераторы подразделяют: - по предельному давлению - на генера­ торы низкого давления (до 0,01 МПа), среднего

(до 0,07 МПа) и высокого (0,07 0,15 МПа);

-по применению - на передвижные и стационарные;

-по способу взаимодействия карбида

кальция с водой - на системы: КВ - карбид в воду, ВК - вода на карбид (с вариантами мок­ рого и сухого процессов), ВВ - вытеснением воды.

Передвижные ацетиленовые генераторы предназначены для работы при температурах окружающего воздуха от -28 до 40 °С; стацио­ нарные - от 5 до 35 °С. Технические данные ацетиленовых генераторов, установок и стан­ ций приведены в табл. 94 и 95.

Баллоны. Баллоны предназначены для хранения и транспортирования газов в сжатом, сжиженном или растворенном состоянии. Наи­

более распространены баллоны вместимостью 40 л, массой 0,06 т, рассчитанные на избыточ­ ные давления до 20 МПа. В них хранят и тран-

Средства взрывозащиты (предохрани­ тельные затворы) предназначены для защиты ацетиленовых генераторов и трубопроводов от проникновения в них взрывной волны при об­ ратном ударе, а также от попадания кислорода или воздуха.

Для газов - заменителей ацетилена ис­ пользуют затворы, предназначенные для аце­ тилена, или универсальные (табл. 98).

Редукторы предназначены для пониже­ ния давления газа, поступающего из баллона или распределительного трубопровода, до ра­ бочего давления, под которым газ поступает в горелку, и для автоматического поддержания давления на заданном уровне. Все типы редук­ торов разделяют:

в зависимости от назначения: Б - бал­ лонные, Р - рамповые, С - сетевые;

по видам газа: А - ацетиленовые, К - ки­ слородные, М - метановые, П - пропан-бута- новые;

по схеме регулирования: О - одноступен­ чатые (однокамерные) с механической уста­ новкой давления, Д - двухступенчатые (двух­ камерные) с механической установкой давле­ ния, У - одноступенчатые (однокамерные) с пневматической установкой давления от специальных управляющих (пусковых) редук­ торов;

по принципу действия - прямого и обрат­

ного.

Наибольшее применение получили редук­ торы обратного действия как более надежные в работе. Регулирующая коммуникационная аппаратура приведена в табл. 99-101. Для сжиженных газов применяют редукторы трех типов и регуляторы расхода газа (табл. 102).