ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ НАГРЕВА ПАЯЕМЫХ ИЗДЕЛИИ
Нагревательное оборудование н инструмент должны прежде всего обеспечивать возможность реализации выбранного для пайки изделия термического цикла пайки. Среди близких по техническим возможностям и характеристикам представителей нагревательного оборудования н инструмента выбирают наиболее экономичные.
Исходной информацией при этом служат технические требования к готовому изделию, план выпуска изделий и сроки их изготовления, технические возможности технологического оборудования.
Выбор нагревательного оборудования начинают с анализа габаритных размеров паяемого изделия, его массы и особенностей конструкций, способов пайки СП1, СП2, СПЗ, цикла давления н ТЦП.
Оборудование выбирают по параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное назначение и технические возможности. Физическая величина, характеризующая главный параметр оборудования, устанавливает взаимосвязь последнего с размерами обрабатываемого на нем изделия. Производительность оборудования определяется па основе анализа времени изготовления изделия заданного качества.
Современное паяльное производство характеризуется многообразием применяемого нагревательного оборудования, большая часть его заимствована из других видов производств. При этом заимствованное оборудование используется либо непосредственно, либо дорабатывается с учетом специфических особенностей паяемых изделий, Процесса нх изготовления и характера производства.
К первой группе оборудования с общим нагревом относятся электротермические установки, установки со сканирующим электронным лучом, оптического нагрева н для пайки волной припоя. Во вторую группу оборудования с локальным нагревом входят паяльники, газопламенные горелки, паяльные лампы, плазменные горелки, установки с нагревом электросопротивлением и посты индукционной пайки.
Такое разделение является условным, поскольку не всегда можно нрнвестн четкое разграничение между указанными группами оборудования. Например, пайку нескольких составных частей малогабаритного изделия можно осуществить за счет одновременного нагрева всех соединений с использованием оборудования второй группы. И наоборот, оборудование первой группы можно применять для раздельного нагрева каждого места пайки.
По способу преобразования электрической энергии в тепловую н привода тепла к нагреваемому объекту электротермические установки подразделяются на электроустановки сопротивления н индукционные нагревательные установки. В установках электросопротивления тепло выделяется в проводниках при прохождении по ицм электрического тока. При этом проводники могут быть твердые и жидкие. К установкам с твердыми проводниками относятся электропечи сопротивления и установки инфракрасного нагрева, а к установкам с жидкими проводниками — электрические ванны.
Электропечи сопротивления — наиболее распространенный вид нагревательного оборудования, применяемого в производстве пая-
иых изделий. Электропечи сопротивления разделяются по следующим основным признакам [84]:
1) по роду работы н конструктивным признакам — на печн периодического (камерные, шахтные и колпаковые) н непрерывного (конвейерные с рольганговым подом, толкательные н карусельные) действия;
2) по атмосфере в рабочем - пространстве ■—на печи с окислительной (воздушной) средой, с контролируемыми (защитными или восстановительными) атмосферами н вакуумные;
3) по рабочей температуре — на низкотемпературные (до 450°С), среднетемпературные (до 1000°С) н высокотемпературные (до 1600-С).
В электропечах периодического действия паяемое изделие через загрузочное отверстие (окно) загружают в рабочее пространство, в котором изделие, как правило, неподвижно в течение нагрева и выдержки прн температуре пайки. Выгружают изделие из печи через то же отверстие.
Камерные печи просты по конструкции, универсальны н позволяют в широких диапазонах варьировать параметры температурно - временного режима пайки. К недостаткам камерных печей относятся трудность обеспечения равномерного нагрева по всему объему рабочего пространства н создания в печи газовой среды заданного состава прн кратковременных режимах пайки, сложность механизации загрузки и выгрузки.
Печи с конвективной теплоотдачей снабжены вентиляторами, создающими принудительную циркуляцию в рабочем пространстве.
Печи, рассчитанные на работу с контролируемыми атмосферами, полностью герметизированы (табл. 92).
Таблица 92. Рабочие характеристики камерных электропечей сопротивления__________________________________________ ________________________ ■
« Установленная мощность. *2 Расход защитной среды для печей (сверху вниз) 10—1?; 4 и 7—8 м3/ч соответственно. м Максимальная темпе, ратура. |
Шахтные печн выполняются в виде круглых, квадратных или прямоугольных шахт, открытых сверху и прикрываемых крышкой. Шахтные печи просты н компактны, легки в обслуживании; для нх загрузки можно использовать цеховые подъемно-транспортные механизмы; относительно просто обеспечить нх герметизацию. Недостатки таких печей — меньшая универсальность по сравнению с камерными печами; сложность эксплуатации в случае применения контролируемых атмосфер при кратковременных режимах пайкн; повышенный удельный расход электроэнергии.
В печах с диаметром рабочего пространства 400 и 600 мм для подъема крышки используют ручной рычажный механизм, в печах диаметром 1000 н 1500 мм — электромеханический, диаметром 2500 мм н выше — с пневмоприводом. Печн с рабочей температурой до 700°С предназначены для работы с окислительной и активной газовой средами, а печн с рабочей температурой до 1000 и 1300°С— для работы с активной газовой средой. Печи с рабочей температурой до 700°С оборудованы центробежным вентилятором, смонтированным на выемной' подовой пробке. Для защиты изделия от прямого излучения нагревателей между изделием и нагревателями устанавливают тепловые экраны. Ниже приведены основные пв'ра - метры некоторых шахтных электропечей сопротивления с контролируемой атмосферой:
Тнп печи |
СШЗ-25.50/10-ЛІ |
ЗСШЗ-8.40/10 |
ОКБ-31 |
N, кВт.......................... |
600 |
336 |
285 |
£раб, °С......................... |
1000 |
1050 |
900 |
Размеры рабочего пространства, мм: d........ |
2500 |
800 |
1350 |
h................................. |
5000 |
4000 |
3000 |
Колпаковые печн могут быть цилиндрическими нлн прямоугольными, одно - или многоколпаковымн. Их используют для пайки изделий больших размеров. Колпаковые печн просты н надежны, дают возможность в широких диапазонах варьировать режимы пайки, позволяют беспрепятственно монтировать и устанавливать изделия. Недостатки колпаковых печей обусловлены необходимостью использования цеховых кранов большой грузоподъемности. Нагреваемое изделие устанавливают на футерованный стенд, перекрытый подовой плитой, и закрывают колпаком.
В зависимости от технологического процесса одни колпак может обслуживать несколько стендов. В печах с контролируемой атмосферой изделие закрывают муфелем, в который подают рабочий газ. Одновременно муфель защищает изделие от непосредственного излучения нагревателя. В безмуфельных печах для этого служит тепловой экран. Уплотнение колпака и муфеля и герметизацию внутренних пространств обеспечивают с помощью песочных затворов, установленных на стенде. Напряжение подводят к стенду, а через контактные соединения — к нагревателям колпака.
Водородные колпаковые печи используют для пайки изделий в активной газовой среде, создаваемой чистым водородом нли смет сями водорода с другими газами. В отлнчне от печей с атмосферой из инертных газов водородные печи взрывоопасны. Для безопас - ностн работ в водородных печах предусмотрены системы продувки, отбора проб газа, взрывные клапаны, блокировка н сигнализация при повышении давлення, контроль расхода газа, «сброс» водорода (горящие факелы) и т. п.
Нагреватели в печах с рабочей температурой 1200 и 1800°С изготавливают нз молибдена, а с температурой 2200°С — из вольфрама. Водородные печн имеют водоохлаждаемые колпаки (камеры) н тепловые экраны. Ниже приведены основные параметры колпако - вых электропечей для пайки в атмосфере водорода:
Тнп печн |
*Р»6, |
Расход газа, |
d, мм |
Н, мм |
N, кВт |
СКБ-7001А....................... |
°С 1200 |
м3/ч 0,5 |
1700-1800 |
2050 |
40 |
СКБ-7001Б........................ |
1200 |
0,7 |
450 |
900 |
27 |
СКБ-7018 ......................... |
1600 |
1,5 |
500 |
500 |
200 |
СКБ-7049 ......................... |
2000 |
1,0 |
200 |
300 |
118 |
4059.005 ........................... |
1200 |
3,5 |
670 |
1400 |
250 |
ЛН-3360 ........................... |
1200 |
0,06 |
170 |
250 |
20 |
Электропечи сопротивления непрерывного действия В электропечах непрерывного действия паяемые изделия с помощью транспортирующего устройства передвигаются от загрузочного окна к разгрузочному, нагреваясь до заданной температуры. Печи непрерывного действия имеют большую производительность н их сравнительно просто компоновать и встраивать в поточные и автоматические линии.
Печн, как правило, имеют несколько тепловых зон с самостоятельной регулировкой температуры, что позволяет с достаточной точностью выдерживать различные графики нагрева изделия. Обычно протяженность тепловой зоны составляет от 1,5 до 2 м, но при необходимости получения точной температуры на небольшом участке зону укорачивают до 1 м. Температура в зонах колеблется в пределах ± (10—15) °С. В случае необходимости печи комплектуют камерами охлаждения. В зависимости от скорости охлаждения камеры охлаждения конструктивно могут быть выполнены с водоохлаждае - мымн стенками, с водоохлаждаемыми стенками н вентиляторами, с обрызгиванием изделия (допустимо при работе в воздушной атмосфере), с футерованными стенками (без нагревателей или с ними),
Печн непрерывного действия рассчитаны на работу с окислительной (воздушной) н контролируемыми атмосферами. В последнем случае камеры нагрева и охлаждения выполнены герметичными, для чего они снабжены загрузочными и разгрузочными шлюзовыми камерами.
По типу транспортирующего устройства электропечи непрерывного действия подразделяются на конвейерные и карусельные.
Конвейерные печи применяются для пайки мелких н средних изделий массового и крупносерийного производства. По плоскости перемещения изделий печи бывают горизонтальные и вертикальные. Однако вертикальные печн, хотя н занимают меньшую площадь, вследствие неравномерности рапределения температуры по высоте печи, необходимости устройств для крепления изделий и сложности обслуживания не нашли широкого применения, хотя они удобны для пайки однотипных изделий.
гтодические печи предназначены для массового производства; в них паяемое изделие в процессе пайки перемещается непрерывно «ли дискретно от загрузочного окна к разгрузочному. Существует также группа печей полунепрерывного действия, представляющих ■собой соединения нескольких камер, через которые последовательно проходит паяемое изделие. К подобному соединению относятся, яапрнмер, сочетания камер загрузки, предварительного нагрева, рабочей и охлаждения. В этих печах, как и в методических, загрузку и выгрузку осуществляют через вакуумные шлюзы, но перемещение изделия здесь всегда дискретно.
По рабочей температуре вакуумные печи разделяются на сред - «етемпературные (1100—1200°С) и высокотемпературные (>120СГС), а по остаточному давлению в рабочей камере — низковакуумные (до 13,3 Па), средневакуумные (13,3—1,33-Ю-' Па), высоковакуумные (1,33-Ю-2—1,33-Ю-4 Па), сверхвысоковакуумные (ниже 1,33- -10-4 Па). За основной параметр садочных печей приняты размеры «рабочего пространства, а методических — размеры прохода вакуумных технологических затворов шлюзовых камер.
Главное требование, предъявляемое к футеровке вакуумных печей,— хорошая способность нх к дегазации. Поэтому в этих печах широко применяют экранную теплоизоляцию, а в случае применения огнеупорных и теплоизоляционных материалов число экранов сводят до минимума. В печах с рабочим давлением до 1,33- -10-1 Па допустимо применение керамической футеровки, а с давлением 1,33-Ю-2 Па и ниже используют металлическую экранную изоляцию.
Для обеспечения длительной н надежной работы нагревателей из тугоплавких металлов необходимо, чтобы при нагреве давление в печн постоянно поддерживалось не выше 1,33-10-'—1,33-Ю-2, Па, а величина натекания была минимальной.
В паяльном производстве среди садочных печей наибольшее распространение получили камерные, шахтные и колпаковые печи (табл. 93).
Камерные вакуумные печи — садочные с боковой загрузкой. По своей разновидности камерные печн могут быть безмуфельные, муфельные, муфельные с контрвакуумом.
Таблица 93. Основные характеристики вакуумных электропечей сопротивления
ft
Без форсированного охлаждения
* Тепловая зона одна. ** Размеры в плане. |
В муфельных печах изделие помещают в металлический муфель (контейнер), внутри которого создают вакуум. Жаропрочный герметичный муфель, как правило, цилиндрической формы, помещают в обычную (ие вакуумную) электропечь. К муфелю подсоединяют откачную систему. Поскольку в муфеле, кроме паяемого изделия, нет других предметов, требующих обезвоживания, он может быть откачан быстро и до высокого вакуума. Одиако эти печн работают при сравнительно низких температурах (800—1100°С); прочность разогретого муфеля невелика. Кроме того, при высоких температурах увеличивается диффузия воздуха через сварные швы н стенки муфеля.
Электронагревательные ванны применяют для нагрева изделий под пайку за счет теплопередачи от нагретых жидкостей — масла, расплавленных солей и щелочей. В паяльном производстве наибольшее распространение получили соляные ванны цилиндрической
«ли прямоугольной фо'рмы с внешним или внутренним обогревом. Внутренний обогрев осуществляется электродными группами нли трубчатыми электронагревателями (ТЭН). По рабочей температуре соляные ванны подразделяются на ванны с температурой до 650, «50, 1300°С.
Электронагревательные ванны обладают следующими преимуществами перед электропечами сопротивления: 1) высокой равномерностью нагрева изделий вследствие значительно большей теплопроводности жидкости по сравнению с теплопроводностью газов; 2) высокой скоростью нагрева изделия благодаря высоким значениям коэффициента теплоотдачи от жидкости к металлу; 3) большой производительностью; 4) защитой изделий от окисления; изделия в процессе нагрева и выдержки изолированы от воздушной среды и при извлечении из ванны покрыты тонким слоем соли или флюса.
К недостаткам нагрева в электронагревательных ваннах следует отнести: 1) большой удельный расход электроэнергии из-за повышенных тепловых потерь зеркалом ванны; 3) необходимость непрерывной эксплуатации из-за сложности н длительности разогрева до рабочего состояния; 3) тяжелые и вредные условия труда;
4) необходимость очистки изделий, от соли или флюса; 5) расход соли или флюса н необходимость предварительной сушки их перед загрузкой.
Ванны с внутренним обогревом по сравнению о ваннами с внешним обогревом меньше по габаритам, имеют меньшие теплопотери и меньший удельный расход электроэнергии. Кроме того, для си- лнтровых ванн внутренний обогрев более безопасен, так как при этом менее вероятен перегрев дна ванны из-за загрязнения ннжних слоев селитры. Недостаток такого обогрева состоит в малом сроке службы нагревательных элементов вследствие эрознн трубчатого кожуха нагревателя при высоких температурах. Более экономичным является электродный нагрев, так как при этом имеется возможность передвигать электроды по мере сгорания, что увеличивает срок их службы. Одновременно конструкция электродных групп обеспечивает электромагнитную циркуляцию соли в ванне. Соляные ванны питаются через понижающий трансформатор (табл. 94).
Индукционные нагревательные установки могут быть разделены на следующие группы:
1. По частоте питающего тока. Установки промышленной частоты, питающиеся от сети 50 Гц, непосредственно или через специальные понизительные трансформаторы; установки повышенной частоты (500—10 000) Гц, питающиеся от электромашинных преобразователей частоты.
2. По принципу действия. Установки могут быть методические и садочные. В методических установках изделие нагревается по мере его продвижения через индуктор. Электрические параметры этих установок в процессе работы не изменяются. В методических установках при измененном темпе движения обеспечивается воспроизводимость режима пайки всех изделий, последовательно происходящих через индуктор. В садочных установках все участки изделия, помещенного в индуктор, нагреваются до заданной температуры одновременно. Электрические параметры этих установок в процессе нагрева изделия могут меняться в зависимости от изменения физических характеристик изделия при повышении их температуры.
Для серийного н массового производства однотипных изделий, подвергаемых пайке, целесообразно применять печи методического
Тип ванны |
N, кВт |
*раб» °С |
Q, *' |
Размеры рабочего пространства, мм |
|||
d |
1 |
Ь |
5*2 |
||||
50 |
600 |
100 |
900 |
600 |
450 |
||
В-10*[13] |
Ю |
600 |
30 |
1200 |
— |
• ---------------- |
350 |
В-20*4 |
2(0 |
600 |
;80 |
300 |
- ----------------- |
--------- г |
535 . |
С-25*[14] |
(25 |
850 |
90 |
380 |
— |
- —- |
475 |
В-30*4 |
30 |
850 |
130 |
400 |
.— |
555 |
|
С-100*3 |
100 |
850 |
1160 |
.--------- |
900 |
600 |
450 |
С-315*[15] |
35 |
850 |
30 |
220 |
---------- |
• — |
4120 |
С-120*5 |
20 |
850 |
90 |
220 - |
. ---------------- |
— |
460 |
С-75*6 |
75 |
850 |
55 |
340 |
— |
— |
580 |
С-45*5 |
45 |
850 |
200 |
340 |
— |
— |
600 |
СВС-35/13 |
60 |
1300 |
с--------- |
— |
Г50 |
100 |
320 |
СВС-60/13 |
60 |
1300 |
1— |
— |
150 |
150 |
320 |
СВС-75Х2/13Г |
150 |
1300 |
1— |
— |
315 |
360 |
1600 |
СВС-100/13 |
100 |
1300 |
320 |
— |
350 |
200 |
320 |
СВС-75Х2/13 |
150 |
1300 |
---------- 1 |
— |
500 |
360 |
500 |
СКБ-5152*6 |
120 |
1300 |
140 |
'---------- |
950 |
250 |
475 |
*■ Производительность. *2 Глубина. ** Соляные, электродные, прямо* угольные. Тигельные соляные. Соляные электродные однофазные с циркуляцией соли. *е Соляные, электродные, трехфаэные. |
от индивидуальных генераторов повышенной частоты или. централизованной сети частотой 50, 1000, 2500 и 8000 Гц.
Для пайки малогабаритных изделий используют специальные автоматические или полуавтоматические установки, в которых паяемое изделие помещают под кварцевый колпак, внутри которого создается необходимый вакуум или поддается контролируемая атмосфера. Нагревательный индуктор помещают снаружи колпака.
Для пайки в вакууме широкое применение получили вакуумные индукционные установки (печи), обладающие рядом преимуществ по сравнению с печами электросопротивления, главное из которых — создание высоких температур без применения сложных н дорогих нагревательных элементов. Конструктивно индукционные печн подразделяются на шахтные и камерные и представляют собой герметичный сварной кожух, внутри которого находится индуктор. Недостаток даниых установок состоит в том, что наличие кожуха увеличивает электрические потери; токи в кожухе создает магнитный поток, ослабляющий поток индуктора.
Вследствие интенсивной ионизации ' электрическая поверхность газового промежутка между витками индуктора падает с давлением. В зависимости от технологического иазиачення конструкции камерных печей подразделяются иа садочные и методические. В первом — изделие перемещается челночным способом, во втором— на проход.
Горелки. При ручной пайке высокотемпературными припоями изделия нагревают газовыми горелками. В качестве горючих газов в них используют ацетилен, пропаио-бутановую смесь, метан (природный газ), коксовый и «городской» газ, а также пары бензина и керосина.
Окислителем для горючих газов служит кислород или воздух.
Конструктивно горелки состоят из ствола (ручки) с двумя запорио-регулирующими вентилями н наконечника. Горючий газ я окислитель подаются раздельно по шлангам. Наконечник — сменный узел—состоит из смесительной камеры н сопла (мундштука). По - способу подачи горючего газа горелки подразделяются иа инжекторные (низкого давлення 1—4 кПа) и безыижекториые '(высокого давления 40—100 кПа). Мощность пламени (предел устойчивого горения) определяется объемом смесительной камеры и диаметром сопла и регулируется изменением давления кислорода (в инжекторных горелках) нлн обоих газов (в безынжекторных Горелках). Наличие смениых наконечников позволяет использовать одну горелку для пайки металлов различных толщин и теплофизических свойств. ,
Технические данные горелок приведены в табл. 95.
Паяльник — нагревательное устройство, используемое при низкотемпературной пайке. Рабочим элементом паяльника служит наконечник (жало).
По способу нагрева наконечника паяльники подразделяются на паяльники непрерывного и периодического действия. Непрерывный нагрев наконечника осуществляют газовым, бензиновым, Керосиновым пламенем, а также электрическим током. В электропаяльниках нагревательный элемент располагается с внешней стороны наконечника или внутри его. В условиях серийного и массового производства электропаяльники снабжены устройствами, обеспечивающими механическую, полуавтоматическую и автоматическую подачу припоя.
Тнп горелки |
Номер наконечника |
б*1, ММ |
Горючий газ (пары) |
ГС-2 |
С 0 по 3 |
0,2—4,0 |
Ацетилен |
«Звездочка» |
С 0 по 3 |
0,2—4,0 |
|
ГСМ-53 |
С 0 по 3 |
0,2—4,0 |
* |
СУ |
С 0 по 7 |
0,0—30 |
> |
«Звезда» |
С 1 по 7 |
0,5—30 |
» |
ГС-3 |
С 1 по 7 |
0,5—30 |
> |
ГС-53 |
С 1 по 7 |
0,5-30 |
|
ГХМ-60 |
0 |
0,2—0,6 |
Пропан-бута». |
ГЗМ-2—62М |
С 0 по 3 |
0,2—4,0 |
|
Г'ПВ-ЗМ*2 |
Сетчатый |
0,2—4,0 |
|
гщм*2 |
» |
0,2-4,0 |
» |
ГЗУ-1—6 |
С 1 по 7 |
0,5—30 |
» |
ГЗУ-2—62 |
С 1 по 7 |
0,5—30 |
» |
ГЗМ-62 |
С 1 по 3 |
0,5—4,0 |
|
ГЗМ2-62М |
С 1 по 3 |
0,5—4,0 |
> |
ГКР-1-67 |
С 1 по 5 |
0,5—11,0 |
Керосин |
ГКУ-56 |
С 2 по 7 |
1,0—30 |
|
Бензовоздушная*2 |
20—ЗО*3 |
0,2—4,0 |
Бензин |
*' Толщина стенки паяемых деталей. *3 Окислитель — воздух, в остальных случаях — кислород. *3 Диаметр — сопла, мм. |
Таблица 96. Основные технические характеристики электропаяльников
Примеча нне. *рав. — температура рабочей части накопечннка; тг d, 1~ масса меди, диаметр и длина наконечника. |
25»
В паяльниках периодического действия наконечник нагревают внешним источником тепла или встроенным в паяльник источником, работающим в импульсном режиме.
При низкотемпературной пайке металлов со стойкой окисной пленкой применяют специальные паяльники — ультразвуковые и абразивные, а также с вибрирующей щеткой. К высокотемпературным паяльникам, обеспечивающим разогрев наконечника до 900° С, относятся паяльники с плазменным нагревом. Технические данные паяльников приведены в табл. 96.
Комментарии закрыты.