Технологическое оснащение пайки включает нагревательное оборудование, инструмент, оснастку и средства механизации, авто­матизации и роботизации. Оборудование должно прежде всего обеспечить возможность реализации выбранного термического цикла пайки изделия и быть наиболее экономичным.

Исходной информацией при этом служат технические требова­ния к готовому изделию, план выпуска изделий и сроки их изготов­ления, технические возможности технологического оснащения.

Современное паяльное производство характеризуется многооб­разием применяемого нагревательного оборудования, большая часть его заимствована из других видов производства. При этом заимствованное оборудование используется либо непосредственно, либо дорабатывается с учетом конструкционных особенностей паяемых изделий, конструкционного материала, технологии изго­товления, технологического процесса пайки, характера произ­водства.

К первой группе оборудования с общим нагревом относят электротермические установки (печи и нагревательные ванны), установки со сканирующим электронным лучом, оптическим нагре­вом и 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 условно, поскольку не всегда можно про­вести четкое разграничение между указанными группами оборудо­вания. Например, пайку нескольких составных частей малогаба­ритного изделия можно осуществить путем 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 и подвода теплоты к нагреваемому объекту электротермические установки подразделяют на электроустановки сопротивления и индукционные нагревательные установки. В установках электро­сопротивления теплота выделяется в проводниках при прохожде­нии по ним 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. Печи сопротивления — наиболее распространен­ный вид нагревательного оборудования, применяемого в производ­стве паяных изделий. Печи сопротивления разделяют по следую­щим основным признакам [22]:

1) по роду работы и конструктивным признакам — на печи периодического (камерные, шахтные и колпаковые) и непрерыв­ного (конвейерные, толкательные и карусельные) действия;

2) по атмосфере в рабочем пространстве — на печи с ркисли - тельной (воздушной) средой, с контролируемыми (защитными или восстановительными) атмосферами и вакуумные;

3) по рабочей температуре — на низкотемпературные (до 450 °С), среднетемпературные (до 1100 °С) и высокотемператур­ные (до 1600 °С).

В электропечах периодического действия паяемое изделие че­рез загрузочное отверстие (окно) помещают в рабочее простран­ство, в котором изделие, как правило, неподвижно в течение на­грева и выдержки при температуре пайки. Выгружают изделие из печи через то же отверстие.

Камерные печи просты по конструкции, универсальны и по­зволяют варьировать параметры температурно-временного режи­ма пайки в широких диапазонах. К недостаткам камерных печей относятся трудность обеспечения равномерного нагрева по всему объему рабочего пространства и создания в печи газовой среды заданного состава при кратковременных режимах пайки, слож­ность механизации загрузки и выгрузки.

Печи с конвективной теплоотдачей снабжены вентиляторами, создающими принудительную циркуляцию газового теплоноси­теля в рабочем пространстве.

Печи, рассчитанные на работу с контролируемыми атмосфе­рами и в вакууме, полностью герметизированы.

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 и их сравнительно просто компоновать в поточные и автоматические линии.

Печи, как правило, имеют несколько тепловых зон с самостоя­тельным регулированием температуры, что позволяет с достаточ­ной точностью выдерживать различные графики нагрева изделия. Обычно протяженность тепловой зоны составляет 1,5—2 м, но при необходимости получения точной температуры на небольшом уча­стке размеры зон уменьшают 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 водоохлаждаемыми стенками, с водоохлаждаемыми стенками и вентиляторами, с обрызгиванием изделия (допустимо при работе в воздушной атмосфере), с футерованными стенками (без нагре­вателей или с ними).

Печи непрерывного действия рассчитаны на работу в окис­лительной (воздушной) и контролируемых атмосферах. В по­следнем случае камеры нагрева и охлаждения выполнены герме­тичными, для чего они снабжены загрузочными и разгрузочными шлюзовыми камерами.

По типу транспортирующего устройства электропечи непрерыв - .. ного действия подразделяют на конвейерные и карусельные.

Конвейерные печи применяют для пайки мелких и средних изделий массового и крупносерийного производства. По плос­кости перемещения изделий печи бывают горизонтальные и вер­тикальные. Вертикальные печи занимают меньшую площадь, одна­ко не нашли широкого применения вследствие неравномерно­сти распределения температуры по высоте печи, необходимости устройств для крепления изделий и сложности обслуживания, хотя они и удобны для пайки однотипных изделий.

Преимущество карусельных печей заключается в возможности использования их при высоких температурах, так как несущая часть подины может быть выполнена керамической, а рабочая камера печи не имеет металлических деталей, ограничивающих температуру нагрева.

В карусельных печах можно нагревать изделия сложной конфигурации без поддонов, что не всегда возможно в конвейер­ных печах. Недостатки карусельных печей заключаются в труд­ности механизации и неудобстве использования их в поточных линиях из-за того, что загрузочные окна расположены рядом.

Для пайки в контролируемых атмосферах используют печи, оконные проемы которых снабжены пламенной завесой.

Вакуумные электропечи подразделяют на садочные и методи­ческие.

Садочные печи, как правило, предназначены для единич­ного или серийного производства. В таких печах изделие в тече­ние всего цикла остается неподвижным, а его загрузку и выгрузку осуществляют через одно окно.

Методические печи предназначены для массового производ­ства; в них паяемое изделие в процессе пайки перемещается непрерывно или 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, например, 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 разделяют на сред­нетемпературные (1100—1200 °С) и высокотемпературные

(> 1200 °С), а по остаточному давлению в рабочей камере — на низковакуумные (до 13,3 Па), средневакуумные (13,3 — 1,33X

ХІО-1 Па), высоковакуумные (1,33-10 — 2 — 1,33-10-4 Па) и 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 к дегазации. Поэтому в этих печах широко применяют экранную теплоизоляцию; в случае исполь­зования огнеупорных и теплоизоляционных материалов число экранов сводят до минимума. В печах с рабочим давлением до 1,33* 10_| Па допустимо применение керамической футеровки, а с давлением 1,33* 10-2 Па и ниже используют металлическую экранную изоляцию.

Для обеспечения длительной и надежной работы нагревате­лей из тугоплавких металлов необходимо, чтобы при нагреве давление в печи постоянно поддерживалось не выше 1,33-10“' — — 1,33 • 10—2 Па, а величина натекания была минимальной.

В паяльном производстве среди садочных печей наибольшее распространение получили камерные, шахтные и колпако - вые печи.

При пайке в обычных муфельных печах изделие помещают в металлический контейнер, внутри которого создают вакуум. К контейнеру подсоединяют откачную систему. Поскольку в кон­тейнере, кроме паяемого изделия, нет других предметов, требую­щих обезвоживания, он может быть откачан быстро и до высокого вакуума. Однако муфельные печи работают при сравнительно низких температурах (800—1100 °С); прочность разогретого му­феля невелика. Кроме того, при высоких температурах увеличива­ется диффузия воздуха через сварные швы и стенки муфеля.

Электронагревательные ванны. Для нагрева изделий под пай­ку путем теплопередачи от нагретых жидкостей — масла, расплав­ленных солей и щелочей применяют электронагревательные ванны. В паяльном производстве наибольшее распространение получили соляные ванны цилиндрической или прямоугольной формы с внешним или внутренним обогревом. Внутренний обогрев осуществляется электродными или трубчатыми электронагрева­телями (ТЭН). По рабочей температуре соляные ванны подраз­деляют на ванны с температурой до 650, 850, 1300 °С.

Электронагревательные ванны обладают следующими преиму­ществами перед печами 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; 2) необходимость непрерывной эксплуатации из-за сложности и длительности разо­грева до рабочего состояния; 3) тяжелые и вредные условия труда; 4) необходимость очистки изделий от соли или флюса; 5) большой расход соли или флюса и необходимость предвари­тельной сушки их перед загрузкой.

Ванны с внутренним обогревом по сравнению с ваннами с внеш­ним обогревом меньше по габаритам, имеют меньшие теплопотери и меньший удельный расход электроэнергии. Кроме того, для селитровых ванн внутренний обогрев более безопасен, так как при этом менее вероятен перегрев дна ванны из-за загрязнения ниж­них слоев селитры. Недостаток такого обогрева состоит в малом сроке службы нагревательных элементов, вследствие эрозии труб­чатого кожуха нагревателя при высоких температурах. Более экономичен электродный нагрев, так как при этом имеется воз­можность передвигать электроды по мере сгорания, что увеличи­вает срок их службы. Одновременно конструкция таких электро­дов обеспечивает электромагнитную циркуляцию соли в ванне. Соляные ванны питаются через понижающий трансформатор.

Индукционные нагревательные установки. Такие установки могут быть разделены на четыре группы.

1. По частоте питающего тока различают установки про­мышленной частоты, питающиеся от сети 50 Гц непосредственно или через специальные понижающие трансформаторы; установки повышенной частоты (500—10 000 Гц), питающиеся от электро - машинных 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 неизменном темпе движения обеспечива­ется воспроизводимость режима пайки всех изделий, последова­тельно проходящих 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 и массового производства однотипных изделий, подвергаемых пайке, целесообразно применять печи методиче­ского действия, которые по сравнению с садочными имеют более высокую производительность, более полную загрузку источника питания во времени (высокий коэффициент использования мощ­ности) и большую стабильность режима.

Для мелкосерийного и опытного производства, где часто при­ходится перестраивать нагреватель на другое изделие, что зани­

мает значительное время, применяют сравнительно простые са­дочные установки, обеспечивающие возможность регулирования режима пайки в широком диапазоне.

3. По характеру атмосферы в рабочем пространстве различа­ют установки с окислительной (воздушной) средой, активной га­зовой средой и вакуумные. Основным элементом индукционных нагревательных установок служит индуктор, представляющий собой катушку (соленоид), изготовленную из медной водоохлаж­денной трубки.

4. По типу индуктора различают установки с цилиндрически­ми, прямоугольными и щелевыми индукторами.

Индукционные установки состоят из камеры нагрева с индук­тором, конденсаторной батареи, механизма загрузки изделия, шка­фов коммутации и управления. В установках методического действия все операции по загрузке изделий, их перемещению че­рез индуктор и выгрузке полностью автоматизированы. Установки питаются 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 подается контролируе­мая атмосфера. Нагревательный индуктор располагают снаружи колпака.

Для пайки в вакууме широко применяют вакуумные индук­ционные установки (печи), обладающие рядом преимуществ по сравнению с электропечами, главное из которых — обеспечение высоких температур без применения сложных и дорогих нагре­вательных элементов. Конструктивно индукционные печи подраз­деляются на шахтные и камерные и представляют собой герме­тичный сварной кожух, внутри которого находится индуктор. Не­достаток данных установок состоит в том, что наличие воздуха увеличивает электрические потери; токи в кожухе создают маг­нитный поток, ослабляющий поток индуктора.

Горелки. При ручной пайке высокотемпературными припоями изделия нагревают газовыми горелками. В качестве горючих газов в них используют ацетилен, пропан-бутановую смесь, метан (при­родный газ), коксовый и «городской» газ, а также пары бензина и керосина.

Окислителем для горючих газов служат кислород и воздух.

Конструктивно горелка представляет собой ручку с двумя за - порно-регулирующими вентилями и наконечник. Горючий газ и окислитель подаются раздельно по шлангам. Наконечник — сменный узел — состоит из смесительной камеры и сопла (мунд­штука). По способу подачи горючего газа горелки подразделяют на инжекторные (низкого давления 1—4 кПа) и безынжекторные (высокого давления 40—100 кПа). Мощность пламени (предел устойчивого горения) определяется объемом смесительной каме - 42

ры и диаметром сопла и регулируется изменением давления кис­лорода (в инжекторных горелках) или обоих газов (в безынжек - торных горелках). Наличие сменных наконечников позволяет использовать одну горелку для пайки металлов различных тол­щин и теплофизических свойств.

Паяльник. Это нагревательное устройство, используемое при низкотемпературной пайке. Рабочим элементом паяльника слу­жит наконечник (жало).

По способу нагрева наконечника различают 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 него. В условиях серийного и массового про­изводства электропаяльники снабжены устройствами, обеспечи­вающими механическую, полуавтоматическую и автоматическую подачу припоя.

В паяльниках периодического действия наконечник нагревают внешним источником теплоты или встроенным в паяльник источ­ником, работающим в импульсном режиме.

При низкотемпературной пайке металлов со стойкой оксидной 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 работе [58].