|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Оборудование. Печи для пайки могут быть электрическими, газовыми или нефтяными, хотя некоторые процессы пайки можно проводить только в печах определенного типа. Печь выбранного типа должна иметь конструкцию, обеспечивающую создание надлежащей температуры, контроль времени выдержки и состав необходимой для пайки атмосферы. При этом требуется точное регулирование температуры пайки и применяемой атмосферы в соответствии с назначенными условиями процесса пайки. В случае применения конвейерных печей необходимо контролировать скорость передвижения деталей через печь, что позволяет регулировать время выдержки при температуре данного процесса пайки.
Конструкция соединений. Для выполнения пайки в печи соединения должны иметь специальную конструкцию. Если это возможно, то припой нужно укладывать внутри соединения вблизи самой массивной части. Это предотвратит расплавление и растекание припоя прежде, чем соединяемые детали нагреются до температуры пайки.
Так как при нагреве в печи подлежащие пайке детали полностью нагреваются до температуры пайки, необходимо особо учитывать расширение металла деталей, чтобы при температуре пайки получить требуемый соединительный зазор. В этом заключается отличие нагрева в печи от местного нагрева, когда нагреваются только само соединение и непосредственно примыкающие к нему поверхности.
Желательно конструировать такие соединения, которые можно собирать без фиксирующих приспособлений. Любые элементы, служащие для выравнивания и фиксирования паяемых деталей, будут нагреваться до температуры пайки, поэтому из соображений экономии они должны быть небольшого размера, а количество их должно быть минимальным. Очень важно, чтобы материалы, из которых выполняются все элементы для фиксации паяемого узла, при пайке в печи хорошо выдерживали температуру пайки. Во многих случаях целесообразно применять экраны вокруг тонких частей паяемого изделия, чтобы замедлить их нагрев.
Припои и флюсы. Припои для пайки в печи применяются в виде прокладок, шайб, колец, пасты или порошка. Как уже было упомянуто в гл. 4, некоторые флюсы при температуре пайки имеют тенденцию разлагаться, теряя свои свойства. Эту характеристику следует учитывать при выборе флюсов, исходя из продолжительности процесса и температуры пайки.
Даже в тех случаях, когда применяется контролируемая атмосфера, иногда рекомендуется наносить на соединения небольшое количество флюса. Этот дополнительно введенный флюс противодействует окислению соединяемых поверхностей, которое может иметь место в продессе нагрева детали до температуры пайки, при которой становится эффективной атмосфера. В случае применения флюса надо соблюдать предосторожность, чтобы не повредить печь.
Техника пайки. Перед пайкой соединяемые поверхности следует тщательно очистить, затем, если необходимо, покрыть флюсом и собрать, уложив на них припой. Перед загрузкой в печь паяе-
мые детали нужно прогреть и, в случае пайки в контролируемой атмосфере, очистить от посторонних загрязнений все их поверхности (см. гл. 4 и 23). Температура печи должна быть выше температуры ликвидуса припоя примерно на 40—65°.
Если при пайке в печи термопара не может быть установлена непосредственно у соединяемых поверхностей, то рекомендуется разработать режим пайки. Когда количество паяемых деталей невелико и точность опытных данных по установлению температуры цикла не гарантируется, то температуру можно приближенно измерить через печное окно или через другие отверстия в печи.
После пайки необходимо охладить детали. Если пайка производится в контролируемой атмосфере, то спаянные детали охлаждают в той же атмосфере. Во всех случаях следует предотвращать возможность перемещения спаянных деталей относительно друг друга, пока соединение не приобретет достаточную прочность при охлаждении.
Индукционная пайка
Большое значение на процесс индукционной пайки оказывают такие факторы, как оборудование, соединяемые материалы, конструкция соединения, конструкция индуктора, температура плавления припоя и флюса, а также применяемые приспособления.
Каждый из этих факторов важен как сам по себе, так и в сочетании с другими факторами. При соответствующем учете указанных выше факторов индукционную пайку можно применять для большинства металлов.
Оборудование. Установки для индукционной пайки могут быть трех основных типов; машинный генератор, ионный преобразователь и ламповый генератор. Эти установки отличаются по своим: рабочим характеристикам. Так, машинный генератор является низкочастотной установкой (до 10 000 гг^); ионный преобразователь является среднечастотной установкой (от 20 ООО до 30 ООО гц), ламповый генератор имеет частоту от средней до высокой (от 200 ООО до 5 ООО ООО гц). Промышленностью выпускаются стандартные установки с различной электрической мощностью, а сочетание этих установок согласно рабочим схемам обеспечивает применение их для различных целей.
Выбор установки надлежащей мощности зависит от размера паяемых деталей и необходимой производительности. Окончательный выбор индукционных установок производится после экспериментальной пайки на них промышленных деталей.
Неотъемлемой частью всех индукционных нагревательных установок является индукционная катушка (или блок), называемая индуктором. Большинство индукторов имеет простую конструкцию и легко может быть изготовлено потребителем. Обычно индукторы выполняются из меди в форме трубки или блока с внутренним каналом для водяного охлаждения. Необходимо, чтобы индуктор во
В данном случае время выдержки при температуре пайки. (Прим. ред.).
время процесса пайки охлаждался циркулирующей внутри нега водой. Небольшие индукционные установки мощностью до 0,75 ква могут работать с индуктором воздушного охлаждения.
Индуктор должен выполняться с таким расчетом, чтобы детали нагревались до требуемой температуры с максимальной эффективностью. Для нагрева более чем одного соединения можно применять сверхразмерные индукторы, т. е. индукторы большего размера, чем это необходимо по расчету в пределах развиваемой агрегатом мощности.
Число витков медной катушки или толщина медного блока зависит от размера требуемой зоны нагрева. При конструировании индуктора следует предусматривать поправку на краевой эффект, возникающий в деталях прямоугольной формы и на неровностях поверхности, которые находятся в зоне индукционного воздействия.
Промежуток между индуктором и паяемой деталью называют связью. Путем изменения связи от плотной (малый зазор) до свободной (широкий зазор) вокруг различных частей паяемой детали можно получить изменение количества тепла, возникающего в этих частях. Это очень важно при пайке деталей различного сечения. В этом случае как массивные, так и легкие части могут нагреваться до температуры пайки одновременно при применении индуктора с соответствующим зазором для каждого сечения. Применение многовитковых индукторов обеспечивает пайку различных деталей в одно и то же время.
Нагрев деталей индукционным методом осуществляется очень быстро. При этом необходимо обеспечивать достаточное время для надлежащего растекания припоя и хорошего заполнения им паяемого соединения. Обычно лучше применять многовитковые индукторы при использовании полной мощности установки и нагрев до температуры пайки в течение 30—60 сек., чем одновитковый индуктор и нагрев в течение 5—10 сек. Скорость процесса пайки в каждом случае будет одинакова. Слишком быстрый нагрев может также вызвать растрескивание под действием возникающих напряжений (см. гл. 2).
Конструкция соединений. Так как при пайке индукционным способом происходит местный нагрев, то при конструировании соединения это обстоятельство необходимо учитывать.
Последовательное соединение узлов можно осуществлять путем ^ ступенчатой пайки или при помощи двух последовательных процессов пайки с использованием одного и того же припоя при условии, чтобы нагрев подлежащего пайке соединения не распространялся по уже спаянному шву.
Индукционная пайка наиболее эффективна в том случае, когда зажимное приспособление крепится к упорам, жестко закрепленным на рабочей плите.
При индукционной пайке следует очень тщательно устанавливать нужный соединительный зазор, так как при этом процессе тепло может.индуктироваться преимущественно в одной из соеди-
яяемых деталей, вызывая ее более быстрый нагрев и расширение. ,Зто может создать нежелательные неравномерные условия нагрева во время процесса пайки, что необходимо компенсировать первоначально установленным соединительным зазором. Например, если соединительный зазор во время пайки увеличивается, то при сборке соединений в холодном состоянии надо устанавливать уменьшенный зазор и, наоборот.
Припои, флюсы и атмосферы. Припои обычно применяются в форме колец, прокладок или шайб. В некоторых случаях применяют припой в виде пасты или порошка, но эту форму припоя трудно приспособить к условиям индукционной пайки.
В тех случаях, когда припой и основной металл требуют приме-ления флюса, первостепенным условием для выбора флюса является температура, при которой будет производиться пайка этим припоем. При индукционной пайке происходит быстрый нагрев, поэтому время выдержки при заданной температуре сводится к минимуму.
Индукционная пайка в активной (восстановительной) или защитной атмосфере протекает успешно. В случае применения защитной атмосферы на поверхности соединяемых деталей следует иногда наносить небольшое количество флюса, чтобы защитить эти поверх-.ности от окисления, пока защитная атмосфера не достигнет температуры, при которой ее действие наиболее эффективно.
Техника пайки. Перед пайкой соединяемые детали следует тщательно очистить, профлюсовать, если необходимо, и собрать вместе с уложенным на них припоем. Эти операции следует выполнить заранее, но с соблюдением предосторожности. Индукционный способ пайки включает значительное количество ручного труда; следует иметь в виду, что после высыхания флюс может осыпаться.
Полностью собранные детали фиксируются в определенном положении в индукторе, что обеспечивает одинаковое взаимное расположение паяемых деталей и индуктора.
Для обеспечения экономичности процесса пайки необходимо предусматривать механизмы автоматического регулирования времени пайки. Эти приборы позволяют оператору устанавливать время процесса пайки и поддерживать его одинаковым с точностью до долей секунды. Если необходимо ускорить охлаждение детали :в индукторе после пайки, то следует включить охлаждающую среду, например воздуходувку или водяную струю. Закалку в воде следует применять только после того, как паяное соединение достаточ-.но охладилось и прочно держит детали.
Пайка сопротивлением
Конструкция соединений. Пайка сопротивлением больше всего применяется для соединений, имеющих относительно малую протяженность. Очень трудно получить равномерную плотность тока по всей соединяемой поверхности, а следовательно, и одинаковый нагрев в тех случаях, когда соединяемая поверхность большая или прерывистая или когда соединение имеет большую протяженность. Для пайки сопротивлением соединяемые детали должны быть расположены так, чтобы к ним можно было приложить давление, не вызывая их искривления при температуре пайки. Там, где это возможно, подлежащие пайке детали следует конструировать так, чтобы их фиксация осуществлялась без дополнительных приспособлений. При этом соединяемые детали должны иметь некоторую свободу перемещения для уменьшения в них внутренних напряжений во время плавления и затекания припоя.
Оборудование для пайки. Одним из обычных источников тока для пайки сопротивлением является понижающий трансформатор, вторичная обмотка которого может обеспечивать достаточно низкое напряжение (от 2 до 25 в). Сила тока при пайке колеблется в пределах примерно от 50 а для небольших тонких деталей до нескольких тысяч ампер для крупных. Для пайки сопротивлением можно использовать обычное промышленное оборудование. Машины для точечной сварки всех размеров можно легко переделать для выполнения на них пайки сопротивлением. При пайке сопротивлением надо прикладывать меньшее давление и устанавливать большее время прохождения тока через деталь, чем при точечной сварке.
Электроды для пайки сопротивлением изготовляются из материалов с высоким электрическим сопротивлением; углеродных или графитовых стержней, вольфрамовых или молибденовых прутков или вкладышей, а в некоторых случаях даже из стали. Тепло, необходимое для пайки, генерируется главным образом в электродах, а нагрев паяемой детали осуществляется за счет ее теплопроводности. Попытки использовать для нагрева детали сопротивление самой паяемой детали обычно кончаются неудачно, так как для этого нужно пропускать ток большой силы, чтобы обеспечить растекание припоя. Такой ток равен сварочному и вызывает перегрев детали.
Скорость затвердевания припоя при пайке сопротивлением исключительно высокая, так как паяемые детали находятся в соприкосновении с холодным электродом.
В качестве электродов чаще всего применяют углеродистые или графитовые стержни и блоки, так как они не смачиваются расплавленным припоем и не сцепляются с ним. Для изготовления электродов применяют графит или углеродистые материалы разных сортов , с различным электросопротивлением и твердостью в зависимости от рода выполняемых работ. Из этих материалов можно легко изготовлять электроды требуемой формы, но они считаются дорогими, так как быстро изнашиваются при работе. Покрытие наружной поверхности углеродистых электродов флюсом может удлинить срок их службы.
Давление, применяемое на машинах точечной сварки, зажимы, специальные клещи или другие приспособления вполне обеспечивают хороший электрический контакт и прочно удерживают паяемые детали вместе, пока плавится припой. Слишком высокое дав-
ление может вызвать растрескивание электрода из углеродистого материала. Давление следует поддерживать как во время пропускания тока, так и после его выключения до тех пор, пока соединение не станет достаточно твердым, допускающим перемещение собранного узла.
Время пропускания тока через паяемое соединение может быть различное: примерно от одной секунды для небольших тонких деталей до нескольких минут при пайке больших деталей. Обычно время протекания тока контролируется вручную оператором, который визуально определяет время достижения температуры пайки и степень затекания припоя в зазор. При пайке сварочными машинами методом сопротивления можно применять также стандартные реле времени.
Припои и флюсы. Для пайки сопротивлением применяются припои в форме шайб, прокладок, колец или в виде порошка. В некоторых случаях припой можно присаживать с внешней стороны в процессе пайки. Пайка меди и медных сплавов наиболее успешно осуществляется меднофосфористыми припоями ВСиР, которые являются самофлюсующими. Если применяются серебряные припои BAg, то пайку необходимо вести в контролируемой атмосфере или с применением флюса. Флюс обычно наносят на паяемое соединение в виде тонкоразмельченной влажной смеси непосредственно перед сборкой деталей под пайку. Сухой порошкообразный флюс является хорошим изолятором и препятствует протеканию электротока. В некоторых случаях порошкообразный припой перемешивают с тонкоразмельченным флюсом для обеспечения надежного электрического контакта и пропускания электротока. Одну из соединяемых деталей погружают в эту смесь, где она покрывается флюсом и припоем, а затем устанавливают в приспособление для пайки.
Жидкие флюсы, обычно не рекомендуемые, в некоторых случаях можно применять при пайке сопротивлением. Пайку сопротивлением без флюса можно производить в восстановительной атмосфере, но эта операция применяется редко из-за трудности поддержания восстановительной атмосферы в зоне пайки. Алюминиевые и магниевые сплавы редко подвергаются пайке сопротивлением.
Техника пайки. Подвергаемые пайке детали следует тщательно очистить, нанести на них припой и флюс, установить после сборки в приспособление для пайки и приложить давление. При пропускании тока электроды нагреваются, благодаря своей теплопроводности нагревают флюс и припой, которые плавятся, смачивают соединяемые поверхности и затекают в зазоры, образуя паяный шов. Сила тока должна быть отрегулирована так, чтобы обеспечить равномерный и быстрый нагрев паяемых соединений. Если сила тока слишком велика, то электроды получают слишком много тепла и быстро сгорают. При этом также имеется опасность сгорания или расплавления паяемых деталей. Если сила тока слишком мала, то время пайки чрезмерно удлиняется. Силу тока можно
регулировать изменением напряжения, подаваемого через трансформатор, а также применением большего количества электродов или электродов с более высоким сопротивлением в цепи. Небольшое, изменение состава электродов, их геометрии и напряжения лучше всего обеспечивает быстроту нагрева и большую продолжительность их работы.
При прохождении тока через паяемое соединение давление не должно прерываться, иначе возникнет искрение и паяемый узел быстро придет в негодность. После прекращения подачи тока давление на паяемое соединение не должно прекращаться до тех пор, пока припой не затвердеет и соединение не приобретет достаточную прочность, допускающую перемещение узла. Закалка паяных деталей с повышенных температур улучшает структуру шва и способствует удалению флюса. Такая закалка производится только после полной кристаллизации припоя в паяном соединении.
Пайка погружением
Применяются два способа пайки погружением; пайка погружением в расплавленный припой и пайка погружением в расплавленный флюс (в соляную ванну).
Пайка погружением в расплавленный припой. Применение этого способа обычно ограничивается пайкой мелких деталей, а также проводОв и металлических лент. Ванна, обычно выполненная из графита, нагревается с внешней стороны до такой температуры, чтобы припой все время находился в жидком состоянии. Сверху расплавленный припой должен быть покрыт флюсом. Размер плавильной ванны и способ нагрева должны быть такими, чтобы при погружении деталей температура ванны не падала ниже температуры, необходимой для пайки. Перед погружением в ванну подлежащие пайке детали следует очистить и прс-флюсовать.
Пайка погружением в расплавленный флюс. При этом способе пайки требуется специальный металлический или керамический контейнер (ванна) для флюса. Для нагрева флюса и поддержания его в расплавленном состоянии применяются; внешний нагрев горелками, электрический нагрев специальными нагревателями, расположенными внутри ванны, и нагрев самого .флюса за счет прохождения электрического тока (PR) через расплавленный флюс. Последний способ требует предварительного расплавления флюса внешним источником тепла, так как обычный сухой флюс не проводит электрического тока, а расплавленный флюс уже является проводником электрического тока. Для поддержания требуемого интервала температур пайки нужно обеспечить соответствующий контроль за температурой расплавленного флюса. Размер ванны должен быть таким, чтобы при погружении в нее деталей для пайки температура флюса не падала ниже температуры, необходимой для пайки. |
