Сущность процесса высокочастотной пайки
По методу нагрева изделий при пайке жёсткими припоями все существующие процессы пайки смогут быть отнесены к четырем главным ее видам: газовой, электрической, погружением в нагретую среду либо припой и пайке в печах.
При газовой пайке нагрев производится пламенем газовой горелки. Смогут быть использованы как простые сварочные горелки, так и горелки особой конструкции. Самый распространена пайка одной горелкой при последовательном прогреве паяемого шва с постепенной присадкой припоя по мере разогревания шва.
К электрической пайке возможно отнести пайку дуговую при помощи электрической дуги между двумя угольными электродами, контактную пайку, близкую по характеру нагрева к точечной либо роликовой сварке, и высокочастотную пайку с применением индукционного нагрева. При последних двух видах пайки электроэнергия преобразовывается в тепло конкретно в самой подробности, нагревая те ее участки, в которых обязана случиться пайка.
Пайка погружением существует двух видов: в одном случае подробности для нагрева погружаются в тёплую среду, значительно чаще это бывают расплавленные соли, в другом — в расплавленный припой, где они нагреваются и спаиваются. К пайке в печах относится пайка подробностей с применением как печей сопротивления с железными либо силитовыми нагревателями, так и газопламенных печей. Электрические печи для пайки смогут быть особого выполнения для нагрева в восстановительной среде либо в вакууме.
Все перечисленные методы пайки очень резко отличаются друг от друга. Первые два вида основаны на применении местного нагрева изделйя в месте спая, остальные требуют на протяжении пайки нагрева всего изделия. Уже исходя из этого, возможно сделать заключение о том, какие конкретно методы требуют громадных затрат энергии, громадных производственных площадей и какие конкретно более производительны и экономичны, не обращая внимания на то, что во многих случаях требуют более сложного и дорогого оборудования.
Пайкой именуется процесс соединения железных подробностей нагретом состоянии, при котором происходит заполнение зазора между ними более легкоплавким расплавленным металлом либо сплавом — припоем, скрепляющим их при охлаждении. При пайке расплавленный припой, попадая в зазоры, формирует железную связь между спаиваемыми частями изделия, находящимися в жёстком состоянии.
Пайка отличается от сварки плавлением тем, что при ней главный металл остается в жёстком состоянии.
Кое-какие авторы уверены в том, что пайка есть разновидностью процесса сварки.
Некую аналогию возможно совершить между склеиванием и пайкой металлов. На склеиваемые части наносится узкий слой клея, по окончании чего они соединяются. Клей смачивает поверхность шва, попадает в поры и, затвердевая, дает прочное соединение.
Значительной изюминкой пайки, в отличие от склеивания, есть диффузия припоя в главный металл.
Для получения прочного соединения при пайке нужно, дабы спаиваемые подробности были прекрасно подогнаны друг к другу, дабы жидкий припой прекрасно смачивал поверхность жёсткого спаиваемого металла и снабжал хорошее прилипание, дабы припой и спаиваемый металл имели возможность образовать прочные сплавы и владели свойством взаимно попадать приятель в приятеля.
Что же мешает припою прекрасно смачивать железную поверхность на протяжении пайки?
В случае если спаиваемые поверхности имеют какой-либо изолирующий слой (жир, краску, окалину, окисную пленку и т. д.), то смачиваемость их припоем будет нехорошей, а пайка непрочной. При нехорошей смачиваемости припой не будет всасываться в зазор и растекаться, а будет стремиться принять форму капли, подобно капле воды на жирной поверхности.
Такие свойства припоя, как смачиваемость, растекаемость и жидкотекучесть в значительной мере предопределяют уровень качества пайки. Помимо этого, при выборе припоя направляться учесть, что смачиваемость сплавов и металлов по отношению друг к другу совсем разна. К примеру, в случае если расплавленное чистое серебро замечательно смачивает ее сплавы и медь, то оно совсем не смачивает сталь.
Разбирая все существующие методы пайки, легко заключить, что хорошая пайка окажется в том случае, если металл нагревается до температуры, пара превышающей температуру плавления припоя, и припой попадает на не успевшую окислиться либо очищенную на протяжении нагрева поверхность, независимо от того, каким методом достигался нагрев.
Для хорошей смачиваемости припоем поверхности спаиваемого металла нужны условия, каковые создаются двумя дорогами: удалением окисления окислов и уменьшением металла при помощи флюсов либо созданием условий для исключения возможности и восстановления окислов их происхождения в ходе нагрева методом изоляции изделия от окисляющей среды.
Существуют способы пайки, при которых возможно всецело избежать окисления поверхности металла в ходе охлаждения и нагрева, изолировав спаиваемые подробности от воздуха. К ним относится, в основном, пайка в печах с восстановительной воздухом либо вакуумных. В качестве восстановительной среды значительно чаще употребляются водород и диссоциированный аммиак.
Воздух водорода защищает металлы от окисления и восстанавливает окислы, исходя из этого при таком ходе не требуются флюсы. В печах с восстановительной воздухом значительно чаще паяют медью металлические подробности.
Потому, что при высокочастотной пайке нагрев изделия вызывается индуктированными в нем токами, а интенсивность нагрева в определенной территории изделия в значительной степени определяет условия для получения хорошей пайки, пайка зависит, в основном, от концентрации магнитного поля высокой частоты в данной территории.
Овладеть процессом высокочастотной пайки — это значит по большей части обучиться руководить электромагнитным полем высокой частоты, обучиться концентрировать его лишь в нужной территории, где за маленький временной отрезок нужно достигнуть равномерного разогрева металла до больших температур.
Высокочастотная пайка существенно отличается от других способов пайки. Тепло- тут не передается обрабатываемой подробности из внешней среды, а появляется в ней самой в следствии действия индуктированных токов. Инструментом, передающим энергию высокой частоты в спаиваемый металл, есть индуктор. Он является виткомлибо спираль из нескольких витков бронзовой трубки, при работе охлаждаемых водой, по которым идет ток высокой частоты.
Наряду с этим около витков создается переменное магнитное поле. Подготовленные к пайке подробности находятся в индукторе, где они пронизываются переменным магнитным полем. Переменное магнитное поле индуктирует электродвижущую силу, под действием которой в металле появляются токи, разогревающие подробности до нужной температуры.
Нет оснований предполагать, что токи высокой частоты оказывают какое-либо своеобразное влияние на процесс пайки, но очевидно, что стремительный интенсивное движение и нагрев металла расплавленного припоя под действием сил электромагнитного поля активизируют флюс, улучшают смачиваемость поверхности и заставляют припой более энергично попадать в зазоры. Все это благоприятно отражается на качестве пайки.
Для получения однородных результатов при высокочастотной пайке однообразных подробностей крайне важно, дабы условия нагрева были строго постоянными, На уровень качества пайки воздействует не только конечная температура нагрева места спая, вместе с тем и длительность нагрева. При весьма малом времени нагрева, меньше 5-10 сек., возможно недостаточной диффузия припоя в главный металл; при продолжительном нагреве случится излишнее окисление припоя и спаиваемого металла при большом непроизводительном расширении территории прогрева. И в том и другом случае неверный режим нагрева ведет к ухудшению качества пайки.
К преимуществам высокочастотной пайки относятся:
1. Меньшее коробление и поводка изделия благодаря местному нагреву спаиваемых поверхностей.
2. Возможность скоро нагревать спаиваемый металл и создавать пропайку глубинных швов за счет выделения тепла конкретно в самом изделии, без передачи его извне. Наряду с этим, благодаря кратковременности нагрева, происходит только незначительное окисление металла при пайке жёсткими припоями и отсутствует окисление поверхности при пайке мягкими припоями.
3. Высокая производительность процесса, вытекающая из возможности концентрировать большие мощности в малом количестве посредством токов высокой частоты.
4. Получение однородной качественной пайки при помощи точной режима дозировки и регулировки нагрева энергии, передаваемой в изделие, при возможности автоматизировать процесс и организовать его в потоке механической обработки.
5. Удешевление процесса, если сравнивать с пайкой и газовой пайкой в электропечах, при увеличении качества производительности и улучшении изделия.
6. оздоровление и Улучшение условий, труда рабочих.
7. Возможность применения рабочих более низкой квалификации, чем при газовой пайке.
К недочётам процесса, ограничивающим использование высокочастотной пайки, относятся:
1. Громадные начальные затраты на приобретение высокочастотного оборудования.
2. Трудность пайки изделий сложной конфигурации.
3. Зависимость формы индуктора от формы спаиваемого конструкции и шва подробности.
2. источники питания.
Для осуществления процесса высокочастотной пайки нужны источники высокочастотной энергии. В зависимости от величины нагреваемой территории, условий нагрева и требуемой производительности установки выбирается мощность источника и частота тока питания. К выбору частоты тока для пайки возможно доходить так же, как к выбору ее для поверхностной закалки.
Режимы нагрева при пайке отличаются от закалочных тем, что пайка требует меньших удельных мощностей при большем времени нагрева, поскольку наряду с этим ходе нужен более глубочайший прогрев металла не только за счет индуктированных токов, но и за счет теплопередачи методом теплопроводности. Также принципиально важно обращать внимание на то, возможно ли будет при выбранной частоте тока сконцентрировать в спаиваемой части подробности нужную мощность при приемлемом к. п. д. энергопередачи из индуктора в подробность.
Большее распространение для высокочастотной пайки жёсткими припоями взяли ламповые генераторы, трудящиеся в диапазоне частот от 150 до 600 кгц. Они разрешают нагревать до больших температур и спаивать подробности как тонкостенные, так и большой толщины. Машинные же генераторы повышенной частоты (до 10 кгц) не всегда могут обеспечить действенный нагрев тонкостенных и малогабаритных подробностей.
В том месте же, где частота машинных генераторов не мешает их применению для целей пайки, применение их более комфортно, потому, что они несложны и надежны в эксплуатации. Особенно направляться советовать их при массовой обработке однородных подробностей.
Высокие требования, предъявляемые к экранировке помещений, существенно усложняют использование ламповых генераторов, в особенности в поточных линиях, а время от времени и по большому счету при-, водят к необходимости отказаться от применения высокочастотного нагрева в пользу менее прогрессивного, устаревшего технологического процесса.
Высокочастотная пайка возможно организована на базе имеющихся в индустрии высокочастотных ламповых установок мощностью 10, 30, 60 и более киловатт плавильного и закалочного выполнения, и производимых на данный момент Ленинградским заводом высокочастотных установок — бывшим предприятием «Севзаппромэлектропечь»— установок ЛГЗ-10, ЛГЗ-ЗО, ЛГПЗ-ЗО, ЛГПЗ-60, ЛГЗ-60 и др.
Рис. 1. Главные элементы высокочастотной установки с едой: а — от машинного генератора: 1 — индуктор; 2 — понижающий трансформатор с металлическим сердечником; 3 — конденсаторная батарея с бумажно-масляными конденсаторами; 4 – машинный преобразователь повышенной частоты; б — от лампового генератора: 1 — индуктор; 2 — воздушный понижающий трансформатор; 3 — конденсаторная батарея с керамическими конденсаторами; 4 — ламповый генератор радиочастоты
Генератор есть источником высокочастотной энергии, конденсаторная батарея помогает для улучшения коэффициента мощности, понижающий трансформатор разрешает согласовать параметры генератора и индуктора и формирует надёжные условия для осуществления индукционного нагрева под пайку и закалку. Индуктор есть инструментом, передающим энергию в металл, снабжающим нагрев изделия в нужной территории до нужной температуры.
Рис. 2. Посты для пайки:
В установках с ламповыми генераторами, имеющими двухконтурную схему, плавная подстройка производится трансформацией положения катушек связи. Использовать для пайки генераторы, имеющие одноконтурную схему со ступенчатой регулировкой, затруднительно и не нужно. Для лучшего применения генератора не редкость выгодно произвести модернизацию аналогичных установок с переделкой на двухконтурную схему.
Целесообразно высокочастотные установки для пайки иметь многопостового выполнения, т. е. с возможностью питания от одного генератора попеременно нескольких рабочих мест. Это возможно осуществлено либо ручным поочередным подключением постов либо методом автоматического переключения в ходе работы с одного поста на другой по схеме централизованного питания. Каждое рабочее место возможно оборудовать под пайку определенного рода подробностей либо под индукционный нагрев для других целей.
