Индукционная пайка

Компания Проминдуктор предлагает индукционные нагреватели для пайки труб и других металлических изделий.

Физическая сущность процесса пайки.

Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В данном процессе наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов.

Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции. Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем. и основным металлом возникает межатомная связь. Эта связь может образоваться при растворении металла основы в расплавленном припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации; за счет диффузии составляющих припой элементов в основной твердый металл с образованием твердого раствора; за счет реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений; за счет бездиффузионной связи в результате межатомного взаимодействия. Выбор установки ТВЧ 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 время процесса пайки охлаждался циркулирующей внутри него водой. Небольшие индукционные установки ТВЧ мощностью до 0,75 КВт могут работать с индуктором воздушного охлаждения.

Индуктор ТВЧ 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 установкой 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 необходимой температуры 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 заданной температуры в течение 30—60 сек., чем одновитковый индуктор и нагрев в течение 5—10 сек. Скорость процесса пайки ТВЧ в каждом случае будет одинакова. Слишком быстрый нагрев может также вызвать растрескивание под действием возникающих напряжений.

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 t ступенчатой пайки или при помощи двух последовательных процессов с использованием одного и того же припоя при условии, чтобы, нагрев подлежащего пайке соединения не распространялся по уже спаянному шву.

Индукционная пайка ТВЧ 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 соединяемых деталей, вызывая ее более быстрый нагрев и расширение. Это может создать нежелательные неравномерные условия нагрева во время процесса пайки, что необходимо компенсировать первоначально установленным соединительным зазором. Например, если соединительный зазор во время нагрева 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 применения 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 ТВЧ 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 поверхности 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 достаточно охладилось и прочно держит детали.