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.
4.1 Электропечи
Печи сопротивления — наиболее распространенный вид нагревательного оборудования, применяемого в производстве паяных изделий. Печи сопротивления разделяют по следующим основным признакам:
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 окислительной (воздушной) средой, с контролируемыми (защитными или восстановительными) атмосферами и вакуумные;
3) по рабочей температуре — на низко температурные (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 сконвективной 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 непрерывного 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,ЗЗХ10-1 Па), высоковакуумные (1,33-10-2—1,33-10-4 Па) и сверхвысоковакуумные (ниже 1,33х10-4 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 1,33-10-1 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 - 1,33-10-2 Па, а величина натекания была минимальной.
В паяльном производстве среди садочных печей наибольшее распространение получили камерные, шахтные и колпаковые 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.
4.2 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.