Пайка ультразвуком

Ультразвуковая пайка

Основой применения ультразвука в процессе лужения и пайки является способность механических колебаний ультразвуковой частоты (свыше 16-20 кгц) при прохождении через жидкости и расплавы металлов вызывать в них явление кавитации. В момент кавитации в жидкостях или расплавленных металлах происходит образование сильных ударных волн, под влиянием которых разрушается поверхность металлов, опущенных в кавитирующую жидкость.

Явление кавитации и сопутствующее ему кавитационное разрушение поверхности происходит в расплавленных металлах более интенсивно, чем в менее плотных жидкостях. Поэтому окисные пленки, покрывающие металл, быстро разрушаются под воздействием кавитации, а очищенный металл смачивается расплавленным припоем и хорошо с ним соединяется. Прочность сцепления припоя с основным металлом при ультразвуковой пайке выше чем при обычной. Повышенное сцепление основного металла с припоем объясняется тем, что при ультразвуковой пайке улучшаются условия для диффундирования припоя в основной металл и взаиморастворения основного металла и припоя.

Ультразвуковая пайка относится к безфлюсовым способам. Она получает все более широкое применение в промышленности благодаря ряду преимуществ. При ней отпадает необходимость промывать места пайки от остатков флюса и зачищать детали перед облуживанием; соединение получается более прочным, чем при обычной пайке; наконец, этот способ дает возможность производить мягкую пайку металлов и сплавов, соединение которых при помощи пайки или лужения ранее считалось невозможным или затруднительным.

Чистота процесса и невысокая температура нагрева при ультразвуковой пайке позволяют присоединить небольшие детали к окончательно подготовленной поверхности.

В качестве источника ультразвуковых колебаний для пайки алюминия и его сплавов применяют специальные ультразвуковые вибрационные паяльники, в которых рабочая часть стержня колеблется с частотой 16— 22 кгц. Для лужения мелких алюминиевых деталей и проводников применяют ультразвуковые ванны с припоем.

С помощью вибрационного паяльника выполняются в основном лудильные операции. Лужение основного металла (рис. 17) происходит в непосредственной близости от колеблющегося наконечника паяльника 1 (наконечник не касается основного металла, допускаются лишь отдельные легкие прикосновения);

Лужение-ультразвуком

Лужение-ультразвуком

при работе паяльника в расплавленном припое 2 возникает кавитация. В зоне кавитации образуется множество мелких (размером в несколько микрон) пузырьков 3, которые растут и сокращаются в течение каждого цикла колебаний. Кавитация вызывает разрушение окисной пленки 4 под слоем расплавленного припоя 2, припой соединяется с обнаженным основным металлом 5, и в результате получившегося взаиморастворения припоя с основным металлом образуется слой 6. На поверхности затвердевшего слоя припоя остается слой шлака 7, представляющий собой частицы диспергированной окиси алюминия. Путем постепенного перемещения паяльника достигается покрытие припоем (залуживание) всей поверхности соединения.

Процесс ультразвукового лужения подобен механическому удалению окисной пленки скребком или щеткой из стальной проволоки под слоем расплавленного припоя. Но при лужении посредством ультразвука обеспечиваются обнажение и залуживание всей поверхности основного металла, тогда как при обычном способе спаивание припоя, и основного металла происходит только на поверхности отдельных царапин, общая площадь которых всегда меньше площади залуженного участка.

Лужение с помощью ультразвука должно проводиться без флюсов, так как они препятствуют нормальному ходу процесса вследствие эмульсирования флюсующих веществ в кавитирующем припое.

Ультразвуковой метод лужения обеспечивает высокую производительность при большой механической прочности и хорошей коррозионной устойчивости соединения. При ультразвуковом методе лужения исключается зачистка мест пайки, вся подготовка к пайке сводится только к обезжириванию спаиваемых деталей в бензине или других растворителях.

Лужение алюминия и его сплавов вибрационными паяльниками производится так же, как обычными электрическими паяльниками, с той лишь разницей, что при ультразвуковой пайке не следует касаться наконечником паяльника залуживаемой поверхности.

Расплавление припоя и нагрев спаиваемых деталей может осуществляться самим паяльником, если он имеет нагревательное устройство, а при его отсутствии нагрев производится до температуры 250—300° одним из способов нагрева.

Лужение алюминия ультразвуковым паяльником

При лужении алюминия и его сплавов надо иметь в виду, что частицы окисной пленки, а также продукты эрозии основного металла размешиваются в припое и тем самым загрязняют его. Поэтому после лужения необходимо по возможности стирать с поверхности детали чистой ветошью излишки припоя до его затвердевания. При последующей пайке соединения следует использовать чистые припои. Процесс лужения ультразвуковыми паяльниками происходит очень быстро, поэтому при лужении мелких и тонких деталей необходимо соблюдать большую осторожность — нельзя задерживать паяльник на одном месте, чтобы в процессе пайки кавитацией не разрушать основной детали.

Лужение черных и цветных металлов ультразвуковым паяльником

Помимо полуды алюминия и его сплавов, ультразвуковые паяльники могут быть использованы для лужения черных и цветных металлов оловянно-свинцовыми припоями без предварительной зачистки даже в тех случаях, если детали сильно окислены или загрязнены. Металлы, плохо поддающиеся пайке, как, например, нержавеющая сталь, хром и другие, хорошо залуживаются под действием ультразвука.