Ультразвуковой паяльник для пайки алюминия

Ультразвуковой паяльник для пайки алюминия

Слесарное дело

Инструмент

Материалы

Ультразвуковая пайка

Ультразвуковая пайка – это технология бесфлюсовой пайки, не требующая никаких химических веществ и использующая энергию ультразвука для спаивания таких материалов, как стекло, керамика, композиционные материалы, а также металлы, с трудом поддающиеся или совсем не поддающиеся пайке с помощью традиционных средств.

Данная технология находит всё большее применение при спаивании между собой металлических и керамических деталей, входящих в конструкцию фотоэлементов солнечных батарей, а также деталей из медицинских сплавов с памятью формы, используемых в специализированных электронных модулях и блоках датчиков.

Ультразвуковая пайка упоминается с 1955 года как метод пайки алюминия и других металлов без использования флюса.

Эта технология существенно отличается от ультразвуковой сварки. В последней энергия ультразвука используется для соединения деталей без добавления каких бы то ни было наполнителей, в то время как в традиционной (и ультразвуковой) пайке для формирования соединения применяется внешний нагрев с целью расплавления металлических наполнителей, то есть припоев. При этом ультразвуковая пайка может выполняться с помощью либо специального паяльника, либо специальной паяльной ванны.

Этот процесс может осуществляться либо автоматически при серийном производстве либо вручную при изготовлении прототипов или проведении ремонтных работ.

Изначально ультразвуковая пайка была предназначена для соединения алюминия и других металлов, однако в наши дни с появлением активных припоев можно спаивать более широкий спектр металлов, керамики и стекла.

В данной технологии применяются либо ультразвуковые паяльники с наконечником диаметром 0,5-10 мм, либо ультразвуковые паяльные ванны. В этих устройствах используются пьезоэлектрические кристаллы для генерирования звуковых волн высокой частоты (20-60 кГц) в слоях расплавленного припоя или в ванне с расплавленным припоем с целью механического разрушения оксидных плёнок, образующихся на поверхностях расплава. При этом наконечники ультразвуковых паяльников одновременно соединены с нагревательным элементом, в то время как пьезоэлектрический кристалл термически изолирован во избежание его разрушения.

Наконечники ультразвуковых паяльников способны нагреваться до 450 °C при механических колебаниях с частотой 20-60 кГц. Такой наконечник способен расплавлять металлические наполнители припоя при возбуждении звуковых колебаний в расплаве припоя. При этом вибрация и кавитация (порообразование) в полученном расплаве позволяют припоям смачивать поверхности многих металлов и сцепляться с ними.

Энергия звуковых волн, вырабатываемая наконечником ультразвукового паяльника или ультразвуковой паяльной ванной, вызывает в расплавленном припое кавитацию, которая механически разрушает оксидные плёнки, расположенные поверх слоёв самого припоя и на соединяемых металлических поверхностях.

Кавитация в ванне расплавленного припоя способна очень эффективно разрушать оксидные плёнки на поверхностях многих металлов, однако она неэффективна при пайке к керамике и стеклу, поскольку последние сами являются оксидами, а также к другим неметаллическим композиционным материалам, которые не могут быть разрушены, так как представляют собой вещество основы. В случае припаивания непосредственно к стеклу и керамике, металлические наполнители для ультразвуковой пайки должны быть легированы активными элементами, такими как индий (In), титан (Ti), гафний (Hf), цирконий (Zr), и редкоземельными элементами (церий/Ce, лантан/La и лютеций/Lu). Припои, легированные этими химическими элементами, называются «активными припоями», поскольку они напрямую воздействуют на стеклянные или керамические поверхности для создания сцепления с ними.

Технология ультразвуковой пайки находит всё большее применение, благодаря её чистоте, отсутствию флюса и сочетаемости с активными припоями, и предназначена для соединения деталей, не допускающих использования агрессивного флюса или состоящих из разнородных материалов (металлов, керамики или стекла).

Для эффективной адгезии к поверхностям должна быть разрушена собственная оксидная плёнка на активном припое, образующаяся при его плавлении, и ультразвуковая вибрация хорошо подходит для этой цели.

Читайте также:  Пылесос shivaki svc 1438

При необходимости выполнить короткое или узкое паяное соединение может быть очень эффективна ультразвуковая пайка с использованием паяльных наконечников диаметром 1-10 мм, так как объём расплавленного металла невелик и может быть эффективно приведён в колебание с их помощью. При большей площади паяного соединения применяются широкие нагреваемые ультразвуковые наконечники для распространения активных припоев по большей поверхности алюминия (а также других металлов, керамики и стекла) и её лучшего увлажнения этими припоями.

Всем привет! Многие знают, что алюминий паяют в основном в аргоновой среде специальным сварочным аппаратом, но есть еще вариант для работы с газовой горелкой, да даже турбозажигалкой в небольших масштабах можно пользоваться.

Вообще это не первое мое знакомство с данной проволокой, но опыт покупок не очень хороший, так что поделюсь не только результатом тестирования, но и проверенными местами для покупки, чтобы не получить образец №2, но начнем по порядку.

Содержание

Характеристики

B-Zn98Al 381-400
Примерный состав (вес %): 2,4 Al – остальное Zn
Температура плавления ºС: 360
Прочность на разрыв (МПа): До 100 (Al)
Плотность (г/cм3): 7,0

Распаковка и внешний вид

Последним и самым выгодным приобретением был образец №3 из banggood.

Пришел в небольшом сером пакете

Пруток дополнительно упакован в прозрачный зип-пакет.

5 метров обошлись мне в $8 с поинтами, то есть $1.6 за метр — перейти в магазин

В центре виден белый порошковый флюс, пруток в меру жесткий, выглядит как алюминий без окисления

Сравнение

Первым был куплен крайний левый образец №1 в али. Он абсолютно идентичен по свойствам с образцом №3, но 3 метра обошлись мне в $12, то есть $4 за метр, что почти втрое дороже. проверить текущую цену

В центре образец №2. Он стоит $5 за 3 метра или $1.7 за метр, как и образец №3

Но как только берешь пакет в руку, понимаешь, что это ПОС с не очень густым флюсом внутри.

Еще два образца по $8 за 3 метра так и не были доставлены, вероятно их даже не отправили.

Тестирование

Алюминий со временем покрывается оксидной пленкой, из-за которой поверхность становится матовой, так вот, перед спаиванием поверхности обязательно нужно зачищать до блеска, иначе припой просто будет шариками скатываться по поверхности независимо от степени ее нагрева. Образец №1

Вообще правильно нагреть деталь до температуры около 400 градусов, а затем просто водить прутком, который будет плавиться и заполнять собой щели, но у меня мало опыта, поэтому чтобы не перегреть поверхность, я периодически вношу пруток в пламя горелки. Если температура низкая, припой скатится по поверхности шариком, если достаточная — залудит ее.

Проверка на излом показывает хороший результат — разрыв происходит не по шву

Образец №2. Плавится очень хорошо, выделяет много дыма, воняет горелым «аспирином». К алюминию липнет, но если перегреть, довольно быстро выгорает.

Работать неудобно из-за вони и необходимости контролировать температуру.

Образец №3. Решил спаять трубки внешними стенками

Пробуем разорвать шов. После того как трубка выскочила из тисков, я зажал ее выше, выведя из фокуса и заметил это только на стадии создания гифок

Но есть фото результата на котором видно, что шов не пострадал.

Читайте также:  Стены для гаража из чего лучше

Ну и напоследок срастим алюминиевую трубку с куском «дюральки»

Тест на разрыв так же прошел успешно

Итоги

Занятная проволока — алюминий паяет отлично, заполняя собой даже мелкие щели, главное чтобы стыки не были загрязнены. К меди тоже липнет хорошо, но опытные люди говорят, что для работы с ней лучше использовать другие сплавы, хотя для экстренного полевого ремонта вполне сгодится и этот пруток.

Температура плавления алюминия около 660ºС, казалось бы, можно использовать прутки и на 450-500 градусов, но можно столкнуться с двумя проблемами:
1. Массивную деталь до 500 градусов нужно еще чем-то прогреть
2. Можно перегреть место пайки и испортить деталь

Самым оптимальным мне показался образец №3. Соответствует заявленным характеристикам и стоит дешевле остальных минимум вдвое. Так же на выбор есть лоты разной длины:
1 метр — $2.89
2 метра — $4.39
3 метра — $6.39
5 метров — $9.89

Фармацевтика, медицина, биология

Ультразвуковое пайки

Ультразвуковое пайки (англ. Ultrasonic soldering) — низкотемпературное пайки погружением заготовок в расплавленный припой, во время которого для удаления оксидных пленок из соединяемых поверхностей и улучшения их смачивания припоем используют ультразвуковые колебания.

Ультразвуковое пайки чаще всего применяют при образовании соединений деталей из алюминия и его сплавов. Применение энергии ультразвуковых волн для удаления оксидов с поверхностей пайки является альтернативой использования химической активности флюса.

Основные физические принципы работы

Введение упругих механических колебаний ультразвуковой частоты 18 … 70 кГц в расплавленный припой создает в нем кавитации и ряд сопутствующих явлений: давление ультразвуковой волны, микро- и макропотоки припоя. При интенсивности ультразвука (8 … 9) · 10³ Вт / м² в жидкой среде появляются маленькие пузырьки — зародыши кавитации, которые пульсируют с частотой ультразвуковых колебаний, расширяются и затем закрываются, создавая ударные волны, давление в которых может достигать значительных величин. Такие микрогидроудары разрушают оксидные пленки и загрязнения на поверхности пайки, которая затем хорошо смачивается припоем. Одновременно с кавитацией вблизи рабочей поверхности инструмента возникают микро- и макропотоки, которые способствуют удалению оксидных пленок и ускорению процесса смачивания поверхности металла припоем. Кавитация в жидкой среде ускоряет химические реакции и играет главную роль при ультразвуковом активировании. При высокой интенсивности ультразвука в расплаве возникают и другие эффекты: переменный звуковое давление, «звуковой ветер», кумулятивные течения.

Технологии ультразвукового пайки

Ультразвуковое пайки — это двухстадийный процесс, включающий предварительное лужения поверхностей пайки и собственно процесс пайки. Ультразвуковое пайки и лужения возможные для многих металлов и сплавов, легко окисляются и трудно паяются в том числе Ковар, сплавов никеля, алюминия, титана и др.

Ультразвуковое лужения

Ультразвуковое лужения выполняют с помощью ультразвуковых паяльников или в специальных ультразвуковых ваннах. При лужении в ультразвуковой ванне оксидная пленка одновременно удаляется по всей поверхности изделия, примыкает с жидким припоем.

Перед лужением в ультразвуковой ванне часть поверхности детали, подлежащей пайке, защищают от лужения анодированием; места детали, предназначенные для лужения, перед анодированием могут быть защищены слоем лака, который после лужения удаляют промывкой ацетоном. Перед погружением детали в ультразвуковую ванну с поверхности жидкого припоя снимают шлак и включают ультразвуковой контур. Продолжительность погружения детали в ванну может составлять 5 … 30 с в зависимости от размера и массы детали. Излишки припоя стряхивают с детали или стирают тряпкой. Луженая поверхность при нормальном режиме пайки после стирания припоя становится блестящей и слегка шероховатой. Паять детали после лужения ультразвуковым способом следует не позднее чем через 15 дней с момента лужения.

Читайте также:  Система хранения вещей larvij

Ультразвуковое пайки

Ультразвуковое пайки многожильных жгутов большого сечения из металлов (Ti, W, Cr), что плохо паяются может проводиться после предварительного флюсования в растворе 50% этилового спирта, 46% этиленгликоля, 4% солянокислого гидразина. Это позволяет обеспечить при амплитуде колебаний 8 … 9 мкм высокое качество паяных соединений пелены (при минимальных температуре, времени пайки и зазоре между изделием и волноводом). При амплитуде ультразвуковых колебаний превышающей 9 мкм происходит распыление припоя, а при амплитуде высшей от 12 мкм наблюдается интенсивное кавитационное разрушения поверхности пайки. Однако при этом есть опасность остатков флюса в шве, и поэтому такой вариант технологии не широко распространен.

При локальном подведении ультразвуковых колебаний в расплав появляется возможность сконцентрировать энергию ультразвука в небольшом объеме и уменьшить окисление припоя в ванне. Ультразвуковые колебания, направленные параллельно обрабатываемой поверхности, способствуют повышению прочности паяных соединений и обеспечению высокой стабильности процессов и уменьшения механического воздействия на обрабатываемые изделия.

Процесс ультразвуковой пайки легко автоматизируется. Толщина слоя пелены может задаваться заранее. При ультразвуковом пайки исключается образование перемычек и сосулек припоя, включений остатков оксидных пленок, уменьшается время пайки.

Недостатки

При ультразвуковом лужении удаления оксидной пленки с поверхности паяемого происходит неравномерно и его физический контакт с жидким припоем осуществляется локально. Если при этом растворимость паяемого в жидком припои мала, то заметного отделения и диспергирования оксидной пленки может не происходить.

Ag, In и Bi, которые добавляют в состав сплавов для ультразвукового пайки являются дорогостоящими, а Zn образует при пайке на воздухе значительное количество шлака. При формировании соединений могут образуются интерметаллиды, приводящих к уменьшению предела выносливости.

Ультразвуковое активации успешно заменяет функцию удаления оксида флюсом, но не может защитить очищенную поверхность до пайки, а также изменить поверхностное натяжение расплавленного припоя, чтобы увеличить его растекания или капиллярное проникновение.

Применение

Настольные ультразвуковые ванны применяют для горячего лужения деталей и выводов электронных компонентов, а ультразвуковые паяльники — для пайки и металлизации керамических и ферритовых материалов. Применение современных электронных источников ультразвуковых колебаний делает пайки надежным, экологически чистым процессом, исключает применение флюсов.

Для процессов ультразвукового пайки в электронике достаточно изучены без свинцовые сплавы на основе олова: двойные Sn-Zn, Sn-Bi, тройные: Sn-Bi-In, Sn-Bi-Zn, Sn-In-Ag, Sn-Sb-Zn, Sn-Sb-Ag и четвертной сплав: Sn-Zn-In-Sb. Все эти сплавы имеют температуру плавления в диапазоне температур 135 … 220 ° С.

Безфлюсове ультразвуковое пайки является экологически чистым процессом и экономнее, поскольку такие операции, как флюсования и очистки, требующих затрат времени и материалов, исключаются. Безфлюсове пайки в ряде случаев является необходимым условием внутреннего монтажа и герметизации микроэлектронной аппаратуры. С помощью ультразвуковых металлизации и пайки соединяют материалы, плохо поддаются пайке: никелевые, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, а также неметаллические материалы: керамику, стекло, ферриты. Это создает возможность экономии драгоценных металлов, нанесенных на диэлектрические поверхности электронных компонентов в качестве металлизации.

При выборе припоев для ультразвукового безфлюсового пайки и лужения различных материалов следует учитывать их способность к пайке, химическим сродством материалов паяемые и возможность создания качественного соединения согласно диаграмме состояния сплавов. Применение бессвинцовых припоев с добавлением Zn, In, Ag приводит к увеличению адгезионной активности расплава и снижает их окисления при ультразвуковом пайке.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector