Неразъемными являются соединения, выполняемые клепкой, развальцовкой, расчеканкой, опрессовкой, пайкой, сваркой и склеиванием. При ремонте устройств РЗА наиболее часто используют пайку, сварку и склеивание.
Пайкой называют процесс получения неразъемного соединения с помощью расплавленного припоя. В устройствах РЗА пайку применяют при выполнении электрических соединений проводников между собой и с выводами аппаратов, приборов и другими контактными деталями. При этом преимущественно используют оловянисто-свинцовые ПОС61 и ПОС61М припои, а в качестве флюса — раствор канифоли марок А или В в спирте или кусковую канифоль тех же марок.
Выполняют пайку электропаяльниками различной конструкции (молотковыми, торцовыми, угловыми и т.д.) мощностью от 35 до 200 Вт и напряжением 36 В, питаемыми от понижающих трансформаторов, первичная обмотка которых подключается к электрической сети через устройство для плавного регулирования напряжения (например, через лабораторный автотрансформатор JIATP-2).
Паяльник, как правило, должен находиться на основном рабочем месте на специальной подставке 2. На этой же подставке целесообразно в соответствующих гнездах (на рисунке не показаны) разместить баллончик или дозатор с раствором канифоли, ванночку с комковой канифолью, баллончик с лаком (для защиты места пайки) и ванночку с нашатырем (для зачистки наконечника паяльника).
Наиболее часто используют торцовые паяльники, мощность и диаметр наконечника которых выбирают в зависимости от объекта пайки. Так, паяльник мощностью 35 Вт с наконечником 6 мм применяют при пайке малогабаритных компонентов и печатных плат, мощностью 50 Вт с наконечником 6 мм — навесных элементов на расшивочные панели и монтажных проводов небольшого сечения, а мощностью 90 Вт с наконечником 9 мм — крупных навесных деталей, проводов сечением до 1,5 мм2 и экранирующих оплеток проводов.
Особенно внимательным надо быть при пайке полупроводниковых приборов и микросхем, которые могут быть повреждены при приложении сравнительно малых напряжений (порядка 30—40 В) и воздействии статических зарядов. В этих случаях используют паяльники на напряжение менее 10 В, включаемые в электрическую сеть через разделительный трансформатор, а металлическую плату, на которой закреплены полупроводниковые приборы или микросхемы, соединяют с корпусом паяльника гибким проводником.
Для пайки мелких деталей удобен импульсный паяльник, выполненный в виде пистолета, в корпус которого помещен небольшой трансформатор. Первичная обмотка I трансформатора Т (рис. 147,6) подключается к электросети через предохранитель F кнопкой SB при нажатии на курок. Наконечник паяльника представляет собой изогнутую медную проволоку и включен в цепь основной вторичной обмотки, состоящей из нескольких витков. К дополнительной вторичной обмотке III подключены сигнальные лампы HL1 и HL2, которые при включении паяльника загораются. Напряжение основной вторичной обмотки невелико, однако ввиду незначительного сопротивления ее цепи ток составляет 100 А и более, поэтому наконечник нагревается за несколько секунд. Небольшое напряжение исключает повреждение деталей, а кратковременный нагрев места соединения предупреждает недопустимый перегрев и обеспечивает хорошее качество пайки.
При выполнении пайкой электрических соединений зачищенные концы проводов и выводы навесных деталей (резисторов, конденсаторов, диодов) предварительно закрепляют на контактных лепестках или выводах других деталей, загибая вокруг них, а затем обжимают. Если в лепестках имеется отверстие, зачищенный конец провода или вывода навесной детали вводят в него, загибают вокруг лепестка и, откусив лишний участок кусачками, обжимают место крепления плоскогубцами. Закрепление проводов и выводов навесных деталей на лепестках базовой детали, например ламповой панельки, показано на рис. 148, в. Если монтаж ведут на панели из изоляционного материала без контактных лепестков, зачищенные концы проводов и выводов навесных деталей пропускают через отверстия в ней, а затем скручивают. Изгибать выводы деталей надо осторожно, причем место первого изгиба должно быть не ближе 5 мм от места выхода вывода из соответствующей детали.
Для обеспечения надежного контактного соединения необходимо при пайке соблюдать следующие требования. Наконечник паяльника должен иметь ровную поверхность, быть хорошо зачищен, а также облужен, для чего его смачивают расплавленной канифолью и покрывают небольшим количеством припоя. Температура наконечника должна быть на 10—20 °С выше температуры плавления припоя, который при этом быстро плавится, но не скатывается, а канифоль не сгорает, оставаясь в виде кипящих капелек. Для прогревания места соединения до температуры плавления припоя паяльник прикладывают к нему не острием наконечника, с которого стекает припой, а плоской частью, что обеспечивает большую площадь соприкосновения.
Количество флюса, наносимого на место пайки, должно быть минимальным и он не должен растекаться за пределы места пайки. Для нанесения флюса целесообразно пользоваться дозатором (см. рис. 146,6), представляющим собой полиэтиленовый баллон 5 с наконечником 4, в который вставлена медицинская инъекционная игла.
Участки, подлежащие пайке, тщательно зачищают, облуживают и прогревают паяльником, чтобы обеспечить полное растекание расплавленного припоя. Количество припоя должно быть минимальным: лишний припой снижает качество контактного соединения и делает его менее прочным. Время пайки также должно быть минимальным (до 5 с при пайке проводов и выводов деталей приборов и реле). Паяное соединение должно иметь чистую глянцевую ровную поверхность (без пор, загрязнений, наплывов и острых выступов припоя). Припой должен заполнять место соединения со всех сторон. Для удаления остатков флюса места паек промывают растворителем, а затем для защиты от воздействия окружающей среды покрывают лаком или влагонепроницаемой краской. Для защиты деталей от перегрева, особенно при небольших расстояниях от их корпусов до мест пайки (менее 10 мм), выполняют пайку с теплоотводом, а в качестве которого используют медные наконечники 3, надеваемые на губки 1 пинцета для удерживания провода 2 либо вывода 4 или на зажим «крокодил». При пайке надо следить за тем, чтобы паяльник не задевал детали и провода. Если эти детали размещены очень близко от места пайки, что может вызвать их недопустимый перегрев, пользуются теплозащитными экранами из теплостойкого материала. Нельзя допускать, чтобы на детали и контактные выводы попадали капли припоя и флюса, а в случае попадания их нужно немедленно удалить. Остатки монтажных материалов удаляют из аппарата или прибора продувкой или пылесосом.
В настоящее время в аппаратах и приборах широко применяют сборочные элементы из алюминия и его сплавов (корпуса, экраны и др.), при необходимости пайки которых возникают трудности, связанные с образованием на поверхности этих металлов очень прочной оксидной пленки с высокой температурой плавления. Традиционные методы пайки с применением специальных флюсов и припоев при сравнительно высоких температурах нагрева мест соединений в большинстве случаев при ремонте аппаратов РЗА использоваться не могут. Поэтому для пайки алюминия целесообразно пользоваться ультразвуковым электропаяльником. Колебания ультразвуковой частоты 20—25 кГц передаются расплавленному припою и пленке оксида, которая разрушается, что позволяет выполнять лужение и пайку без применения флюса. Таким образом можно только предварительно облудить соединяемые участки, а затем выполнить пайку обычным паяльником. Ультразвуковой электропаяльник обмотку 5, которая питается от генератора тока звуковой частоты. С такой же частотой колеблется сердечник 4 из магнитно-стрикционного материала, воздействующий на вибратор 3 и через него на наконечник 1, нагреваемый спиралью 2.
Пайка мягкими оловянисто-свинцовыми припоями обладает рядом недостатков, основными из которых являются большой расход дефицитных и дорогостоящих припоев, небольшая механическая прочность и недостаточная надежность электрического контакта, низкая нагревостойкость паяных соединений. Этих недостатков можно избежать, если заменить пайку сваркой.
Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений местным оплавлением, при котором образуются прочные межатомные связи, обеспечивающие высокую механическую прочность соединения. Существует много способов сварки: дуговая, контактная точечная и шовная, плазменная, электронно-лучевая, ультразвуковая, лазерная. При ремонте аппаратов РЗА чаще используют контактную точечную сварку, которую выполняют сварочным аппаратом, состоящим из понижающего трансформатора Тс переключателем S ответвлений первичной обмотки /, контактора КМ, реле тока К А, выключателя SB с ножным приводом (педалью) и сварочных клещей с угольными электродами 1 и 2. Свариваемые детали зажимают между угольными электродами клещей и включают выключатель SB, нажимая на педаль. При этом срабатывает контактор КМ, включается трансформатор Т и через свариваемые детали проходит достаточный для разогрева и сплавления места (точки) соединения ток. При токе срабатывания реле КА контактор КМ отключает трансформатор Т. Ток срабатывания реле отрегулирован так, чтобы трансформатор отключался после окончания сварки.
Разновидностью точечной контактной сварки является конденсаторная. Установка для конденсаторной сварки состоит из батареи конденсаторов CI — С5 с переключателем S1 их количества и переключателем S2, переводящим ее с заряда на разряд, сварочного трансформатора Т и электродов 1 и 4. При сварке зажимают детали 2 и 3 между электродами, предварительно включив батарею конденсаторов на заряд и переводя переключатель S2 в соответствующее положение (как показано на рисунке). Затем батарею конденсаторов подключают к первичной обмотке трансформатора Т, переводя переключатель S2 в другое положение. При разряде конденсаторов в месте прохождения через детали тока происходит их сварка. Режим сварки зависит от количества включенных конденсаторов : чем больше конденсаторов включено параллельно, тем больше сварочный ток.
Преимуществом конденсаторной сварки, происходящей за счет запасенной в конденсаторах энергии, является высокая скорость нагрева места соединения, благодаря чему предотвращается распространение нагрева за пределы свариваемого участка и обеспечивается постоянство технологического процесса.
Клеевые соединения получают с помощью специальных веществ — клеев, которые благодаря адгезии (прилипанию) обеспечивают прочное скрепление соединяемых деталей. Технологический процесс получения клеевого соединения включает выбор клея, подготовку соединяемых поверхностей, формирование клеевого слоя и контроль качества соединения.
При выборе клея учитывают прежде всего природу соединяемых материалов, а также условия работы клеевого соединения. Как правило, рекомендуется использовать клей на той же (или близкой по составу) основе, что и склеиваемые материалы. Вместе с тем можно использовать универсальные клеи, пригодные для различных материалов (например, эпоксидные, полиуретановые, полиакриловые).
Для склеивания отвержденных реактопластов (фенопластов, пластмасс на основе эпоксидных, полиэфирных, кремнийорганических и некоторых других смол) рекомендуются термореактивные клеи. Термопласты в зависимости от способности склеиваться подразделяют на три группы: легко склеиваемые, условно легко склеиваемые и трудно склеиваемые. К первой группе относятся термопласты, которые склеиваются без специальной подготовки поверхностей (полиакрилаты, не пластифицированный или с низким содержанием пластификатора поливинилхлорид, полистирол). Ко второй — термопласты, требующие несложной подготовки поверхностей (пластифицированный поли винилхлорид, пенопласт). К третьей — термопласты, требующие сложной подготовки поверхностей или применения специальных клеев, пригодных лишь для пластмасс определенного типа (полиэтилен, полипропилен, фторопласты). Для склеивания резиновых изделий применяют резиновые клеи.
Если нет готового для использования с соответствующими характеристиками клея, его необходимо приготовить согласно рецепту, устанавливающему количество составных частей и условия их смешивания. Основные части — это клеящее вещество и отвердитель. Кроме того, в зависимости от предъявляемых к клеевому соединению требований в состав клея вводят пластификатор и наполнитель. Пластификатор снижает вязкость и повышает жизнеспособность клея, облегчает введение наполнителя и нанесение клея на поверхности, а также придает клеевому слою большую эластичность.
Введение наполнителей оказывает существенное влияние на характеристики клея. Изменяя количество наполнителя, можно регулировать вязкость клея, его пропитывающие свойства, создавать определенную толщину клеевого слоя, уменьшать внутренние механические напряжения, выравнивать физические, свойства клея и склеиваемых материалов. В зависимости от того, вступает или не вступает наполнитель во взаимодействие с другими компонентами клея, он может быть активным и нейтральным. Наполнитель может придавать клею специальные свойства. Такие наполнители, как порошки металлов и графита, повышают тепло- и электропроводность клея, слюда — электрическое сопротивление и диэлектрические свойства, антипирены — негорючесть, нитрид бора — теплопроводность и стойкость к действию иизких температур. Кроме того, наполнители уменьшают усадку клеевого шва и позволяют экономить клеящие материалы.
Прочность склеиваемых изделий во многом зависит от типа (конструкции) клеевого соединения. Соединение внахлестку — простое и хорошо работает на сжатие и сдвиг. Соединение с односторонней накладкой применяют, когда одна сторона конструкции должна быть ровной; для увеличения прочности используют две накладки. Высокопрочное соединение с двумя накладками со скошенными краями и врезным соединением деталей показано на рис. 153, г. Соединение встык применяют только при больших площадях. Для увеличения прочности поверхности скашивают. Врезное и шпунтовое соединения показаны на рис. 153, ж. Угловые соединения рекомендуется выполнять с накладками.
Надежность соединения втулка - отверстие зависит от качества подгонки поверхностей, шероховатость которых должна соответствовать 2-3-му классам по ГОСТ 2789-73, а зазор между втулкой и отверстием — быть в пределах 0,05—0,15 мм. Наиболее прочными являются соединения цилиндрических элементов по конусу, так как в этом случае можно создать необходимое для отверждения клея давление.
При подготовке соединяемых поверхностей их обрабатывают, чтобы улучшить адгезию с клеевой композицией. При ремонте устройств РЗА преимущественно используют механическую обработку — шлифование, зачистку наждачной бумагой, а затем очистку для удаления частиц абразива и обезжиривание органическими растворителями: углеводородами (бензином), хлорированными углеводородами, кетонами (ацетоном), спиртами, которые удаляются при сушке. Чистоту подготовленных поверхностей проверяют визуально или нанесением капельки воды. Если капля растекается, это говорит о том, что поверхность смачивается и хорошо подготовлена к склеиванию.
Наносят клей на подготовленные поверхности как вручную, так н с помощью специальных приспособлений. Большое значение для успешного склеивания имеет равномерность толщины клеевого слоя. Если клей жидкой консистенции, его можно наносить кисточкой, валиком или распылителем. Для создания слоя нужной толщины клей наносят несколько раз, подсушивая каждый слой. Вязкий пастообразный клей, который наносят шпателем, вдавливается в поры и заполняет неровности склеиваемых поверхностей.
Клеи-расплавы наносят на предварительно нагретые выше их температуры плавления склеиваемые поверхности. Для нанесения термопластичных клеев-расплавов применяют пистолет, представляющий собой трубку с соплом, на которой крепятся электронагреватель и рукоятка. Такой пистолет прост в устройстве и обращении, а также удобен для любых клеев, поскольку температуру электронагревателя можно регулировать, изменяя лабораторным автотрансформатором (например, JIATP-2) подводимое напряжение.
При склеивании пленочным клеем вырубают или вырезают ножницами кусок необходимой формы, удаляют с него предохраняющую пленку и укладывают клеящую пленку между подготовленными к склеиванию поверхностями.
Для формирования клеевого слоя необходимы определенные выдержка времени, температура и давление. Испарение растворителя из жидких клеевых композиций и всасывание его в подложку может протекать как при комнатной, так и при повышенной температуре. Время сушки клеевого слоя обычно от 15 до 60 мин, после чего детали соединяют друг с другом и сжимают с определенным усилием. Если клей наносят в несколько слоев, проводят сушку со ступенчатым подъемом температуры. Так, первый слой клея БФ наносят на обе склеиваемые поверхности и выдерживают на воздухе при комнатной температуре 15 — 20 мин, а затем в термостате при 55 — 60 СС — 15 мин. Извлеченные из термостата детали охлаждают до комнатной температуры, наносят второй слой клея и выдерживают при тех же условиях.
После этого совмещают и плотно сжимают склеиваемые поверхности струбциной или прессом, обеспечивая давление до 1 МПа, и помещают в термостат, где выдерживают при 140— 160 °С в течение 2 ч.
Термопластичные клеи обычно наносят в один слой на склеиваемые поверхности, которые прижимают друг к другу, и выдерживают до отверждения.
Клеевой шов из клея-расплава формируют, нанося расплавленный клей на холодные склеиваемые поверхности, которые сразу прижимают друг к другу, или на подогретые, чтобы он лучше растекался и проникал в поры под давлением. Можно также нанести расплавленный клей на поверхности, охладить их до комнатной температуры, сжать под давлением и нагреть до температуры, превышающей температуру плавления клея на 10 — 20 °С, а затем охладить.
При использовании всех термореактивных клеев, за исключением клеев холодного отверждения, склеиваемые детали нагревают. Для отверждения клея при повышенных температурах обычно используют термостаты. При склеивании необходимо строго выдерживать температурный режим и давление, установленные для каждого типа клея. Следует иметь в виду, что в большинстве случаев с уменьшением толщины клеевого слоя повышается прочность соединения. Это объясняется тем, что в тонком слое клея появляются меньшие внутренние напряжения. Так, для клеев, при отверждении которых возникают большие внутренние напряжения (например, на основе МФС), рекомендуется тонкий клеевой шов (около 0,1 мм). Прочность соединения на эпоксидных клеях почти не зависит от толщины слоя, которая обычно равна 0,2 мм.
В готовом изделии трудно определить качество клеевого соединения, поэтому для его обеспечения необходимо строго соблюдать технологические инструкции на всех стадиях процесса склеивания. Некачественное склеивание может быть вызвано следующими причинами.
Если вязкость клея, скорость его отверждения, толщина нанесенного слоя и время открытой выдержки недостаточны, а давление завышено, равномерная пленка клея не образуется.
При недостаточном перемешивании и большой концентрации порошкообразных наполнителей в низковязком клее, высокой влажности склеиваемых поверхностей и применении нерастворимых отвердителей образуется пористый слой.
При недостаточной предварительной сушке клея, высокой влажности склеиваемых поверхностей, низкой температуре отверждения и малом количестве отвердителя видны волокна мягкого или частично отвержденного клея.
При отверждении клея до контакта с другой поверхностью или отсутствии адгезии к поверхности из-за ее плохой подготовки клей находится только на одной из склеиваемых поверхностей. При недостаточном или поздно приложенном давлении, неравномерном нанесении клея или больших неровностях поверхностей на них имеются лишь островки клея.
Плохо склеенные детали необходимо заменить. При непроклеях термопластичными клеями склеиваемые поверхности снова нагревают до температуры выше температуры плавления полимерной основы клея и обеспечивают давление, при котором происходит заполнение не проклеенных участков. Если при этом пустоты не заполнятся, надо склеиваемые детали нагреть, разъединить, добавить клеевую композицию и снова склеить.
Термореактивные клеи нагревают до температуры их размягчения, после чего механически разрушают клеевой шов. Если склеенные детали нагревать нельзя, их погружают в растворитель, чтобы клей набух, разнимают, очищают, а затем вновь склеивают.
Контрольные вопросы
1.            Как подразделяют сборочные работы по организационному принципу?
2.            Какие сборочные работы выполняют при ремонте, устройств РЗА?
3.            Как предупреждают само отвинчивание резьбовых соединений?
4.            Как выполняют соединения загибанием краев деталей и с помощью лапок?
5.            Какие требования предъявляют к соединениям, выполняемым пайкой?
6.            Каковы особенности пайки выводов злектрорадиокомпонентов?
7.            Что представляют собой клеевые соединения и как выбирают клеи для их выполнения?
8.            Какие факторы определяют прочность клеевых соединений?