Механические способы воздействия

При механических способах воздействия используется механическое движение деталей и инструмента, вызванное приложением механических сил к эти деталям и инструменту. Сила создается либо самим работником (немеханизированная обработка), либо двигателем, как правило, электрическим (механизированная). В сфере сервиса до сих пор значительная часть труда не механизирована.

Механическим способом воздействия является, например, резание. При резании инструмент разделяет исходную заготовку на две или больше количество отдельных частей. Резание широко применяется для подготовки к соединению кабелей, проводов, оптических волокон, деталей крепления (например, кабельных каналов). В большинстве случаев в сервисе резание производится ручными инструментами, такими, как кусачки, ножи, ножницы, пилы, специальные инструменты для зачистки изоляции (стрипперы). В случаях, когда требуется особо точное выполнение операции резания, необходимо применять специальное оборудование, в том числе и автоматизированное.

Другой распространенный способ механического воздействия - сборка (и разборка) разъемных соединений. Широко известным примером является свинчивание при помощи винтов, болтов. Винтовые соединения применяются для крепления печатных плат, крупных радиоэлектронных компонентов, деталей корпусов. В современном электронном оборудовании соединение деталей корпусов, разъемов часто выполняется при помощи упругих защелок.

В качестве другого примера можно привести механический способ соединения кабелей с использованием специальных соединителей (разъемов). На рис. 32 приведен разрез разъема для соединения оптоволоконных кабелей.

Принцип действия такого разъема следующий. Волокна закрепляются в механической оправке (кондукторе), и специальными винтами сближаются друг с другом. Для хорошего оптического контакта в месте стыка используется специальный гель с похожими на кварцевое стекло оптическими свойствами.

Основные функции разъема заключаются в фиксации волокна строго по оси, и защите волокна от механических и климатических воздействий. Необходимо точно совместить оси волокон, и плотно прижать их торцы друг к другу (создать контакт). Для этого сначала волокно закрепляется и центрируется в наконечнике, а затем уже сами наконечники центрируются в соединителе.

Рис. 32. Пример разъемного соединения – оптический соединитель

Тепловые способы воздействия

При тепловых способах воздействия сырье, заготовка или деталь подвергается нагреву (иногда охлаждению), который приводит к желаемому изменению свойств. Примеры применения тепловых способов:

• пайка;

• сварка;

• сушка;

• нагрев термоусадочных изоляционных материалов (трубок);

• нагрев с целью испытаний надежности;

• нагрев или охлаждение с целью поиска неисправности.

Пайка

Весьма распространенной технологической операцией является пайка. Пайка - технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путем введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых металей.

Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферы применяют специальные вещества - флюсы.

Строго говоря, пайка является не чисто тепловым, а комбинированным способом воздействия, сочетающим тепловое и химическое воздействие. Пайка бывает низкотемпературная (до 450 °C) и высокотемпературная. Для соединения электронных компонентов применяется низкотемпературная пайка и соответственно легкоплавкие припои. Для такой пайки используют в основном электрический нагрев.

Для пайки электронных компонентов следует использовать оловянно-свинцовый припой с содержанием олова около 61%. Припой с таким содержанием олова обладает наименьшей температурой плавления (190°).

Для пайки электронных компонентов, как правило, следует использовать флюсы, не вызывающие коррозию и не обладающие электропроводностью. Такие флюсы называются коррозионно-пассивными и не требуют отмывки. Хорошо себя зарекомендовали флюсы в виде геля на канифольной основе.

Активные флюсы (с содержанием кислот и других вызывающих коррозию веществ), например хлористый цинк, используются для пайки электронных компонентов только при условии последующей промывки растворителями для полного удаления остатков флюса.

Последовательность действий при ручной (неавтоматизированной) пайке обычно следующая.

1. Детали, подлежащие пайке, следует зачистить до металла - удалить защитные покрытия, грязь, окислы. Например, это можно сделать производится абразивными материалами.

2. Облуживание. На зачищенное место пайки наносится тонкий слой флюса. Затем место пайки приводится в соприкосновение с расплавленным припоем (например, касанием облуженного горячего паяльника или погружением в расплавленный припой). Если все сделано правильно, то деталь в месте контакта с припоем смачивается им. После охлаждения слой застывшего припоя должен быть блестящим, ровным, без не смоченных островков.

3. Залуженные детали фиксируются в необходимом положении и прогреваются паяльником. В месте нагрева вводится дополнительное количество припоя. Спаиваемые поверхности должны быть неподвижны до полного отвердения припоя. Даже небольшое движение деталей друг относительно друга в момент кристаллизации припоя может существенно снизить прочность соединения.

4. При необходимости флюс удаляется растворителем.

При производстве пайка сейчас производится с помощью сложных автоматических линий. В сфере сервиса до сих пор для пайки применяются ручные электрические паяльники, паяльные станции, иногда - газовые горелки (при работе на улице). Паяльная станция включает в себя кроме качественного паяльника как минимум устройство точного поддержания его температуры.

В последнее время в технологии пайки произошли существенные изменения. Широко распространились электронные компоненты в очень малогабаритных корпусах, в том числе с выводами под корпусом. Качественная пайка таких компонентов традиционными паяльниками невозможна. Вместо этого применяют электрофены, нагревающие воздухом присоединяемую деталь (микросхему). Другой способ, позволяющий пропаять сразу целую печатную плату - нагрев в специальной паяльной печи (пайка оплавлением).

Пайка оплавлением выполняется путем изменения температуры по заданному закону, называемому температурным профилем пайки (рис. 33). Типичный профиль состоит из постепенного нагрева с заданной скоростью до температуры предварительного нагрева (первый фронт), выдержки (первая ступень), нагрева до т.н. пиковой температуры (второй фронт), превышающей температуру плавления припоя, небольшой выдержки (вторая ступень) и охлаждения с заданной скоростью.

Пайка оплавлением основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты. Она содержит три основных составляющих: припой, флюс (активаторы) и органические наполнители. Припой в паяльной пасте содержится в виде частиц, имеющих, как правило, форму шариков. Размер шариков составляет несколько десятков микрометров, типичное значение 20-25 мкм.

Фронты температурного профиля должны иметь определенный наклон, что необходимо для снижения теплового удара. Наклон фронта определяется свойствами паяльной пасты, требованиями, предъявляемыми изготовителями компонентов и конструкцией платы. Если нагрев оказывается слишком быстрым, это может привести к повреждению платы или компонентов, а также неоптимальной работе паяльной пасты. Если нагрев слишком медленный, это необоснованно удлиняет операционный цикл пайки. Типичные значения скорости нагрева лежат в пределах от 2 до 3 ºС/с.

Рис. 33. Температурный профиль для пайки оплавлением

Первая ступень температурного профиля необходима для прогрева платы и компонентов, удаления из них влаги, активации флюса и частичного удаления органических наполнителей, содержащихся в паяльной пасте (высушивание пасты).

Вторая ступень представляет собой собственно пайку. В этой части профиля осуществляется испарение большей части органических составляющих пасты, включая флюс, и оплавление припойных шариков. Пониженные температура и время выдержки могут привести к отсутствию плавления припоя, повышенные – к повреждению компонентов, платы, а также вскипанию флюса, что приводит к разбрызгиванию припоя с образованием дефектов. Охлаждение, также как и нагрев, должно производиться с заданной скоростью.

Сварка

Сваркой называют технологическую операцию, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей путем расплавления и последующего соединения материала деталей. В отличие от пайки нагрев производится до температуры выше температуры плавления спаиваемых деталей. После прекращения нагрева материал переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Сваркой могут соединяться детали из металла, пластмасс, стекла.

В сервисе компьютерной и микропроцессорной техники сварка находит применение для соединения волоконно-оптических линий связи. Рассмотрим эту разновидность сварки.

Соединение волокон производится с помощью сварки в дуговом электрическом разряде. Оно надежно, долговечно, и вносит ничтожно малое затухание в оптический тракт. Но для такой сварки нужно весьма дорогостоящее оборудование (до нескольких десятков тысяч долларов), и сравнительно высокая квалификация оператора. Обусловлено это необходимостью высокоточного совмещения концов волокон перед сваркой, и соблюдения стабильных параметров электрической дуги. Кроме этого, нужно обеспечить ровные (и перпендикулярные оси волокна) торцы (сколы) свариваемых волокон, что само по себе является достаточно сложной задачей.

Электрическая дуга, обеспечивает нагрев концов оптических волокон до температуры плавления (1600 °С - 2000 °С).

Рис. 34. Принцип сварки оптического волокна

Процесс сварки состоит из трех этапов:

1) подготовки волокон - удаления оболочки, удаления загрязнения с очищенных поверхностей и скола очищенных волокон;

2) непосредственно процесса сварки и оценки качества (инспекции) сварного соединения;

3) защиты оголенного участка волокна от механического давления и влияния окружающей среды посредством герметичной оболочки - термоусадочной гильзы.

Рис. 35. Структурная схема автоматизированного сварочного аппарата

Процесс сварки заключается в сближении волокон с предварительно подготовленными торцевыми поверхностями на заданное расстояние, центрировании осей волокон вдоль оси абсцисс и последующем создании дугового разряда между электродами. При этом подготовка торцевых поверхностей также осуществляется скалывателем, параметры которого имеют большое значение, так как они определяют перпендикулярность полученной в результате скола поверхности к оси волокна, что является существенным фактором и при сварке оптических волокон.

В автоматических сварочных аппаратах достижение наилучшего центрирования определяется посредством световых лучей, освещающих место соединения оптических волокон, либо проходящих через оптические волокна. Специальные фотоприемники (датчики изображения) подают в цифровом виде увеличенное изображение волокон на управляющий микропроцессор, который управляет совмещением.