УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПАЯЛЬНИК

Полезная модель относится к пайке с применением ультразвуковых колебаний и может быть использована для пайки и металлизации металлических материалов с использованием легкоплавких припоев.
5
Ультразвуковая металлизация и пайка представляют собой процесс соединения материалов путем образования молекулярного контакта жидкого металла (припоя) с трудно металлизируемыми материалами под воздействием ультразвуковых колебаний, при этом металлизируемый объект приводится в соприкосновение с расплавленным металлом (припоем) в котором возбуждается ультразвуковая кавитация. Ударные волны, возникающие при захлопывании кавитационных полостей, давления в которых могут достигать 10 атмосфер, разрушают пленки окислов и загрязнений на металлизируемой поверхности [Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.]. Возникающие при кавитации акустические течения способствуют этому процессу: они уносят частицы окислов и загрязнений, перемешивают расплав в области контакта, обуславливают абразивное действие на металлизируемую поверхность частиц твердой фазы. Кавитация способствует также проникновению расплава в поры материала (звукокапиллярный эффект), активизирует диффузионные взаимодействия на границе фаз.
Известен ультразвуковой паяльник [Авторское свидетельство СССР №1590246, кл. B23K 3/02, 28.09.89], содержащий волновод, концентратор ультразвуковой энергии, вибратор в виде пакета дискретных пьезокерамических пластин и наконечник с нагревательным элементом.
Недостатком описанного устройства является невысокая надежность вследствие несовершенства траектории движения рабочего наконечника паяльника.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой паяльник [Авторское свидетельство СССР №1756049, кл. B23K 3/03, 23.08.93], содержащий волновод, выполненный с поперечными кольцевыми пазами, причем глубина каждого паза не превышает половины диаметра волновода, концентратор ультразвуковой энергии, вибратор в виде пакета дискретных пьезокерамических пластин и наконечник с нагревательным элементом
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая надежность и эффективность пайки и металлизации.
В известном устройстве получают эллипсовидную траекторию движения наконечника ультразвукового паяльника, что не во всех случаях способствует возникновению интенсивной кавитации, хорошему перемешиванию припоя и очистке поверхностей.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задачи по повышению надежности и эффективности ультразвуковой пайки и металлизации.
Для достижения данного технического результата ультразвуковой паяльник, содержащий волновод, выполненный с поперечными кольцевыми пазами, глубина каждого паза не превышает половины диаметра волновода, концентратор ультразвуковой энергии, вибратор в виде пакета дискретных пьезокерамических пластин и наконечник с нагревательным элементом, причем, концентратор выполнен в виде усеченного конуса с наклонными пазами, расположенными на его образующей.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом (фиг.1), где изображен ультразвуковой паяльник (продольный разрез).
Ультразвуковой паяльник содержит вибратор 1 в виде пакета дискретных пьезокерамических пластин, поджатый к нему при помощи волновода 2 и демпфера 3 концентратор 4 ультразвуковой энергии с закрепленными на нем наконечником 5 и нагревательным элементом 6. Волновод 2 снабжен поперечными кольцевыми пазами 7. Концентратор 4 выполнен в виде усеченного конуса с наклонными пазами 8, расположенными на его образующей.
Ультразвуковой паяльник работает следующим образом.
При подаче синусоидального напряжения резонансной частоты на обкладки вибратора 1 он, изменяя вследствие обратного пьезоэффекта свои геометрические размеры, возбуждает ультразвуковые колебания концентратора 4 и закрепленного на нем наконечника 5. Вследствие анизотропии жесткости волновода 2, обусловленной наличием поперечных кольцевых пазов 7, амплитуда колебаний концентратора 4 со стороны кольцевых пазов 7 больше, чем с противоположной. Это неравенство амплитуд колебаний позволяет получить, наряду с возвратно-поступательными колебаниями наконечника 5, значительную поперечную составляющую амплитуды колебаний. Сложение продольной и поперечной составляющих колебаний позволяет получить эллипсовидную замкнутую траекторию движения наконечника 5. Выполнение концентратора 4 с наклонными пазами 8, расположенными на его образующей приводит к анизотропии жесткости концентратора 4 и возникновению дополнительных крутильных колебаний концентратора 4. Сложение продольной, поперечной и крутильной составляющих ультразвуковых колебаний приводит к возникновению сложной объемной траектории движения наконечника 5, что способствует более качественному перемешиванию припоя, лучшему разрушению пленок окислов и загрязнений поверхностей.
Ультразвуковой паяльник реализован с наружным диаметром корпуса 25 мм. Ультразвуковые колебания возбуждались шестью пьезокерамическими шайбами осевой поляризации типа ЦТС-19 толщиной 4 мм, причем механически шайбы соединены последовательно, а электрически - параллельно. Концентратор выполнен из титанового сплава марки ВТ16.