CN103192156A - 一种小型氮气保护焊料泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小型氮气保护焊料泵系统，相应的外热式无铅锡炉的熔锡腔体为钛合金坩埚，在钛合金坩埚的每个面上均设置有加热元件，焊料泵用于将熔融焊锡液输送给焊接喷嘴，弥散型氮气保护装置用于将经过氮气加热装置加热的氮气均匀导流形成稳定的焊接波峰。本发明能够满足PCB板焊接设备小型化、集成化需要，并且能够保证焊接波峰稳定性和PCB板焊接质量；无铅焊锡使用量比传统波峰焊设备明显减少，节约能源，明显减少锡渣产生量；能够形成有效的氮气保护膜，不仅有效降低液态焊锡氧化，而且保护焊点不产生氧化，有效减少氮气使用量；能够保证液态焊锡、特别是焊接波峰的流动性，有效避免由于焊接温度损失而产生的焊接缺陷。

Description

一种小型氮气保护焊料泵系统
技术领域
本发明涉及一种小型氮气保护焊料泵系统，属于焊接设备技术领域。
背景技术
现代电子焊接技术经历了从通孔焊接技术向表面贴装焊接技术的发展、从有铅焊接技术向无铅焊接技术的转变。焊接技术的发展转变直接带来了三方面的发展，一方面线路板上需要焊接的通孔元件逐渐减少，另一方面通孔元件的焊接难度不断增大，第三就是对无铅焊接和高可靠性产品的要求。
通孔元件焊接主要采用手工焊接、波峰焊焊接工艺。传统的手工焊接存在焊接温度难以精确控制，直接影响焊点质量；受操作者的知识、技能、情绪的影响，无法有效保证焊接质量；生产效率低，无法满足大批量生产需要；劳动力成本不断攀升，加重企业负担。
波峰焊是电子产品大批量生产过程中的最主要的焊接设备，有着生产效率高和产量大的优点。其焊接特点是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象。该工艺方法形成的“波峰”为一个矩形截面，PCB板过峰面积大，对PCB板及其上的元器件的热冲击大，高温液态焊锡与空气接触面积大，为防止焊锡氧化所需要的氮气量大，在实际使用过程中存在一定的局限性；另外，针对同一PCB板上的不同性质的焊点，无法区别设定焊接参数，不能满足高品质质量要求；热冲击影响造成PCB板变形、双面混装线路板上已焊好的表贴器件二次熔化、已焊接的热敏元件因温度过高而损坏；助焊剂全板喷涂产生大量浪费和污染；无铅焊锡一次熔化量很大(一般在35Kg以上)，并伴随产生大量焊渣，不仅造成浪费，还污染环境。
发明内容
本发明为解决现有的波峰焊技术中存在的对氮气的需求量较大、无法区别设定焊接参数、对PCB板的热冲击较大、产生焊渣较多以及污染环境的问题，进而提供了一种小型氮气保护焊料泵系统。为此，本发明提供了如下的技术方案：
一种小型氮气保护焊料泵系统，包括：外热式无铅锡炉、焊接喷嘴、焊料泵、弥散型氮气保护装置和氮气加热装置；外热式无铅锡炉的熔锡腔体为钛合金坩埚，在钛合金坩埚的每个面上均设置有加热元件，焊料泵用于将熔融焊锡液输送给焊接喷嘴，弥散型氮气保护装置用于将经过氮气加热装置加热的氮气均匀导流形成稳定的焊接波峰。
本发明结构紧凑，能够满足PCB板焊接设备小型化、集成化需要，并且能够保证焊接波峰稳定性和PCB板焊接质量；无铅焊锡使用量比传统波峰焊设备明显减少，节约能源，明显减少锡渣产生量；能够形成有效的氮气保护膜，不仅有效降低液态焊锡氧化，而且保护焊点不产生氧化，有效减少氮气使用量；能够保证液态焊锡、特别是焊接波峰的流动性，有效避免由于焊接温度损失而产生的焊接缺陷。
具附图说明
图1为本发明的具体实施方式提供的小型氮气保护焊料泵系统的第一结构示意图；
图2为本发明的具体实施方式提供的焊料泵的结构示意图；
图3为本发明的具体实施方式提供的小型氮气保护焊料泵系统的第二结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的具体实施方式提供了一种小型氮气保护焊料泵系统，如图1至图3所示，包括：外热式无铅锡炉1、焊接喷嘴11、焊料泵19、弥散型氮气保护装置和氮气加热装置；外热式无铅锡炉1的熔锡腔体为钛合金坩埚2，在钛合金坩埚2的每个面上均设置有加热元件，焊料泵19用于将熔融焊锡液输送给焊接喷嘴11，弥散型氮气保护装置用于将经过氮气加热装置加热的氮气均匀导流形成稳定的焊接波峰。
本具体实施方式提供的小型氮气保护焊料泵系统主要包括外热式无铅锡炉1、焊接喷嘴11、焊料泵19、弥散型氮气保护装置和氮气加热装置五个部分。
具体的，外热式无铅锡炉1可采用钛合金板制作钛合金坩埚2，外热式无铅锡炉1的外壳为不锈钢板，加热元件分布在钛合金坩埚2的前、后、左、右和底面上，加热元件与外热式无铅锡炉1的外壳之间充填有隔热保温材料，加热元件与钛合金坩埚2之间预埋控温热电偶。外热式无铅锡炉1一次装炉量16～20Kg。安装焊料泵19后，外热式无铅锡炉1的上表面被密封，隔绝高温液态焊锡与空气的接触，防止焊锡氧化。同时在焊料泵19的面板上安装控温热电偶、热电偶插入锡池中，与预埋热电偶配合控制焊锡加热温度。该外热式无铅锡炉1相比一般波峰焊锡炉具有以下优点：一次装锡量明显减少，节约无铅焊锡；在保证加热效果的腔体下，有效降低加热功率(加热功率3～6Kw)，节约能源；能够充分实现氮气保护，减少锡渣产生量；减小散热面积，提高控温精度；方便更换维修。
优选的，焊料泵19可以包括泵体3、叶轮4、叶轮轴5、石墨间隙补偿套6和石墨绝热套7，在泵体3中设置有叶轮腔15和压缩稳定腔17，用于通过沿叶轮腔15切线方向开设的压缩通道16将两侧腔体连通，叶轮4和叶轮轴5固定连接后设置在叶轮腔15中，用于通过调节石墨间隙补偿套6控制叶轮4端面与泵体3上端面之间的间隙，石墨绝热套7用于隔绝高温焊锡热量沿叶轮轴5向外传导。
优选的，焊料泵19还可以包括从动同步带轮8、储热型焊接喷嘴座9、高温磁铁10、步进电机22、主动同步带轮23和同步皮带24，步进电机22用于通过主动同步带轮23、从动同步带轮8和同步皮带24驱动叶轮4，储热型焊接喷嘴座9安装在压缩稳定腔17的上部，在储热型焊接喷嘴座9的上部镶嵌高温磁铁10。步进电机22驱动叶轮4旋转，使叶轮4底部的吸锡口周围产生负压，将熔融焊锡吸入叶轮齿隙中，经旋转压缩后由压缩通道排入压缩稳定室。随着压缩稳定室中熔融焊锡量不断增加，焊锡液面抬升被输送到焊接喷嘴11，形成焊接波峰。碳纤维隔热连接板25用于隔绝高温传导以减少对步进电机22的热影响。
本具体实施方式提供的焊料泵19的特点是：结构紧凑；使用步进电机驱动控制，通过调整电机转速有效控制焊接波峰高度和稳定性；压缩稳定室充分减小叶轮齿隙对熔融焊锡产生的涌动影响，保证焊接波峰的稳定性；与锡炉安装连接快速方便，通过保护气体有效防止无铅焊锡氧化；便于维护。
优选的，弥散型氮气保护装置可以包括氮气保护罩12和氮气导流罩13，储热型喷嘴座9的外侧安装在氮气保护罩12和氮气导流罩13上，氮气保护罩12和氮气导流罩13用于将焊料泵19安装在外热式无铅锡炉1上，安装后在泵体3与钛合金坩埚2之间形成焊锡熔化腔14。
为保证输入的氮气均匀包裹整个焊接波峰，减小流动氮气气流对波峰的影响，并隔绝空气与高温液态焊锡接触。氮气导流罩13为双层结构，外壁为不锈钢材料，内壁采用多微孔型不锈钢材料，中间为风道。氮气经输气管被高温贯流式氮气加热装置加热后进入风道，并从风道内壁的多微孔材料的微孔中、沿圆周方向向圆心均匀流出，经氮气导流罩13包裹整个焊接波峰形成氮气保护膜。
优选的，焊接喷嘴11可为直径2～25cm系列化焊接喷嘴，以方便用户根据焊接PCB板实际需要选择不同的规格。焊接喷嘴11的安装可采用高温磁铁磁性安装，实现焊接喷嘴快速拆装，缩短维护时间。为保证形成稳定的焊接波峰，选用对无铅焊锡湿润性强的金属材料，在喷嘴端面设置容锡稳定槽以增强焊接波峰的稳定性。
本具体实施方式提供的小型氮气保护焊料泵系统的工作原理是：首先开启外热式无铅锡炉1的加热电源，当无铅焊锡完全熔化、达到设定温度后，启动步进电机22，带动叶轮4旋转。随着叶轮4旋转，叶轮腔15产生负压，将液态焊锡由泵体3底部的进料口吸入叶轮腔15，并通过压缩通道16输入压缩稳定腔17。随着压缩稳定腔17中液态焊锡量和压力不断增加，液态焊锡由储热型喷嘴座9中的通道输入到可换式焊接喷嘴11，形成焊接波峰。
采用本具体实施方式提供的技术方案，能够满足PCB板焊接设备小型化、集成化需要，并且能够保证焊接波峰稳定性和PCB板焊接质量；无铅焊锡使用量比传统波峰焊设备明显减少，节约能源(加热功率3～6Kw)，明显减少锡渣产生量；能够形成有效的氮气保护膜，不仅有效降低液态焊锡氧化，而且保护焊点不产生氧化，有效减少氮气使用量(氮气使用量仅为普通波峰焊的十分之一左右)；能够保证液态焊锡、特别是焊接波峰的流动性，有效避免由于焊接温度损失而产生的焊接缺陷；系列化焊接喷嘴能够满足不同要求的PCB板焊接工艺要求，同时有效降低焊接波峰对PCB板产生的热冲击。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，包括：外热式无铅锡炉(1)、焊接喷嘴(11)、焊料泵(19)、弥散型氮气保护装置和氮气加热装置；外热式无铅锡炉(1)的熔锡腔体为钛合金坩埚(2)，在钛合金坩埚(2)的每个面上均设置有加热元件，焊料泵(19)用于将熔融焊锡液输送给焊接喷嘴(11)，弥散型氮气保护装置用于将经过氮气加热装置加热的氮气均匀导流形成稳定的焊接波峰。
2.根据权利要求1所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，所述加热元件与外热式无铅锡炉(1)的外壳之间充填有隔热保温材料。
3.根据权利要求1所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，焊料泵(19)包括泵体(3)、叶轮(4)、叶轮轴(5)、石墨间隙补偿套(6)和石墨绝热套(7)，在泵体(3)中设置有叶轮腔(15)和压缩稳定腔(17)，用于通过沿叶轮腔(15)切线方向开设的压缩通道(16)将两侧腔体连通，叶轮(4)和叶轮轴(5)固定连接后设置在叶轮腔(15)中，用于通过调节石墨间隙补偿套(6)控制叶轮(4)端面与泵体(3)上端面之间的间隙，石墨绝热套(7)用于隔绝高温焊锡热量沿叶轮轴(5)向外传导。
4.根据权利要求3所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，焊料泵(19)还包括从动同步带轮(8)、储热型焊接喷嘴座(9)、高温磁铁(10)、步进电机(22)、主动同步带轮(23)和同步皮带(24)，步进电机(22)用于通过主动同步带轮(23)、从动同步带轮(8)和同步皮带(24)驱动叶轮(4)，储热型焊接喷嘴座(9)安装在压缩稳定腔(17)的上部，在储热型焊接喷嘴座(9)的上部镶嵌高温磁铁(10)。
5.根据权利要求4所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，焊料泵(19)还包括碳纤维隔热连接板(25)，用于隔绝高温传导以减少对步进电机(22)的热影响。
6.根据权利要求1所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，弥散型氮气保护装置包括氮气保护罩(12)和氮气导流罩(13)，储热型喷嘴座(9)的外侧安装在氮气保护罩(12)和氮气导流罩(13)上，氮气保护罩(12)和氮气导流罩(13)用于将焊料泵(19)安装在外热式无铅锡炉(1)上，安装后在泵体(3)与钛合金坩埚(2)之间形成焊锡熔化腔(14)。
7.根据权利要求1所述的小型氮气保护焊料泵系统，其特征在于，焊接喷嘴(11)为直径2～25cm系列化焊接喷嘴。
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