Пример разработки монтажной схемы

Пайка монтажных соединений

  Основные сведения

     Пайка - это процесс соединения металлов, находящихся в твёрдом состоянии, посредством расплавленного присадочного металла или сплава, называемого припоем. Температура плавления припоя ниже, чем у соеди­няемых металлов, а соединение происходит за счёт диффузии припоя в ос­новной металл. Температура пайки ниже температуры сварки, поэтому при пайке почти не происходит коробления и деформации деталей, а также сильного окисления металлов с образованием окалины. Хотя паяное со­единение неразъёмное, его легко разобрать, распаяв. Для обеспечения нормального протекания процесса диффузии необходимо, чтобы с поверх­ности металла была удалена окисная плёнка, а температура паяльника бы­ла на 50... 100 градусов выше температуры плавления припоя.

     В качестве припоев применяются некоторые цветные металлы и сплавы. В зависимости от требований к прочности соединений различают твёрдые и мягкие припои.

     Твёрдые припои подразделяются на тугоплавкие (с температурой плавления 875... 1100 °С) и легкоплавкие (400...875 °С). Прочность соединения при пайке твёрдыми припоями достигает 30...50 кгс/мм². К таким припоям относятся медные, цинковые и серебряные сплавы.

Мягкие припои имеют температуру плавления до 300 °С. Они обеспечивают прочность соединений около 3...10 кгс/мм . К ним относятся оловянно-свинцовые, кадмиевые и висмутовые сплавы.

     Для монтажа радиоэлектронной аппаратуры и устройств автоматики обычно используется припой марки ПОС-61, содержащий 61% олова и 39% свинца. Температура плавления данного припоя составляет 190 °С. Чистое олово для пайки применять не рекомендуется из-за так называемой «оловянной чумы», когда при низких температурах металлическое олово переходит в порошкообразное состояние. Добавка свинца устраняет этот недостаток, а также снижает температуру плавления и стоимость припоя, повышает его текучесть в расплавленном состоянии.  При нагревании металла в процессе пайки происходит интенсивное окисление зачищенного места, поэтому необходима защита его от воздей­ствия атмосферного кислорода. Для защиты используются флюсы.

     По характеру воздействия на окисную плёнку флюсы подразделяют­ся на кислотные (химически активные) и бескислотные (химически неак­тивные).

     Кислотные флюсы (хлористый цинк, борная кислота, бура, паяльный активированный жир, аспирин и др.) активно действуют на окисную плён­ку, растворяют её и этим создают условия для качественной диффузии припоя в основной металл.

     Бескислотные флюсы (канифоль кусковая или порошкообразная, спиртовый раствор канифоли, парафин и др.) на окисную плёнку не дейст­вуют, а служат только для защиты зачищенного металла от окисления в процессе пайки. Испаряясь и сгорая, они создают защитную газовую обо­лочку, не пропускающую атмосферный кислород.

              При использовании кислотных флюсов необходимо промыть место пайки для удаления остатков флюса, иначе будет постепенно разрушаться основной металл и частично припой, а при электромонтажных работах за­частую промывка невозможна. Поэтому для данных работ обычно исполь­зуются бескислотные флюсы на основе канифоли.

Монтажный инструмент

           Для качественного монтажа необходим специальный инструмент, удобный и привычный в обращении. Поэтому профессиональные монтаж­ники обзаводятся своим инструментом, содержат его в исправности.     Это, прежде всего, паяльник. Обычно для пайки радиоэлектронной аппаратуры и устройств автоматики используются торцевые электрические паяльники с жалом из красной меди и мощностью 15...40 Вт. Мощность определяется массивностью места пайки. Угол заточки жала должен быть 25...45^Меньшее значение угла - для пайки печатных плат. Периодиче­ски жало затачивается напильником с мелкой насечкой и сразу же облуживается. Также необходимо его периодически очищать от нагара. Паяльник рекомендуется подключать к электрической сети через регулятор напря­жения (например, тиристорный или симисторный), так как часто паяльни­ки, включённые непосредственно в сеть, перегреваются, и жало быстро вы­горает. С помощью регулятора напряжения можно подобрать температур­ный режим паяльника под используемую марку припоя, не допуская пере­грева. Паяльник укладывается на подставку, где в отдельных углублениях (чашках) находятся припой и флюс.

Для резки, зачистки и формовки монтажных проводов используются кусачки-бокорезы, нож и плоскогубцы (небольшие пассатижи). Для фор­мовки петель и колец используются круглогубцы. Если провод тонкий, то для этого можно пользоваться пинцетом. Нож обычно используется склад­ной, с хорошей фиксацией в открытом состоянии.

Пинцет является обязательным инструментом монтажника. Лучше всего использовать средний хирургический пинцет длиной 130... 150 мм с насечкой на концах. Пинцетом удерживаются провода и детали при пайке.

              1.3 Технологический процесс пайки

       Для обеспечения пайки хорошего качества необходима предвари­тельная подготовка поверхностей под пайку, которая производится в сле­дующей последовательности:

- механическая зачистка поверхностей;

- горячее лужение, т.е. покрытие тонким слоем олова.

Поверхности, подлежащие пайке, не следует зачищать шлифоваль­ной или наждачной бумагой, так как зёрна абразива, остающиеся в борозд­ках на металле будут препятствовать диффузии припоя и пайка будет не­качественной. Лучше всего пользоваться ножом, однако при снятии изоля­ции с проводов надо быть осторожным, чтобы не подрезать жилки прово­да.

Для облуживания проводов следует нагретый паяльник поочерёдно обмакнуть в припой, затем в канифоль и, вращая провод, прогреть зачи­щенное место паяльником. При этом произойдёт облуживание, т.е. зачи­щенное место покроется тонким слоем припоя.

После облуживания производится формовка монтажного соединения (скрутка, формовка колечка, муфты и др.), а затем пайка. Для этого снова на жало паяльника набирается немного припоя и канифоли. При пайке па­яльник следует держать наклонно плашмя жалом, как это показано на рисунке 1, чтобы был лучше прогрев места пайки. У начинающих очень часто встречается ошибка при пайке, заключающаяся в использовании паяльника как кисточки при рисовании. При этом место пайки не успевает прогреться с полным расплавлением припоя, а просто замазывается сверху припоем.

Излишек припоя с места пайки необходимо снимать паяльником так, чтобы из-под припоя были видны контуры паяемых проводников. При

этом паяльник располагается снизу паяемого соединения, чтобы на его жа­ло стекал излишек припоя.

Поверхность паяного соеди­нения должна быть гладкой, глян­цевой или светло-матовой без тёмных пятен, раковин, пор, на­плывов, брызг и сосулек припоя. Качество предварительной подго­товки и облуживания определяют и окончательное качество пайки.

Рисунок 1 - Схема процесса пайки.

1 - паяльник; 2 - провод; 3 - контактный лепесток; 4 - расплавленный припой; 5 - замещение флюса припоем.

                                  1.4 Виды монтажных соединений

Практическая работа № 1 заключается в сборке (пайке) десяти образ­цов видов монтажных соединений (рисунок 2). Сборка производится на мон­тажных планках и включает в себя:

- подготовку (зачистку и облуживание) проводов;

- формовку колечек (петель), скрутку проводов, намотку муфточек и
пайку данных соединений;

- обрезку по размеру монтажной рамки, зачистку, облуживание и
формовку Г-образных концов проводов, как это показано на рисунке 1;

- пайку всех десяти разновидностей соединений в монтажную рамку
в соответствии с рисунком 2.

После этого выполненная работа оценивается преподавателем.

Следует иметь в виду, что из данных десяти видов монтажных со­единений не все используются в реальных производственных условиях, а являются лишь упражнениями для получения навыков в пайке. Например, соединение № 1 (встык) из-за низкой прочности вообще никогда не приме­няется, а другие не используются из-за сложности (№№8.. .10).

Для выполнения данного задания используется медный эмалирован­ный провод диаметром 0,5...0,7 мм. Для изготовления муфточек использу­ется медный мягкий (отожжённый) провод меньшего, чем основные провода, сечения.

Рисунок 2 – Виды монтажных соединений

               2 Разработка объёмных монтажных схем

Пример разработки монтажной схемы

Монтаж подразделяется на объёмный и печатный. Объёмный мон­таж заключается в соединении элементов схемы отрезками проводов с ис­пользованием различных конструктивных деталей (монтажных планок, стоек, разъёмов и др.), не находящихся в одной плоскости. При этом элек­тропроводные линии собираются (увязываются) в жгуты, где все провод­ники имеют свою нумерацию.

Рассмотрим пример разработки монтажной схемы управления нере­версивным электродвигателем посредством кнопочной станции. Принципиальная электрическая схема управления приведена на рис.3.

При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» замыкается контакт SBl:l, ток проходит по цепи: фаза А, контакт SB2:1, контакт SB 1:1, катушка пускате­ля КМ1, фаза N. Срабатывает магнитный пускатель КМ1 и замыкаются его контакты КМ 1:1,...КМ 1:3. При этом упомянутый ток начинает проходить по замкнувшемуся блокирующему контакту КМ1:1 и кнопку SB1 можно отпустить. Электродвигатель Ml начнёт работать, о чём сигнализирует го­рящая сигнальная лампа HL1.

Для отключения электродвигателя необходимо нажать на кнопку SB2 «Стоп», при этом пускатель КМ1 обесточится и все контакты с марки­ровкой КМ1 на данной схеме разомкнутся.

Конструктивное воплощение данной схемы может выглядеть сле­дующим образом. Имеется пульт, на котором смонтированы кнопочные станции, сигнальные лампы и подведено питающее напряжение, а магнит­ный пускатель подключается к пульту через разъём и монтируется на спе­циальном сменном блоке. Это позволяет получать многофункциональные системы автоматизации, в которых переход с одной функции на другую осуществляется заменой соответствующих сменных блоков. Это удобно и в лабораторных условиях, когда заменой блоков изменяется характер ла­бораторных работ.

В данном случае пульт называется контрольным блоком (АО), так как позволяет проконтролировать правильность разработки схемы автома­тизации и её монтажа на сменном блоке (А1). Внешний вид контрольного блока и его электрическая схема приведены на рис.4 и 5.

Здесь: SB1... SB4 - кнопочные станции, HLO - сигнальное табло «Сеть», SA1 - тумблер включения питания, F1 - предохранитель, HL1 и HL2 - сигнальные лампы, SQ1 и SQ2 - имитаторы путевых (конечных) выключателей, Ml и М2 - электродвигатели (здесь используются мало­мощные однофазные асинхронные электродвигатели с фазосдвигающим конденсатором), XS1 - гнездовая часть разъёма (розетка).

Рисунок 4 – Внешний вид блока АО

В данном блоке используется 30-штырьковый разъём (три ряда по 10 штырьков в каждом). Ряды обозначены буквами А, В и С. На блоке АО на­ходится гнездовая часть XS, а на сменном блоке - штыревая часть (вилка) ХР. Разъём в сборе обозначается XI (1 - порядковый номер разъёма).

Разработка монтажной схемы производится в следующем порядке:

1. На принципиальной электрической схеме проставляются обозна­
чения разъёмов в соответствии со схемой контрольного блока АО (рисунок 5) в
зависимости от используемых в данной схеме кнопок, ламп, путевых вы­
ключателей, электродвигателей и т.п., как это показано для рассматривае­
мого примера на рисунке 6.

2. Нумеруются провода, соединяющие штырьки разъёмов между со­
бой (перемычки) и с элементами схемы. Нумерация начинается с №101 (1-
ый жгут, 01-ый провод). Если провод раздваивается, то его номер остаётся
тем же (например, провода 102, 103, 104 на рисунке 6).

В результате выполнения этих двух пунктов схема приобретает вид, показанный на рисунке 6. Теперь можно приступать к составлению монтажной схемы сменного блока.

На сменном блоке, представляющем собой небольшую панель (рис.7), закреплены несколько электромагнитных реле (в нашем примере их можно использовать как пускатели) и штыревая часть разъёма ХР 1. Од­но из указанных реле и будет использовано в роли магнитного пускателя КМ1.

3. На монтажной схеме сменного блока (рисунок 8) изображаются: штыревая часть разъёма ХР1 с указанием только задействованных в данной схеме монтажных лепестков и карта расположения всех контактов и ка­тушки КМ1 с нумерацией со стороны выводов. Выводы катушки обычно обозначаются буквами А и В, а выводы контактов имеют цифровую нуме­рацию. Затем соединяются проводами соответствующие выводы разъёма ХР1 и пускателя (реле) КМ1. Все провода собраны в жгут 1. Над соответствующими проводами указывается их нумерация в соответствии со схемой (рисунок 6).

Примечания к рисунку 8: а) в данном примере используется только одно реле (пускатель), поэтому другие не изображаются; б) изображение КМ1повёрнуто на 90°; в) набор контактов и карта их расположения зависят от модификации реле (пускателя).

4. Составляется таблица соединений. Количество строк в таблице равно числу проводов в данном жгуте. Для данного примера таблица со­единений имеет следующий вид (табл.1).

Рисунок 5 - Принципиальная схема блока АО.

Примечания: а) гнёзда А1...А10, В2...В7 и С1...С10 относятся к разъёму XS1 на лицевой панели блока АО; б) подключение к выводам С7 и С9 электродвигателей Ml и М2 обеспечивает правое, а к выводам С8 и СЮ - левое вращение соответственно.

Рисунок 6 – Принципиальная схема управления электродвигателем с монтажными обозначениями

Рисунок 7 - Сменный блок А1 (вид сверху)

                   Таблица соединений блока А1

Рисунок 8 - Монтажная схема сменного блока А1 для примера (рисунок 6)

Указания по монтажу

Для монтажа используются медные многожильные провода с ПХВ изоляцией. Провода нарезаются на отрезки, ориентируясь на длину жгута. Концы проводов зачищаются от изоляции на длине 5...6 мм и облуживаются. Перед облуживанием жилки провода скручиваются, чтобы не торча­ли в разные стороны. На провода надеваются манжетки (трубочки) из поливинилхлорида длиной 10... 15 мм и диаметром 3...5 мм, на которых ша­риковой ручкой пишется номер провода. К одной клемме (лепестку, выво­ду) допускается присоединение не более двух проводов. После охлаждения места пайки манжетка надвигается пинцетом, чтобы не было соприкосно­вения соседних оголённых проводов. На парные провода надевается общая манжетка. На лепестках не должно быть наплывов (сосулек) припоя. При­соединение должно быть прочным и аккуратным.

После сборки, прежде чем вязать жгут, необходимо проверить мон­таж на соответствие монтажной схеме и таблице соединений.

Провода в жгут увязываются либо шпагатом с шагом 20...25 мм, ли­бо лентами (хомутами) с липким слоем или с фиксирующими кнопками. После этого смонтированный блок испытывается.