Когда мы сталкиваемся с аномальным увеличением количества окалины при пайке волновой пайкой, мы часто сначала подозреваем неполное испарение флюса или засорение сопла волновой пайки. Однако, чтобы точно определить первопричину, мы должны одновременно сравнить реакцию связи колебаний состава оловянных стержней со скоростью конвейера, температурой предварительного нагрева и высотой волны. Например, клиент, использующий куски олова чистотой 99,99%, при скорости конвейера 1,2 м/мин и высоте волны 8 мм производил в среднем 180 г окалины в день. После перехода на оловянные батончики с содержанием сурьмы 99,3% количество шлака возросло до 320 г, причем шлак стал рыхлым и пористым. Это указывает на то, что примесные элементы не только ускоряют окисление, но также изменяют плотность и поведение оксидной пленки при отслаивании.
Различия в чистоте оловянных брусков напрямую влияют на скорость регенерации и адгезию оксидной пленки. При температуре 255°C в расплавленном состоянии толщина оксидной пленки слитков олова с содержанием 99,99% остается стабильной и составляет 8–12 нм. Напротив, In из-за каталитического действия примесей меди и железа оксидная пленка оловянных слитков, содержащих 99,3% свинца, достигает толщины более 25 нм в течение 4 часов при той же температуре, сопровождаясь большим количеством твердых включений FeSn₂. Эти включения делают оксидную пленку более склонной к распаду на чешуйчатую окалину под воздействием волн, а не к ее постоянному уносу скребком. При снижении интенсивности азотной защиты с 500 л/мин до 300 л/мин количество окалины в прутках из олова 99,99% увеличивается только на 12%, а в прутках из олова 99,3% — на 67%. Это доказывает, что оловянные слитки низкой чистоты гораздо более чувствительны к контролю атмосферы, чем модели высокой чистоты.
Влияние изменения скорости конвейера на различные оловянные стержни имеет нелинейную точку перегиба. При увеличении скорости конвейера с 0,8 м/мин до 1,0 м/мин количество окалины в прутках из жести 99,99% незначительно увеличивается на 9%, а в прутках из жести 99,3% - на 31%. Это связано с тем, что оксидная пленка все еще может частично самовосстанавливаться в диапазоне низких скоростей; как только критическое напряжение сдвига превышено, области, обогащенные примесями, отслаиваются первыми. При изменении высоты волны от 6 мм до 10 мм количество окалины в брусках олова высокой чистоты увеличивается только на 15% из-за хорошей текучести расплава и равномерного поверхностного натяжения. Однако для оловянных брусков, содержащих сурьму, количество окалины возрастает на 44% из-за усиления сегрегации, а доля оловянных шариков в олове возрастает с 11% до 29%. Это указывает на то, что увеличение высоты усиливает эффект нестабильности интерфейса, вызванный неоднородностью состава.
Соответствие между настройками температуры предварительного нагрева и жестяными стержнями чрезвычайно сильное. При предварительном нагреве до 120°C оловянных брусков с содержанием 99,99% флюс полностью активируется с минимальным остаточным растворителем, что приводит к слабому воздействию водяного пара в зоне волны и образованию мелкого окалина, которое легко соскрести. Однако для слитков олова с содержанием 99,3% при той же температуре из-за замедленного пиролиза примесей и канифольных комплексов оптимальная точка активации достигается только при 135°С. Если процесс принудительно запустить с параметрами для слитков олова высокой чистоты, неразложившийся флюс попадет в волну и вызовет взрывное кипение, непосредственно разрывающее оксидную пленку и увлекающее частицы металла с образованием комковатого шлака. После того, как на заводе равномерно повысили температуру предварительного нагрева со 120°C до 135°C, ежедневное количество окалины для оловянных слитков с содержанием 99,3% уменьшилось на 22%, а для оловянных слитков с содержанием 99,99% увеличилось на 18% из-за преждевременной карбонизации флюса. Это показывает, что более высокая температура предварительного нагрева не всегда лучше; его необходимо зафиксировать, чтобы он соответствовал характеристикам термического реагирования жестяных стержней.
Адаптивность скребкового материала и угла к различным морфологиям окалины значительно варьируется. Скребки из углеродистой стали стабильно работают при обработке тонкого и плотного шлака, образующегося из прутка олова с содержанием 99,99%, но склонны к сколам кромок при работе с твердым, глыбистым шлаком, образующимся из прутка олова с содержанием 99,3%. После перехода на закаленные скребки СКД11 срок службы увеличился в 3,2 раза. При увеличении переднего угла скребка с 5° до 8° степень удаления окалины из прутков высокочистой жести улучшается на 14%. Однако для сурьмясодержащих оловянных брусков из-за высокой хрупкости шлака увеличение переднего угла вместо этого приводит к прерывистому соскабливанию и увеличению остатка шлака на 9%. Это указывает на то, что параметры механического отшелушивания должны динамически регулироваться в соответствии с физическими характеристиками шлака, а не применять универсальный подход.
Учитывая общую стоимость замены линии и нагрузку на техническое обслуживание, в мелкосерийной высоконадежной продукции должны использоваться стержни из олова, содержащие 99,99%, с полной азотной защитой (≥500 л/мин), скорость конвейера ≤1,1 м/мин, высота волны 7–8 мм и предварительный нагрев до 120°C. В этих условиях количество окалины можно контролировать в пределах 150 г за смену. Для средних и крупных партий потребительских плит, где стоимость имеет значение, можно выбрать оловянные стержни с содержанием сурьмы 99,3%, но одновременно необходимо обновить материал скребка, повысить температуру предварительного нагрева до 135°C и поддерживать поток азота на уровне не менее 400 л/мин. В противном случае риск неконтролируемого образования окалины чрезвычайно высок. Смешивание двух типов оловянных стержней в условиях, не содержащих азота, строго запрещено, поскольку перекрестное загрязнение остаточным шлаком быстро ухудшит качество оксидной пленки оловянных стержней высокой чистоты. Однажды из-за этой проблемы на заводе в течение двух недель количество окалины для оловянных слитков с содержанием 99,99% увеличилось вдвое.
