Проблема холодной полосы
На крупном предприятии по гальваническому покрытию печатных плат используются нагревательные пластины из ПТФЭ в медных резервуарах для кислотной кислоты емкостью 2000 л. Картирование температуры показывает постоянные холодные полосы-узкие вертикальные полосы на поверхности плиты, температура которых на 4–6 градусов ниже, чем в окружающих областях. Полосы совпадают с тенями потока от соседних сопел перемешивания. Холодные зоны создают неравномерную толщину покрытия на деталях, проходящих рядом с этими зонами. Качество продукции варьируется в зависимости от резервуара, и команда технического обслуживания безуспешно пытается решить проблему в течение нескольких месяцев.
Холодные полосы на поверхности нагревательных пластин из ПТФЭ напрямую связаны с неравномерным распределением жидкости. Понимание закономерностей потока — единственный способ их устранить.
Как поток влияет на температуру поверхности
Передача тепла от поверхности ПТФЭ к ванне осуществляется посредством конвекции. Коэффициент конвекции зависит от скорости жидкости на поверхности. Более высокая скорость означает больший отвод тепла и более низкую температуру поверхности. Более низкая скорость означает меньший отвод тепла и более высокую температуру поверхности. Полосы холода возникают там, где скорость потока выше средней, создавая локализованное охлаждение.
Изменение скорости не должно быть большим. Разница скоростей 0,2 м/с создает изменение температуры поверхности на 3-5 градусов. В гальванических резервуарах с несколькими мешалками структура потока создает предсказуемые зоны с высокой-скоростью и зоны с низкой скоростью.
| Скорость потока на поверхности | Коэффициент теплопередачи | Температура поверхности (ванна 60 градусов) | Результат |
|---|---|---|---|
| 0,1 м/с (в неподвижном состоянии) | 300-400 W/m²K | 68-72 градусов | Горячая зона |
| 0,3 м/с (нормальная) | 500-600 W/m²K | 63-66 градусов | Нормальная зона |
| 0,5 м/с (при повышении) | 700-800 W/m²K | 60-63 градусов | Прохладная зона |
| 0,8 м/с (высокая) | 900-1000 W/m²K | 58-60 градусов | Холодная полоса |
Определение структуры потока
Первым шагом является картирование структуры потока. Простое визуальное наблюдение с помощью красителя или мелких частиц позволяет выявить распределение потока по поверхности пластины. Более количественный подход: установите датчики давления на поверхности пластины или используйте портативный анемометр для измерения скорости в нескольких точках.
На одном объекте картирование потока показало, что холодные полосы совпали с прямой линией от сопел перемешивания. Поток из сопла создавал полосы с высокой-скоростью по поверхности пластины, в то время как в областях между соплами скорость была гораздо меньшей. Температурная картина напрямую отражала картину течения.
Устранение холодных полос
Регулировка форсунки: Перенаправление мешалок во избежание прямого попадания на поверхность нагревательной пластины из ПТФЭ. Поток должен быть направлен в объемную ванну, а не непосредственно на тарелку. Поворот сопла на 15 градусов устранил появление полос холода в одном помещении, сохраняя при этом достаточную общую циркуляцию.
Перегородки потока: Установка перегородок между соплами и нагревательной пластиной из ПТФЭ для рассеивания высокоскоростных-потоков. Перегородки преобразуют струи с высокой-скоростью в распределенный поток с низкой-скоростью, устраняя холодные зоны.
Перестановка пластины: Переместить нагревательную пластину из ПТФЭ в место с более равномерным потоком. В прямоугольных резервуарах поток в центре часто бывает наиболее равномерным. Монтаж пластин возле стены или в углах создает струящиеся тени.
| Метод коррекции расхода | Улучшение равномерности скорости | Расходы | Сложность |
|---|---|---|---|
| Вращение сопла (15 градусов) | 40-60% | 0 долларов США (простая настройка) | Низкий |
| Перегородки потока (перфорированные пластины) | 60-80% | $200-500 | Умеренный |
| Перестановка пластины | 30-50% | 0-500 долларов США (могут потребоваться новые кронштейны) | Умеренный |
| Дополнительный заголовок раздачи | 70-90% | $1,000-2,000 | Высокий |
Мониторинг распределения температуры
После коррекции расхода картирование температуры подтверждает улучшение. Термопары, размещенные в нескольких точках на поверхности нагревательной пластины из ПТФЭ, измеряют новое распределение температуры. Разница температур холодной полосы должна упасть с 4-6 градусов до менее 2 градусов. Если разница сохраняется, необходима дальнейшая коррекция расхода.
Когда полосы холода на самом деле являются горячими точками
Холодная полоса на одной части пластины часто означает наличие горячей точки в другой. Общая тепловая мощность постоянна.-Если одна зона охлаждается, другая зона должна нагреваться. Горячая зона – это место, где поток застаивается. Тепловизионное изображение всей поверхности пластины выявляет как холодные полосы, так и соответствующие им горячие зоны. В горячих зонах часто проявляются первые признаки деградации.
Компромиссное решение
Иногда полностью устранить полосы холода нецелесообразно-геометрия резервуара не обеспечивает идеального распределения потока. В этих случаях практическим решением является изменение конструкции нагревательной пластины из ПТФЭ. Пластины с переменной плотностью мощности могут компенсировать структуру потока. Более высокая плотность ватт в зонах с высоким-потоком, более низкая плотность ватт в зонах с низким-потоком. Этот подход требует индивидуального производства, но исключает колебания температуры без изменения циркуляции в резервуаре.
Практическая рекомендация
Начните с регулировки форсунок-это бесплатно и зачастую достаточно. Поворот на 15 градусов устранил появление полос холода в большинстве случаев на описываемом объекте. Если проблема не устранена, установите перегородки. Рассмотрите возможность изменения положения пластины только в том случае, если оба предыдущих шага не увенчались успехом, поскольку это требует больше всего времени на проектирование и установку. Данные, полученные с нескольких предприятий, показывают, что 80% проблем с полосами холода можно решить только с помощью регулировки сопла, что позволяет сэкономить время и деньги на более сложные модификации.
