[发明专利]基于有限元仿真的热风回流炉虚拟模型建立方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元仿真的热风回流炉虚拟模型建立方法，包括：应用传热学基本原理，结合有限元瞬态热仿真分析工具，建立热风回流炉虚拟模型的再流焊焊接仿真流程；利用测温板获取测试板在真实热风回流炉再流焊过程中热风回流炉中全温区的温度曲线，测量热风回流炉的物理参数，结合冲击射流理论计，计算得到热风回流炉虚拟模型各温区的平均对流换热系数；针对热风回流炉虚拟模型设计对外接口；获取真实热风回流炉的尺寸参数和加热区长度，并以此修正热风回流炉虚拟模型的温区数量和温区间隔长度。通过本发明的技术方案，能够快速、合理设计热风回流炉的工艺参数，解决工艺参数设计周期长、成本高的问题。

技术领域

本发明涉及再流焊焊接技术领域，尤其涉及一种基于有限元仿真的热风回流炉虚拟模型建立方法。

背景技术

再流焊焊接工序是再流焊工艺过程的关键工序，大部分的PCBA印制板组件再流焊焊接缺陷是由再流焊焊接工艺参数设置不合理导致的，而现有的再流焊焊接工艺参数设计是通过设计实物印制板组件反复通过需要设置工艺参数的回流炉，再通过炉温测试仪等工具采集温度曲线，采用“试误法”逐步逼近理想(或可接受)目标曲线，从而实现回流炉工艺参数设置。

该方法在有铅再流焊焊接领域应用较好，因为有铅再流焊焊接的工艺窗口较宽(183度的锡铅共晶点到印制板组件可承受的最高温240度，有50多度的焊接窗口)，易于通过较少的实物试验方式得到较好的回流炉焊接工艺参数。

但随着世界无铅化趋势，无铅有铅混合组装、纯无铅组装慢慢成为了主流，无铅熔点为217度，焊接窗口从50多度一下缩小到不到30度，单纯的通过实物印制板组件焊接采集实际温度曲线的方式需要更多的实物试验和更加长的时间周期才能得到回流炉参数，会极大的影响产品交付周期和极大的提升设计回流炉参数的成本。

而通过有限元仿真方法建立热风回流炉的虚拟模型，再通过某些修正方法优化该模型，就可以将实物热风回流炉转换为计算机里的虚拟热风回流炉，从而在计算机辅助下实现虚拟仿真，再针对不同状态的印制板组件建立有限元模型，导入设计的热风回流炉虚拟模型中，实现低成本高效的热风回流炉参数设置。一些文献较多的介绍了印制板组件再流焊焊接有限元仿真模型建立方法，再流焊焊接过程用有限元仿真进行模拟，但尚未涉及到应用有限元仿真来建立热风回流炉虚拟模型。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于有限元仿真的热风回流炉虚拟模型建立方法，通过分析真实热风回流炉的状态，再应用传热学基本原理、热风对流理论、冲击射流理论，实现回流炉虚拟模型的再流焊焊接仿真流程建立，通过真实热风回流炉的物理参数和再流焊过程温度曲线，构建形成再流焊焊接热风回流炉虚拟模型，以快速、合理设计热风回流炉的工艺参数，解决无铅有铅混合组装、纯无铅组装再流焊焊接工艺下热风回流炉工艺参数设计周期长成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于有限元仿真的热风回流炉虚拟模型建立方法，包括：应用传热学基本原理，结合有限元瞬态热仿真分析工具，建立热风回流炉虚拟模型的再流焊焊接仿真流程；利用测温板获取测试板在真实热风回流炉再流焊过程中热风回流炉中全温区的温度曲线，测量所述热风回流炉的物理参数，结合冲击射流理论计，计算得到所述热风回流炉虚拟模型各温区的平均对流换热系数；针对所述热风回流炉虚拟模型设计对外接口；获取真实热风回流炉的尺寸参数和加热区长度，并以此修正所述热风回流炉虚拟模型的温区数量和温区间隔长度。

在上述技术方案中，优选地，所述应用传热学基本原理，结合有限元瞬态热仿真分析工具，建立热风回流炉虚拟模型的再流焊焊接仿真流程的具体过程包括：将印制板模型导入热风回流炉虚拟模型；基于回流炉再流焊瞬态热模块，以传热学基本原理推导计算所述印制板模型在所述热风回流炉虚拟模型中的瞬态热；通过APDL语言定义载荷步构建所述热风回流炉的温度载荷-时间曲线，以模拟所述印制板模型在所述热风回流炉虚拟模型中不同温区传动过程中的温度载荷。