以波焊机为例，这些通常适合在线路上焊接电子元件(不管在
线路中插入元件或元件表面固定在线路上)，以及锡焊电子元件引
线，甚至在支撑体铜焊触片为混合线路。
这些机器的设计思想是将要铜焊或表面涂锡的元件送入机器
内，与一种或几种熔融的焊药的射流接触，焊药是通过一个喷嘴被
泵入的，焊药浴包含在一个容器中。
最初欲涂锡的线路或元件通常在机器的气流上升区被助熔处
理，以使金属表面除氧，促使焊药润湿金属表面，助熔处理操作之
后，随之是预热操作，以便活化预先沉积线路或元件上的助熔剂，在
线路或元件到达焊接热区之前完成预热。应用这样化学助熔剂，通
常导致用户在铜焊或镀锡后，增加清理操作，常常借助于氯化溶
剂，以确保清除助熔剂在线路或元件上的残留物。机器通常是暴
露在包围空气之中。
这种机器用户遇到的各种问题引证如下：
—由于暴露在周围空气中，在焊药浴的表面上生成氧化层(已
知如熔渣)，导致不能不考虑焊药的损失和需要定期清理焊药浴。一
个中等大小的机器，工作期间每小时可能产生高达1kg的熔渣。
—第二个问题与锡焊后清理操作有关。在“蒙特利尔议定书”
框架文件中，对这些溶剂有特别严格的规则，在某些情况下甚至遭
到明令禁止。
为解决熔渣生成和清理的问题，提出氮气覆盖，至少在焊药
浴的上方，在某些情况下遍及机器的其余部分，与使用低活性助熔
剂有关在线路上留下最少量的残留物，这样可省去其后续的清理工
作，焊药浴上方的氮覆盖物也大大地减少了焊药浴的氧化过程。
在施行气体注入和费用效率之间确定最好的折衷方案是重要
的，焊药浴上方氧残留水平，气体消耗和机器生产率(包括线路板)
以确定速率进出，由于板的进出吸入空气是明显的大气污染源。
机器做成完全惰性表现为，开始设计成密封通道但防护罩系
统允许对现有(开口浴)机器(改进)至少对焊药浴但也有时在预热
区部分和浴下风向的冷却区上方提供氮覆盖层。
对两种类型系统，所要求的性能显示，更大的覆盖层
在长度上受到限制(为仅对焊药浴)，更困难的是在防护罩内保持
合理量的氮气流，同时达到很低的残留氧浓度(为10ppm残留氧或
更少)。与机器长度相比，一种“短”系统将有效地被采用，因线路板
进出而吸入空气带来的困难，需保持高浓度的氮气流。
在某些机器中，通入50或60m2/小时量级的气流才能保持惰
性气氛，这常与用户经济约束力(和资产负债表)相矛盾。
如这样低劣的性能，是与不完善和非最优化的控制相关的，借
助于气体注入防护罩改进此做法。
在那种情况下，申请者在文件US5161727中提出一种惰性一
再现装置，它包含一组至少限定在焊药浴平面上的防护罩，通过密
封与周围大气分开成内部空间，气体注入导管向防护罩的上部开口
并以散射器配装。
本发明的目的是提出一种改进的气体注入设备(或装置)，通
过简单而有效的设计，在注入气体流速和残留氧浓度之间获得特
别好的折衷，同时对相应的机器或连续炉保持高效率(在元件进出
水平)。
为避免因吸入空气而造成的扰动，申请者强调实施气体注入
的重要性是：注入气体分布在相应限定空间最大可能的面积上，并
在系统各点气体速度有良好的均匀性(平均速度周围最小标准偏
差)，所述平均速度保持在低水平最有利地避免扰动。
在限定空间形成控制气氛的气体注入装置，按本发明至少包
含一组以串联和/或并联方式组合的导管，至少其中一个导管的一
部分包含有气体注入孔，上述组件至少由一个气体供应干管供气，
每个供气干管在原连接节点水平面上与组件相连，组件的量度遵守
下述关系式
∑ωi/∑Φi≥1，最好≥1.5
此处∑ωi表示向组件供气干管的内截面面积之和，∑Φi表示导
管组件的气体注入口的横截面面积之和。
按照本发明“限定空间”术语被定义为例如以通道或一组防护
罩与周围气氛隔离的空间，但允许元件在相应的机器或炉子中加工
处理，连续通过。这样本发明更可特别应用于连续的机器或炉子(波
焊机，连续焊接炉，连续热处理炉等等)。
按照本发明“节点”同样定义为既是简单的连接点又是合适的
设备(如缓冲力部件)，确定一容积，由干管带入的气体供入其中，
然后进入被导管连接的下一个组件中。
按照本发明“导管”和“干管”术语定义为任何类型的气体输送
或供气的导管，不管导管是直线或更一般情况下是曲线，如环形
横截面、矩形的长方形的，根据操作气体(化学相容性)，管材质广
泛变化，如不锈钢，铜等。在一定的导管上或供气干管上提供的“气
体注入孔”，也可理解为允许气体从所述的导管或干管逃逸的孔，孔
一般以横切气流流向的方式通过导管或干管(依据孔的形状)。在由
一个具有注入孔的导管组成的，从一端供气的情况下关系式∑ωi/
∑Φi≥1，注意一个单ωi表示导管本身的内截面面积，∑Φi表示导管
注入孔截面面积之和，“原节点”按照本发明是一个在导管末端和
导管有孔部分之间虚构的连接点。
注入气体可以是中性的(如氮、氩或氦)，当引入一种惰性保
护气体，同时也引入一种活性气体如氢或惰性气体与氢混合物或惰
性气体与硅烷混合物，这时气氛具有一种功能如表面清理，甚至在
热处理情况下，气氛混合物是由H2O或CH4或N2O或CO或CO2
组成。
依据本发明的一种观点，至少有一个气体供应干管本身有气体
注入孔并且组件的量度遵守下述关系式
∑ωi/∑Φi＋∑αi≥1，最好≥1.5此外∑ωi表示向组件供气的气
体干管的内横截面面积之和，∑Φi表示导管组件的气体注入口横截
面面积之和，∑αi表示有气体注入孔的相应供气干管的注入孔的横
截面面积之和。
依据本发明的另一个观点，向组件供气的供气干管，都起源于
一个向上气流的节点，它本身由一个内截面为Ω的供气管供气，上
升气流节点的量度是这样：
Ω/∑ωi≥1，最好≥1.5
此处∑ωi是上述供气干管的内横截面面积之和。
在这样配置情况下，假如一个(或几个)气体供应干管都提供
了气体注入孔，这时组件的量度遵守下述关系式
Ω/(∑Φi＋∑αi)≥1，最好≥1.5
此处∑Φi中导管组合件气体注入孔的横截面面积之和，∑αi表
示有气体注入孔的相应干管的注入孔横截面面积之和。
据本发明的一个实施例子，对每一个含有气体注入孔的导管，
所述的注入孔直接朝向限一定空间的上部。
据本发明的一个实施例子，导管的矩形或长方形截面部分包
含气体注入孔，截面部分由未穿孔的U形管组成下部分，它的上面
按装了一个倒置U形穿孔片构成了上部分。
据本发明的另一个方案，由所说的构成注入装置的组件被放
在一个防护罩内，而防护罩位于限定空间的上部，防护罩的下部包
含散射器结构。
据本发明的一个实施例子，散射器由穿孔的金属片或多孔材
料做成板组成。穿孔片的百分孔隙度(即片上孔的总截面面积对片
表面积的比)有利的是低于40％，最好是低于20％。
在相应的限空间经受住通常的材料，有利于制作穿孔片，如不
锈钢、铬镍铁合金等。至今一直关注多孔材料散射器，例如多孔铬
镍铁合金，虽然某些陶瓷材料也可以。
为在限定空间形成控制气氛，本发明也很关注气体的注入方
法，气体通过先前叙述过的装置或设备注入，从导管组件的气体注
入孔出来的气体速度在出口处大于0.5m/sec，最好1m/sec以上。
申请者确认这样的事实，为在注入孔出口处得到最好可能速
度均匀性的范围，牢记向装置供气的流速，装置是由限定空间的
特点决定的，被证明不仅仅是据本发明提出的横截面关系式保证
尺寸安排是有用的，以在装置出口处的气体流速是低的这样做法
建立这些尺寸也是有用的，虽然至少等于最小速度限，但对每一截
面关系式是可变的。为了达到这个速度限，假定给出横截面关系式
(即，一个孔的面积)，如可以用较多或较少孔数可以得到该孔的面
积。为了提高在给出限上的速度，通过减少注入孔数获得孔面积是
有用的。
据本发明的另一个观点，每一个导管组件注入孔的气体出口
速度处于围绕给定平均值范围之内，范围的上限是不超过平均值的
5％。
据本发明的另一个观点，在组件和/或散射器出口处气流的雷
诺指数等于或小于2000，为获得流速尽可能接近层流状态，(用V
·D/v关系式评价雷诺指数，此处V表示气体在注入孔出口处的
平均速度，D表示孔的内径，v是相应气体的动力学粘滞度)。
本发明的其他特性和优点可以从下面的实行方法，引用非限
定性例子并与附图比较的叙述中被确认。
图1至9的装配例子用图解表示：为易于表示，导管横截面和
注入孔的关系不按比例表示，例如注入孔以许多简单黑点表示。然
而这能清楚地说明“组合件”、“原节点”、“上升气流节点”、“带有注
入孔的导管”以及“供气干管”的概念。
图1的例子说明由4个导管1，2，3和(4/5)构成的组合件，由
单一供气干管9在原节点8的水平面供气，依据本发明给出：
ω9/∑Φi≥1，
此处ω9表示向组件供气干管9的内横截面面积，∑Φi表示导
管组件实际是导管2的注入孔横截面积的总和。
依据本发明，指明整个图1可以看作由串联的3个导管1，2，3
组成，组合件由2个干管4，5在2个原节点6和7水平面上与组件
连接向组件供气，按本发明导致：
ω4＋ω5/∑Φi≥1，此处ω4表示供气干管4的内横截面面积，
ω5表示供气干管5的内横截面面积，∑Φi表示组件注入孔横截面
积的总和(此处是导管2)。
有人也可认为此图表示有一个向上的节点8，此处有输入导管
9(内截面Ω)向供气干管4和5供气。向上节点按下式量度：
ω4＋ω5≤Ω
技术人员清楚地意识到，重要点不是那么多构形，在其中选择
叙述一种装配(如图1说明可以变化)但对所选构形需按本发明应
用量度的规则。
图2的例子可以看成2个并联导管12，13的组件来叙述，由2
个供气干管14和15在2个原节点16和17水平面上供气，2个供
气干管14和15本身在上升气流节点18的水平面上由内横截面为
Ω的输入导管19供气，对这个组件给出：
ω14＋ω15/∑Φi≥1，此处ω14表示供气干管14的内横截面，
ω15是供气干管15的内横截面，∑Φi是导管12和13上注入孔横
截面积之总和。
在上升气流节点18水平面处也给出：
ω14＋ω15≤Ω。
如图1一样，图2中组合件也可按另一种构形来描述，如3个
导管12，13和(14，15)组件在原节点8由供气干管19供气。再一次
不管怎样选择构形，重要点是依照本发明遵守量度规则。
由于采用这个原则，脑中有一个构形就可以解释下列各图。
图3中的例子表明，组件包含2个并联的导管20和21，在2
个原节点26和27水平面上，由2个供气干管22和23供气，23和
23他们本身在上升气流节点24处由输入管25供气。如前，组件也
可叙述成由导管22和23合成导管28，在原节点24被供气。
图4说明，组件由4个导管29，30，31，32串联而成，由单一干
管33在位于导管29上的原节点34水平处供气。在此情况下，注
入孔横截面积总和是导管30，31和32注入孔的横截面积总和。在
图解例5中组件由4个导管35，36，37，38形成一个环路，由2个
原节点39，40供气39，40又是由干管41和42供气，组件由原节
点(39或40)延伸到上升气流节点43处，那里是内横截面为Ω的
输入管44的末端。
指明2个导管41和42有注入孔，按表明的实施模式系统的量
度完全可用下述关系式
Ω/(∑Φi＋∑αi)≥1
此处∑Фi表示导管组件(此处36和38)的注入孔的横截面积
总和，∑αi表示有孔供气干管(此处41和42)的注入孔的横截面积
总和。技术人员清楚地意识到图5中组件也可叙述为由2个在原节
点43由干管44供气的曲线导管组成，由导管35，36，37和38组成
第一个环形，由导管41，42和(45，46)组成第二个环形。
图6表示由1个有注入孔的单导管49组成的简单情况。如上
所述，依据本发明的量度的规则导出下列关系式：ω/∑Фi≥1，此处
Ω表示导管49的内横截面，∑Фi表示导管注入孔横截面积之和，
“原节点”50按照本发明表示在未穿孔端51和导管有注入孔部分
之间有一个“虚构的”连接点。
图7中有一个由4个导管52，53，54，55构成组件的例子，此组
件由位于2个原节点58，59处的2个供气干管56和57供气，这种
构形的例子没有上升气流节点。
图8中的例子说明带有注入孔的封闭曲线形组件60(如一个
环)的情况，在2个原节点61和62处由2个供气干管63和64供
气，从上升气流节点65分别延长到相应的原节点，63和64供气干
管依次在上升气流节点水平面65处由输入管66供气。组件的尺
寸主要如至今所述的那样来确定(Ω/∑Фi＞1，此处∑Фi表示导管
组件上注入孔截面积总和(即环上的)。
图9说明的装配情况接近图5，但2个供气干管73，74在节点
71和72水平面上连接到导管(67，68，69，70)的组件上且73，74没
有注入孔。
图10的图解说明矩形(或长方形)干管或导管的横截面，其注
入是靠一个倒置的U形穿孔金属片发挥作用，金属片位于导管或
干管的顶部。如已叙述过，注入孔横截面积的总和要依靠在形成导
管的那段金属片上的洞数之和来评价。
在图11中为实施本发明而设计的注入装配图表明，导管组件
77如图9上表示的那样(简单以虚线表示)位于防护罩78中，防护
罩低部79由散射器结构组成，此结构的局部图在罩角80处示出。
发明实施的第一个例子是用与图6有关的装配方法，试验条
件如下：导管内径10mm，包括7个直径2mm的圆形洞(或孔)，
孔间固定间隔50mm。通入0.27m3/h N2(在此例中)。在稳定情况
下，在每个孔处的气体排出速度用位于孔上方40mm处的气流计
测量。这种构形包括：
ω(导管横截面积)＝0.78cm2
∑Фi(洞横截面积)＝0.22cm2
这里关系式ω/∑Фi＝3.5，比1大很多比1.5也大在这样条件
下所得结果表明，对所有从孔中以平均速度4.30m/sec和0.16m/
sec标准偏差围绕平均值排出的气体出口速度特别均匀。
也以0.20m3/sec N2流速作了相同的实验：给出平均速度3.
04m/sec小的标准偏差0.06m/sec，在此两种情况下必然有很少的
扩散。
图6中相同类型的装置用作第二个例子以比较下述构形，导管
内径10mm也有7个孔但直径5.3mm相同间隔50mm。
在此构型中：ω(管横截面积)＝0.78cm2
∑Фi(孔横截面积之和)＝∑Фi＝1.54cm2
此处ω/∑Фi＝0.5小于1
用相同方法划出第一个例子的构架，使用第一个流速0.26m3/
h N2，对于这样第一流速值，结果从7个孔出来的平均气体出口
速度为0.75m/sec标准偏差0.13m/sec(接近平均值的18％)，表
明有明显的扩散。
采用流速为0.2m2/h N2也显示差的结果，因为测得平均气体
流速0.5m/sec标准偏差0.12m/sec扩散接近24％。
这些差的结果与横截面值有关。
下面两个例子(第3和第4例)被实施，为说明最小速度问题，
最好在组件出口处观察。如先前例子表明，当遵守本发明的组件尺
寸规则在导管组件出口处的流速范围的均匀性有明显改进。在计
算尺寸时仍然能得到一个横截面关系式并给出在注入口出口处
最小气体流速，经调节给出的横截面关系式即给出孔面积，孔数表
示面积，孔数减少导致速度增加(每个孔的面积稍增加一点以保持
恒定关系)。
为以简单方式模拟此问题，试验了下面两种情况：
例3：仍用10mm内径，导管有5孔但孔径是3.3mm，间隔为
50mm。在这种构形下：
ω(导管横截面积)＝0.78cm2
∑Фi(孔横截面积和)＝0.43cm2
关系式ω/∑Фi＝1.8，大于1。
流速0.066m3/h N2输入导管的进口，则出口处气体平均速度
增加到0.45m/sec，标准偏差0.03m2/h N2扩散接近7％。
例4：使用例3中同样导管，只是在导管入口孔流速增加到0.
264m3/h N2。所得结果显示，在孔出口处平均气体流速2.41m/sec，
标准偏差为0.04m/sec，扩散相对于平均值小于2％。
申请者完成了许多实验(通过在原节点改变横截面，通过调节
输入气流或孔数改变气体出口速度)清楚地说明了按横截面关系
式改变限定速度在考虑之中。
在实施本发明第5个例子中，参考图11(包括在图9防护罩内
有一导管组合件)，我们试验的目的是波焊机内提供惰性铜焊区。
防护罩位于预热区上方，也在铜焊区上方和部分机器冷却区
上方。如图9中显示的那样，每个罩包含导管组件。
每个导管组件遵守2.8的尺寸关系(在输入管和注入孔横截
面积总和之间)。在罩中低水平面上的散射器由孔隙度为38％的栅
网充当。
以24m3/h N2的总氮量输入供应此装置(包括全部三个区)。
在焊药浴上方氧浓度恒定保持低于10ppm，而不管机器的生产效
率(在传送带上每5cm放置一个线路板，带移动速度1.3m/
min)。
这个实施例子表明，对特别低(即合理的)总流速，只要在装置
的各点遵守尺寸规则，就能保证机器内气氛稳定。尽可能在每一个
防护罩复盖区内分布均匀，为使扰动降至最小在线路板进出机器
时尽量减少空气吸入。
在机器内氮气覆盖层能明显降低焊药浴上焊渣的生成(在氮气
层下机器运行下每小时少于30g焊渣，而在常规空气下操作每小
时1kg多)而且助熔剂残留很低，这样机器使用者不用在线路板铜
焊后清理机器。
虽然提出的发明已与特别实施的模式一起做了叙述，但它决
不受限制，相反熟练的技术人员在下文权利要求书之内可以进行
修改和变更。