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1、手焊工艺培训 1 第一章 焊接的基本理论知识 焊接属于电气结合的一种 电气零件的结合必须满足以下三个要素 电的导通 有足够的机械强度 不因时间的变化而劣化 以上三要素若有1个不安定 都将很容易影响它的质量 1 1电气接合与焊接 1 2手焊接作业的四个要素 2 所谓焊接 即是将可以使焊锡溶化的温度加之于两个固定金属之间 将熔点低于这两种固定金属的焊锡溶于其间 根据毛细管现象 使焊锡被吸入固体金属而成为一体 在被结合的固体金属和焊锡之间会产生金属化学变化 焊接成分的锡和母材金属形成合金属层 1 3焊接的定义 3 在接合的第一阶段 焊锡根据毛细管现象 沿母材金属表面的细小缝隙向四方扩散 这个则称为焊
2、接的 湿润现象 焊接的良否 与湿润有十分紧要的联系 评价其良否时 多以焊锡和金属的接触角 而论 在湿润呈良好状态时 接触角 为锐角 90 此时称为 湿润了 接触角 为钝角 90 时则为 未湿润 注 接触角 指在液体和固体的接点处 沿液面引一条直线 这条直线和固体面之间的角度 液体存在的一侧 如水珠滴落在棉布上很快渗透到织物内部 如图示 而滴落在荷叶上时不渗透 1 4焊锡的 湿润 4 接合时 浸润的同时也伴随着扩散 根据这种现象 焊锡和母材之间会形成合金层 焊接的物理现象 湿润扩散合金化 结晶格子中的金属原子 常温时也会进行热运动 温度升高 热运动加剧 会有从一个格子移向到其他格子的现象 这种金
3、属原子的移动现象称为 扩散现象 焊接后的合金层的主要结构 焊锡中的金属原子锡 Sn 扩散于母材金属原子内部 决定扩散程度的主要因素 焊锡的成分和母材金属的种类组合 加热温度 加热时间 1 5焊锡的扩散 焊锡Sn Pb 焊锡中的Sn原子被吸入母材金属形成合金层 5 1 助溶剂 焊接和接合金属之间的 浸润 及 扩散 现象 是相互的金属原子相互接近到可发生作用的距离 阻碍原子的接近是介于金属表面的氧化膜和污染物 去除金属表面氧化物的方法 机械方法 用砂子和金属锉刀将其除去 化学方法 使用助溶剂进行酸洗 垃圾 尘土 手印 油迹等须用温水或洗静除去 助溶剂的作用 清除母材金属表面氧化膜的清洁作用 防止加
4、热中的氧化 降低焊锡表面张力的作用 助溶剂的指定 活性化的助溶剂主要成分是松香树脂 它在74 开始溶化 在约174 显示活性并起到酸的作用 在约300 时助溶剂作用消失 松香恢复常温时会成为固体 且恢复其非腐蚀性 高绝缘性呈稳定性 1 6助溶剂 flux 母材金属Cu 母材金属在空气中会氧化 氧化物阻碍Sn原子被吸入母材金属形成合金层 氧化物 焊锡Sn Pb 6 成分Sn 锡 Pb 铅 合金Sn占61 9 时Sn Pb合金熔点最低 183 这个则称为 共晶焊锡 熔点称为 共晶点 含松香焊锡 在焊锡里按轴方向连续灌注助溶剂 按直径划分 0 3 0 8 1 0 1 2 1 6 2 0 2 3等12
5、种尺寸 按灌注助溶剂条数划分 1芯 3芯 5芯等几种 1芯3芯 V型切割焊锡 减少松香 锡珠飞溅 按轴方向切开V型切口的焊锡 释放松香受热膨胀能量 松香 锡珠飞溅原因 松香与金属热膨胀系数不同 遇高温松香爆裂 松香中有水分 图示 1 7含铅焊锡 有铅焊锡 现普遍使用 以后将废止 7 1 8无铅焊锡 不含铅焊锡 以后将普遍使用 8 1 高熔点系Sn Ag系焊锡 是融点高的焊锡已经具有实用化的实绩的一种无铅焊锡 特别是从合金的细微构造到机械的强度都很优越 以其优点使信赖性大为提高 成为Sn Pb共晶焊锡的有力代替材料 Sn 3 5Ag 组成单位WT 以下同样 的组成具有共晶点 其共晶点是221 S
6、n Ag系的主要焊锡是添加了Cu Bi的3元系 4元系 代表的组成有如下 Sn 3 5Ag 0 6Cu Sn 3 4Ag 1Cu Sn 3 4 4 1Ag 0 45 0 9Cu Sn 3 4Ag 4 8Bi Sn 3 5Ag特别是Sn Ag Cu系的三元系中被注目的海外专利有美国衣阿华州立大学 三迪奥公司申请的USP5 527 628三种 焊锡的组成为Sn 3 5 7 7Ag 1 0 4 0Cu 在Sn Ag Cu系里添加了Bi In Sb Ni等的4元系和在Sn Ag Bi系里添加了In等的4元系也被申请为专利 不管哪一种加上Sn Ag系的机械强度等的优点 可以改善焊锡的浸润性 融点的低下等
7、 一般来讲 Sn Ag系的缺点是 由于焊锡的融点高 要求实装的电子部品等比以前有更高的耐热温度 高融点系除了Sn Ag系还有Sn Cu系和Sn Sb系组成的焊锡 特别是Sn Cu被使用于浸泡焊接 Sn 0 7Cu具有227 的融点 由于组成单纯所以提供性良好 Sn Cu系在250 255 的时候 可以实现3 4秒的焊接 缺点是 容易发生由于不快而导致的连锡状 角状和未焊接状等焊接不良 具有代表性的组成有 Sn 0 7Cu Sn 0 7Cu Ni 在Sn Cu系里添加了Ni的Sn Cu Ni焊锡由于和Sn Pb共晶焊锡一样 具有浸润性和机械强度等焊锡特性 所以受到了非常的关注 NEMI Nati
8、onalElectronicsManufaturingInitiative 也鼓励Sn Cu系焊锡用于波峰焊接 1 9无铅焊锡个论 9 3 中融点系Sn Zn系焊锡的融点最接近Sn Pb共晶焊锡 183 共晶温度 可以达到其融点 所以不用改变以往的温度就可以进行焊接 Sn 9Zn的这种组合 具有其共晶点 199 而且其机械强度好 价格又便宜 但是 由于Zn的反应性强 润湿性差 又具有容易产生锡珠的缺点 此系焊锡主要用于开发回流炉的对应品 其锡浆由于Zn的反应性强 很容易氧化 保存性差 回流炉多使用氮气 但是由于最近出现了比较好的松香 可以不用氮气回流炉进行焊接 另外 就耐热性这点来说 由于Sn
9、 9Zn是共晶焊锡 其共晶点为199 所以即使有的实装部品的耐热温度可以达到150 也需要研究其能否以更低的焊接融点进行焊接 但是此系焊锡的融点接近Sn Pb共晶焊锡融点 所以作为实装部品可以继续使用同以往相同耐热温度的电子部品 2元系的使用比较少 一般都使用3元系或是4元系的此结构焊锡 3元系的构成代表有 下列 Sn 8Zn 3Bi Sn 7 5Zn 3Bi Sn 8Zn 3In Sn 9Zn目前 作为4元系正在申请在其中添加Ag In Cu等元素的专利 主要是以提高机械强度 润湿性 加工性等为目的而申请的 1 9无铅焊锡个论 10 1 9无铅焊锡个论 4 低融点系Sn Bi系焊锡中 Sn
10、57Bi的共晶点为非常低的139 当然这种合成系的焊锡可以根据添加元素的不同而达到139 232 的共晶点 但是一旦超过140 Bi粒子就会变得极端粗大化 在进行浸渍焊接的场合 此系焊锡在通孔处很容易发生剥落现象 通孔端子部的焊锡剥离 另外 相对于Sn Pb焊锡电镀部品的适合性来说 是不是容易产生脱落也有必要确认 Sn Bi系焊锡具有机械强度高 融点低的特征 此系2元系的组合很少 目前申请专利的主要是3元系 4元系的组合 其代表组成为下列的下列 Sn 57Bi 1 01In Sn 57Bi 1 0Ag Sn 58Bi在Sn 58Bi合金中通过添加In Ag Zn等元素 可以提高其润湿性 机械强
11、度 耐热性以及流动性等 5 其他除上记以外 还有Sn Au系以及Zn Al系焊锡 这些都是超过Sn Ag系的高融点焊锡 使用范围比较有限 11 1 10无铅焊锡特征 表2 1无铅焊锡的特征 同Sn Pb在大气中的比较 红色 1为现在OLYMPUS推荐的金属构成类型所指的Sn Zn系的润湿性差 是指Sn Zn系焊锡在大气中很明显的会被氧化 要想提高其润湿性需要在氮气中进行焊接 12 无铅焊接的变更要素 波峰式 例 1 11无铅焊接相对有铅焊接的变更要素 无铅化 4要素中3要素变更 13 1 12有铅焊锡与无铅焊锡的异同点 14 以Sn Pb共晶焊接为基准 烙铁头温度400 Sn 3 5Ag 0
12、7Cu焊锡约有2 8倍的侵蚀量 在使用无铅化焊锡的时候 烙铁头侵蚀量增加是由于和烙铁头表面易反应的含锡合金中的锡含有量变多的原因 无铅化焊锡的融点高且硬 和Sn Pb共晶焊锡相比始熔状态不好 锡线摩擦 磨耗烙铁头 也是其中的原因之一 无铅化焊锡焊过一万次以后的烙铁头 Sn60焊锡即使焊过二万次也没有凹陷 烙铁头温度420 时的寿命大约是以往寿命的1 2 1 3 烙铁头的氧化用无铅化焊锡焊接的时候 有烙铁头表面变黑不能焊接的情况像这接触 不能进行热的传达 样变黑了的烙铁头 会失去焊锡的浸润性 而导致焊接部无法供热 这是因为黑化烙铁头上面的残留焊锡会作为传热的媒体 供热到焊接部的原因 无浸润性的烙
13、铁头 在焊接部只能有点状的 1 13无铅焊接对铬铁头的影响 15 1 14无铅焊接特有现象 空隙 16 1 15无铅焊接特有现象 LIFTOFF 17 1 15无铅焊接特有现象 LIFTOFF 18 2 15无铅焊接特有现象 LIFTOFF 19 1 15无铅焊接特有现象 LIFTOFF 20 1 15无铅焊接特有现象 LIFTOFF 21 1 16无铅焊接特有现象 焊锡珠与真空 22 1 17无铅焊接特有现象 白化及焊锡渣 23 1 18无铅焊接特有现象 铜的扩散 24 第二章使用电烙铁进行的手焊接作业 电烙铁及工具类应具备的条件 A 电烙铁 它不是溶解焊锡的工具 而是加热的工具 加热温度
14、加热时间 选择适当功率的电烙铁 选择份量轻 使用方便利于工作的电烙铁 选择绝缘性高 不会损伤零件的电烙铁 A级要在10M 以上 B级要在1M 以上 此时 地线和焊枪头部的接触阻抗要在10 以下 焊枪头部可简单进行更换 B 烙铁头温度 抗绝缘 漏电测定焊接作业结果好坏 温度管理非常重要 将温度控制在一个稳定的范围 才能有一个稳定的焊接结果 烙铁头温度通过温度测定仪测定 而不是读取显示器显示温度 2 1电烙铁 25 有铅焊接 2 2推荐使用的电烙铁 C 焊枪的使用方法 严禁敲打焊枪 枪头的更换要在冷却时进行 冷的枪头直接插入热的感温部 有时会损坏感温器 此外 为防止烧毁 加热器部位须1回 周左右摘
15、下 清除氧化物 使用新烙铁头时 须用湿润的清洁布 将焊枪头部的吸附在枪头的焊剂擦拭干净 且把新的焊锡反复滑动 使其充分溶化之后再使用 这样热传导及湿润性会提高 焊枪头部的寿命变长 焊枪暂时不使用或焊接工作完了 将焊枪插入焊枪台时 必须在焊枪头部的湿润面放置足够的焊锡 2 1电烙铁 HAKKOHAKKO927 HAKKOHAKKO927 26 用海绵保持烙铁口的干净 焊锡中本身有不纯物 加之焊接作业中氧化物的产生 数次不清洁 就阻碍热传递及产生不良合金 在适当湿润状态下使用 太湿会使烙铁头部温度变化大 加速烙铁头老化 就正如打铁时一样 高温后浸进水里时 铁表面变硬 极大地损伤烙铁头 烙铁海绵的湿
16、润量见下图 清洁海绵开始茶化时 则须更换 2 3清洁海绵 27 清洁海绵清洁时温度劣化 28 1 五工程法 适用与焊接面积大 热量需要多的场合 将焊枪头和将焊枪头接触将焊锡与母材供与了适量的焊锡扩散到了焊锡接近 确于母材进行加接触 适量地焊锡后则迅速目的范围将焊认焊接位置 热 溶化将其拿开枪移开 准备 把焊枪接触于母材 供与焊锡 把焊锡移开 把焊枪移开 2 4焊接的基本方法 29 2 三工程法 适用与焊接面积小 热量需要少的场合 将焊枪头和焊枪头和焊锡同焊锡扩散到了目的的范围焊锡接近确时接触 溶解适量 焊枪头和焊锡拿开 此时认焊接位置的焊锡锡的移开 不可慢于焊枪 准备 焊枪头和焊锡相接 将焊枪和焊锡移开 2 4焊接的基本方法 30 金属表面的清洁焊接设备的清洁附属设备的清洁烙铁头的接触方法加热温度加热时间焊锡的用量烙铁头的撤离方法良否的判定 焊接 2 5焊接三要素及其管理项目 焊接三要素管理项目 加热 清洁 方法 31 金属表面的净化按需要清洗干净或使用最适当的助溶剂 零件被油或手印弄脏的场合 用有机溶剂或 有机溶液 将其洗净 使焊接面保持清洁 母材的适当加热母材最适宜的接合温度是焊锡
