焊接的基础知识培训讲义

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1、人人 工工 焊焊 接接 編輯編輯:紀錫遂紀錫遂 編輯日期編輯日期:2001/12/14 目目 錄錄 1焊接焊接的的基礎知識基礎知識3 1.1焊接的目的.3 1.2焊接的原理.3 1.3良好的焊接形狀3 1.4良好的焊接作品條件4 1.5焊接沾染及沾染性.5 1.6熱的傳導方法5 2焊接材料的基礎知識焊接材料的基礎知識6 2.1錫料.6 2.2松香.7 2.3錫料及松香之混合.8 3人工焊接人工焊接9 3.1一般知識9 3.2實際的人工焊接技術11 3.3插入零件與表面實裝零件之焊接.13 1 焊接的基礎知識焊接的基礎知識 1.1 焊接的目的焊接的目的 焊接是運用於接合兩種金屬,使之得以導通電流

2、;或者是需要於低溫狀態下接合兩 種金屬時;或者是適用於更換品質不良的零組件時所用的技法 焊接的目的焊接的目的: 1.連接電流:接合兩種金屬,使之得以導通電流. 2.物理上的接合:接合兩種金屬,使兩者的相關位置得以固定. 1.2 焊接的原理焊接的原理 所謂焊接就是運用低熔點介質,以及利用金屬間會有毛細管現象,使熔錫得以沾上 兩種金屬之表面的接合作用. 金屬表面乍看來似乎是平滑的,但是如在顯微鏡下看的話,其中會存在有無數的凹 凸不平,或是結晶表面,刮傷等,熔融的銲錫會因毛細孔現象的作用而沿這樣的金屬表面 流入這些縫隙中,而使兩種金屬之界產生結合金屬的作用,再一般的焊接中,會形成合金 層,這個合金層

3、也關係到金屬之間的接合品質,這就是焊接的原理. 毛細管現象:將一根細管子插入液體中時,管中的液體會比外面的液面要高的現象, 為毛細管現象,熔融的銲錫會滲入兩種金屬間的微細縫隙之中的現象也是一種毛細管現 象. 1.3 良好的焊接形狀良好的焊接形狀 從外觀上看來,良好的焊接指的是如下所示之條件: 1.銲錫要流得漂亮銲錫要流得漂亮,尾巴要拉得長尾巴要拉得長. 由此來看,就會顯示熔錫的沾染性及錫量是否適當. 2.焊接結合錫的斜面上必須要有光澤焊接結合錫的斜面上必須要有光澤,明亮而平滑明亮而平滑. 這就表示錫的擴散及生成的合金層是否是當之意 3.熔錫的厚度要薄熔錫的厚度要薄,可以想像到似乎刊得出導線的樣

4、子可以想像到似乎刊得出導線的樣子. 這就是表示供錫量及其沾染性是否適度之意. 4.接合形狀在外觀上不得有異常情形出現接合形狀在外觀上不得有異常情形出現. 意思就是說銲錫的外觀上不得有破損,或是供錫量不足或過多,或是有針孔等缺陷. 必須要超過導線的直徑 之 50%以上 1.4 良好的焊接作品條件良好的焊接作品條件 良好的作業環境必須要有以下的三個條件,如沒有達承認合一項都不能算是良好的 作業條件. 1.要接合的金屬表面是否有差拭乾淨要接合的金屬表面是否有差拭乾淨? 如欲接合的金屬表面有氧化膜,或是各種污物,則會成為焊接時的障礙物,熔 錫不可能會沾染得好.所以必須要將這些污物除去,氧化膜可以利用松

5、香溶劑除去,而 油脂之類的東西則需要利用洗劑(溶劑)去除之. 2.錫料的加熱條件是否再是當的問度範圍之內錫料的加熱條件是否再是當的問度範圍之內?. 如加熱的溫度比錫的熔點低的話,則錫不會熔融再金屬表面而形成漂亮的沾 染性,加熱溫度如過低,擇期沾染及擴散性都會較差,而反之加熱溫度過高的話,則 會產生過多的合金層,無法得到夠強的接合力量,所以必須要在適當的溫度範圍內 加熱. 3.熔錫的供給量是否合適熔錫的供給量是否合適? 應配合接合部分之大小供給適當的錫量,否則會發生接合強度不夠的問題. 1.5 焊接沾染及沾染性焊接沾染及沾染性 車子如果打過臘的話,下雨時雨水就會像彈起來的水珠一樣,馬上變成水珠流

6、走.但 : 接觸角 : 銲錫表面之頂端和導線外徑頂端之接觸角 氧化皮膜,髒污清潔的表面 適當的焊接斜面 洛鐵棒錫線 基材 1) 焊接表面的清潔 2) 適當的加熱 3) 適當的加錫量 焊接的三個條件 是沒有塗上臘的話,雨水就會像一層薄膜一樣地擴散在車體的表面之上.像這樣,液體接 觸到固體之後,散佈流出去的樣子,就叫做沾染性,所謂沾染性就是這種液體容 易在金屬表面上擴展的性質. 沾染性會依金屬的種類(比如說是否容易氧化),松香的種類(去除氧化物的能力), 還有依金屬表面的髒污 ,或是表面的粗細狀態而有所變化. 【參考參考】 接觸角: 為表示沾染的程度,我們通常是以接觸角的 值越小,其沾染性越好,

7、以下所示即為接觸角 的參考值. 接觸角 = 0: 理論上最理想的沾染狀態.(完成平行的沾染狀態) = 20以下 : 沾染得很好. = 60 20 : 實際的沾染範圍. = 90 60 : 不完全的沾染狀態. = 90以上 : 沒有沾染. = 180 : 完全沒有沾染(變成球形) 1.6 熱的傳導方法熱的傳導方法 焊接的對象物體也必須要被加熱到剛好可以焊接的適當溫度,這個加熱溫度不得過 高也不得低,否則就無法得到良好的焊接結果. 加熱的熱源有電阻發熱,熱風方式,紅外線方式等各種方法,利用這些熱源中傳導而 來的溫度來為錫料及將被焊接的材料加熱. 熱的傳導方法中,依材料的種類,大小,熱源及所加的熱量

8、之不同而會有所差異.因此, 為了要達到適當的加熱溫度,必須要充分地了解熱的傳導方式. 熱度基本上會從溫度高的地方往溫度低的地方流動. 當熱量小,而熱傳導係數,熱源合焊接對象物體之溫度差距大時,則熱的傳導速度會 加快,而且可在短時間內加熱到高溫. 1)最理想的沾染性狀態 = 0 90 180= 180 0 90 2)沾染好的狀態及其範圍 3)沒有沾染好的狀態及範圍4)完全沒有沾染到的狀態 沾染的標準圖形 當使用之材料固定時,熱能的傳送會依其表面面積和焊接對象物體之體積大小之差 距而有所不同,也就是說,在焊接時,必須要充分地考慮到焊接對象的體積大小. 2 焊接材料的基礎知識焊接材料的基礎知識 2.

9、1 錫料錫料 一般我們所使用的錫線為錫鉛合金,若將單體金屬與合金做溶點比較,合金的特性 就是溶點較低.錫的熔點為 232,鉛的熔點為 327,而錫鉛合金的熔點一定會比單體的 金屬要低.錫 63%(最大百分比)和鉛 37%(最大百分比)的合金,其熔點是 183,這也是錫 鉛系銲錫材料中最低的熔點. 錫的熔點較低(熔點:232),合銅的接合性良好,所以將之與鉛做成合金,則: 1.熔點變低,作業性能變好. 2.物理特性(強度)會變強. 3.由於表面張力變低,熔錫的流動性會增加. 4.提昇防止氧化效果. 等等,使接合性變得更好. 在錫鉛系銲錫材料中最常被使用者,為含錫 30%63%左右者.以下為這範圍

10、內的銲 錫材料之主要性質及用途. 成份(質量%) 種類 SnPb 性 質用 途 Sn636337 熔點低,作業性佳運用於電氣,電子器材支配線自動 焊接用. Sn606040 物理性良好一般零件之機械是接合. 電子器材,配線之接合. Sn505050 焊接效果良好一般配線之接合. 需要機械強度之情況的接合. Sn404060 物理強度小 熔解溫度範圍大 電阻係數大 散熱器,製罐,配管等之焊接. Sn303070 比 Sn40 的性質更強. 不適合電子方面的接合. 2.2 松香松香 所謂的松香在拉丁語中的意思就是流動之意.在焊接的原理中所提到的熔解的 錫之沾染性,就是指熔錫在乾淨的基材上第一次接觸

11、到時所發生的變化.當在熔錫和基材 之間如果存在有氧化膜或是油脂的話,則會明顯地妨礙到熔錫的沾染性.一般來說,在金 屬的表面都會覆蓋有一層氧化膜.而且即使我們用種種方法除去這些氧化膜,只要基材是 曝露於空氣中,就會馬上被氧化,因此,為了要讓熔錫能夠順利地沾染在基材表面,同時又 要能夠除去在基材表面上的氧化物質,也必須要又能夠防止其再度氧化,而為配合此一目 的所使用的就是松香. 松香的作用就是松香的作用就是: 1.清潔作用 : 以化學方法溶解除去氧化物或是污物. 2.防止再度氧化的作用 : 在焊接時由於加熱之故,會使氧化急速進行,所以必須 要包覆住金屬表面,使之不直接接觸到空氣,而防止其 再度氧化

12、. 3.降低表面張力的作用 : 會使熔錫的表面張力降低,促進其沾染性. 一般來說各種松香所應具備的條件除了上述以外,其他的條件如下: 1.作業溫度應能形成液狀,而且有相當的流動性. 2.在作業溫度中不得發出有惡臭或是有害氣體. 3.在作業溫度中不得有明顯的蒸發現象. 4.對金屬及錫料不會有不良影響. 5.作業後的殘渣必須容易去除. 6.作業後腐蝕性要很低. 此外,尤其是使用於印刷電路板上的松香系統之溶劑所應具備的條件,必須要符合 以下各項: 1.接近沒有腐蝕性者. 2.具有高度絕緣性者. 3.具有長期的安定性者. 4.耐潮性佳. 5.無毒性. 松香的種類松香的種類 松香依其組成材料之不同,可分

13、為樹脂系,有機系,無機系等幾個種類. 在電子機器中所使用之松香皆以樹脂系為主流. 松香溶劑之組成材料有主劑及活性劑為主體,在活性劑之中,則又可分為含氟氯碳 化物和不含氟氯碳化物兩種 活性劑係為含有能夠溶解及去除熔錫及基材表面之金屬氧化物的作用之成份.而 可以運用作為活性劑之材料,則有:有機酸,胺,胺基酸,胺的有機鹽酸,胺基鹵素,無機酸,無 機酸鹽等等種類. 松香分類 主 劑說 明 松 香(rosin) 變性松脂樹脂系 合成樹脂 經常被運用於印刷電路板之焊接作業上.松香是松, 杉等針葉樹的樹脂精練而成的. 因為如果是單純的松脂的話,其清潔力及作業性皆 不佳,所以業界將之改善,作成活性松香使用,因

14、為松香的 殘渣會使皮膜產生龜裂,因此需要改善. 水機物質 有機系 溶劑基物質 對溫度的安定性較差,只要依加熱就會急速分解,所 以會形成惰性殘渣. 水溶性物質 無機系 非水溶性物質 一般是運用於板金之上,具有較強之活性及吸濕性, 會引起腐蝕,所以需要洗淨.通常不會被運用在印刷電路 板上. 【參考參考】 所謂表面張力就是,在液體的表面分子因凝聚力而被吸注液體的內部,因而 會表現出盡量地往內部收縮的形狀(形成表面面積最小的球形)之力量,因而再液 體的表面形成一個很薄的膜之現象. 2.3 錫料及松香之混合錫料及松香之混合 在塗佈松香然後在焊接時,很難正確地塗到所需的松香之量,此外也增加作業時的 工時負

15、擔.因此在電子機器製造時作人工作業及自動化機器之銲錫,都是使用含有松脂之 錫料. 含松香之錫料再錫料的中心內會填充有一芯或是多芯之固態松香,再加熱時的低溫 會先將松香熔出,除去了金屬表面的氧化物後,熔錫就會沾染在欲接合的部分使之沾滿錫 料. 使用在含松脂之錫料內部的松香,多半是樹脂或是活性化樹脂,其含量規定為 13.5%. 【參考參考】 再利用含有松香之錫料作焊接工作時,經常會見到錫球飛濺起來的情形.其原因應 該有很多種,但是通常都是因為短時間急速地給錫線加熱,含在松香內部的水份或是氣體 因之而膨脹,松香和錫球一起飛濺起來. 3 人工焊接人工焊接 3.1 一般知識一般知識 一一. 銲錫烙鐵之結

16、構銲錫烙鐵之結構 銲錫烙鐵有下列四種由基本零件所構成: 1.加熱部份: 是使用熱效率及絕緣性最佳之陶瓷板上面印刷上電阻,只要電流通過就 會發熱. 2.烙鐵鉗部份: 加熱機器中會發熱並且傳熱給欲焊接處的部份,係使用熱傳導效率佳 之銅金屬. 3.握柄部份:手握住的部份,是不會發熱的材質,必須要容易拿而且耐用. 4.電源線部份: 要輕而柔軟.和烙鐵本身必須要平衡. 二二. 銲錫烙鐵之必要條件銲錫烙鐵之必要條件. 運用在電子機器生產中的銲錫烙鐵工具要求的條件: 1.要實施防止靜電措施. 2.溫度控制的精密度要高. 3.重量輕,容易取用. 以上的必要條件整理列表如下: (A)作業性方面1. 烙鐵鉗溫度上升時間要快,蓄熱量要大. 2. 熱效率佳,消耗電力小. 3. 重量輕,容易取用. 4. 烙鐵鉗容易更換,結構堅固. (B)保護電子零件方面1. 能控制溫度. 2. 不會漏電. 3. 可去除靜電. 三三.