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1、资料四 焊接技术教育一、 定义：金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连成一体的连接方法。二、 焊接的种类焊接的种类有很多，主要分为几大类：1、 电弧焊：电弧焊是目前应用最广泛焊接方法，它包括有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊，等离子弧焊，熔化及气体保护焊等。2、 电阻焊：电阻焊是以电阻热为能源的一类焊接，方法包括以熔渣为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。3、 高能焊束：这一类焊接方法包括电子束焊和激光焊。4、 钎焊：钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。它是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属钎料。经过加热使钎料熔化，
2、靠毛细管作用将钎料吸收到接头表面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间相互扩散而形成钎焊接头。因此，钎是一种固相兼液相的焊接方法，它与熔焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线高于钎料液相线的一种连接方法。5、 其他焊接方法：这些焊接方法属于不同程度的专门化的焊接方法，其适用范围较窄，主要包括以电阻热为能源的电渣焊、高频焊；以化学能为焊接能源的气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源的磨擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊。下面以钎焊作详细介绍。三、 钎焊原理钎焊生产主要包括钎焊前准备、零件装配和固定、钎焊，钎焊后清理及质量检验等工序。其中，钎焊工序
3、是形成良好的焊接头的决定性工序，形成接头的过程也就是液态钎料填充接头间隙（简称填缝），并同母材发生相互作用和随后钎缝冷却结晶的过程，钎焊的基本原理就是关于这些过程的原理。实际中，钎焊时并非任何液体金属均能填充接头间隙。也就是说，必须具备一定的条件，此条件就是润湿作用和毛细作用。1、 钎料的润湿作用：润湿是液相取代固相表面的气相过程。按其特征可分为浸渍润湿、附着润湿和铺展润湿，各种情况下所需要的力不同。当液态处于自由状态下，为使其本身处于稳定状态，他力图保持球形的表面。而当液体与固体相接触时，这种情况将发生改变。其变化取决于液体内部的内聚力和液固两相间的附着力，当内聚力大于附着力时，液体就不能粘
4、附固体表面，当附着力大于内聚力时，液体就能粘附在固体表面，即发生润湿作用。2、 毛细作用：在实际生产中，绝大部分钎焊过程是毛细钎焊过程，即液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而是流入并填充接头间隙。通常间隙很小，类似毛细管。钎料就是依靠毛细作用而在间隙内流动的。因此，钎料的填缝效果还与毛细作用有关。3、 影响钎料毛细填缝的因素：a、 钎料和母材的成分若钎料与母材在液态和固态不均不发生物理化学作用，则他们之间的润湿作用就很差；若钎料与母材相互溶解或形成化合物，则液态钎料就很好地润湿母材。b、 钎焊温度随着加热温度的升高，液态钎料与气体的界面张力减小，液态钎料与母材的界面张力也下降，这两者均有助
5、于提高钎料的润湿能力。但是钎焊温度不能过高，以免造成溶蚀，钎料流失和母材晶粒长大等现象。c、 母材表面的氧化物在有氧化物的母材表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与母材发生润滑湿，也不发生填缝。所以，必须充分清除钎料和母材表面的氧化物，以保证发生良好的润湿作用。d、 母材表面粗糙度母材表面的粗糙度，对钎料的润湿能力有不同程度的影响，对钎料与母材作用较弱时，它在粗糙表面上的纵横交错的细槽对液态钎料起了特殊的毛细作用，促进了钎料沿母材表面的铺展。e、 钎料钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化物，改善润湿作用。f、 间隙间隙是直接影响钎焊毛细填缝的重要因素。毛细填缝的长度（或高度）与间隙大小成反
6、比，随着间隙减小，填缝长度增加；反之减小。因此毛细钎焊时一般间隙都较小。g、 钎料与母材的相互作用实际钎焊过程中，只要钎料能润湿母材，液态钎料与母材或多或少地发生相互溶解及扩散作用，致使液态钎料的成分、密度、粘度和熔化温度区间等发生变化，这变化都将在钎焊过程中影响液态钎料的润湿及毛细填缝作用。四、 钎焊方法：通常是以所应用的热源来命名的，其主要作用是依靠热源将工件加热到必要温度。主要方法有：烙铁钎焊、火焰钎焊、金属浴钎焊、感应钎焊、气相钎焊、波峰钎焊、电阻钎焊盐浴钎焊、超声波钎焊、保护气体炉中钎焊、红外钎焊等。结合本公司实际情况，以下内容只对烙铁钎焊、波峰钎焊、红外钎焊作详细介绍。五、 波峰焊
7、接中所使用的助焊剂1、 助焊剂的作用：在一般情况下，基体金属和易熔的钎料合金表面均有一层妨碍形成连接界面的薄锈膜，该锈膜是受环境侵蚀的结果，并随环境和基体金属的不同，而可能由氧化物、硫化物、碳化物或其它腐蚀产物组成。这些非金属产物的作用相当于阻挡层，因此在钎接前必须将其清除掉。助焊剂的主要作用之一就是清除掉这些锈膜，在波峰焊接过程中，助焊剂所起作用归纳起来主要功能如下：a、 获得无锈蚀的金属表面，并保持该被焊表面的洁净状态。b、 助焊剂覆盖在焊点表面，隔断了焊点与空气的接触。c、 对表面张力的平衡施加影响，减小接触角，促进钎料扩展。2、 助焊剂对波峰焊接过程的影响助焊剂在波峰焊接中，除了有助于
8、钎料流动外，还影响着波峰焊接的速成度和焊点的完好程度。3、 助焊剂的主要技术特性a、 表面活性（温流活性）助焊剂应能良好地润湿母材金属和钎料，以促进钎料漫流的方式影响表面能量的平衡，且易被液态钎料排开。助焊剂的润湿和漫流与接触角直接有关，在实践中，钎料和基材金属表面之间的接触角，可用于量度助焊剂的作用效果。因此漫流活性或、可以描述为助焊剂降低钎料基材系统接触角的能力。b、 化学活性助焊剂仅有表面活性，还不能促进钎接过程，良好的助焊剂必须有一定化学活性，化学活性是助焊剂固有特性之一，该特性使助焊剂能够除掉锈膜，使钎和基材金属结合。助焊剂的化学活性和表面活性，共同影响着焊点的完美程度，二者缺一不可
9、。c、 热稳定性助焊剂必须在波峰焊接温度下为已净化的金属表面提供保护层，否则，刚刚净化出的金属表面，将会在空气中因波峰焊接高温而重新加速氧化，因此，助焊剂（注意，是指助焊剂材料而不包括溶剂）必须能够耐受波峰焊接温度而不气化和裂解，因为助焊剂材料的裂解将产生难于被液态钎料排开和除掉的有害沉积物。d、 活化温度活性松香助焊剂中是由有化学活性的成分清除锈蚀膜。助焊剂中的化学活性，通常要在某一特性温度内才能表现出来，这种使助焊剂发生化学反应的温度称为活化温度。只有该温度下，才能充分触发助焊剂的作用机理，使其达到最佳反应状态。e、 去活化温度助焊剂中的活化物质，可能因高温下发生的中间化学变化而改变其特性
10、并变为非活性，此时的温度称为去活化温度。f、 钝化温度钝化温度亦称为分解温度，在分解温度下被为助焊剂中的活化物质要完全分解，只要反应后助焊剂的残留物在化学活性方面即可认为是中性和不具有腐蚀性（即残留物钝化）。g、 安全性助焊剂在使用和储存过程中应对生态学方面不造成任何危害，在工作时，产生的烟尘应无毒的，并且不产生刺激性气味，分解后的残留物和废物应是无腐性的，且不会带来任何环境问题。综上所述，良好的工业用助焊剂应具备如下性质：l 在室温下应呈低腐蚀性或无腐蚀性；l 在波峰焊接过程中放出的烟尘应是低腐蚀性或无腐蚀性的；l 不腐蚀母材金属；l 残留物易于清除；l 经济性。4、 助焊剂的分类a、 有机
11、酸：它是具有中等除锈能力的慢作用材料，对温度敏感。由于使用后仍具有腐蚀性，故必须清除任何凝结的钎接残留物和烟尘。b、 有机卤素：有机卤素其化学活性类似无机盐类，并因易于利用其卤素离子作为助焊剂。由于有机基的影响，有机卤素对温度感，腐蚀性较强，焊后残留物和烟尘必须仔细清除。c、 胺和氨化物：因其不含卤素，故一般作为一种添加剂的形式应用于多种助焊剂中，它含有像尿素、乙二胺、单乙醇胺和三乙醇胺等到这类材料。该类化合物还是有腐蚀性，而且对温度非常敏感。上述三种有机助焊剂由于其腐蚀性和温度不稳定性，故在波峰焊工艺中也是限制合用的。d、 纯松香型助焊剂：纯净的松香通常是几种异构双萜酸的混合物，其中三种主要
12、成份是松香酸、d-海松酸和L-海松酸，松香酸占（8090）%、而海松酸占（1015）%。纯松香在室温为固体，在化学上呈非活性，在电气上是绝缘的，而且其凝结蒸汽和与金属反应所生成的化合物也同样如此。在现代微电子工业中仍是极为有用的一种助焊剂。纯净松香助焊剂的主要缺点是其与许多金属反应的固有化学活性低，因而焊接前必须对基材金属表面进行净化处理。e、 低活性助焊剂：这类助焊剂主要受允许活性极限的限制，以便在大多数应用中不必清除助焊剂残留物。英国DTD标准规定其活化剂（氯化物）的含量限制在0.5%。f、 无卤素活性松香：德国工业标准（DIN）规定其活化剂仅限于有机酸和比较无害的类似材料，但HOWARD
13、 H.MANKO认为：这些材料还是颇为危险的，特别是如果净化不当，清除松香而留下暴露的这些材料更危险，因为作为活化剂的有机酸需要利用极性溶液清除。g、 中性活性松香助焊剂：美国标准MIL-F-14256对这类助焊剂在焊前和焊后的电气和化学技术要求作了具体的规定，但未涉及其化学成份。因此，制造厂商可在中等活性范围内寻求采用任何一种最有效的活化剂材料（卤化物、有机酸、胺、氨化物等）。但最终配制的助焊剂残留物和凝结的焊接烟尘应是无腐蚀性的，且在电气上是绝缘的。h、 活性松香助焊剂：这组助焊剂已在整个工业和生产中获得了极广泛的应用。虽然其焊后留下的残物，对许多应用场合（如收音机、电视机等）是基本安全的
14、。但对于高可性和长寿命设备来说，则被认为是很危险的。为了彻底清除残留物，必须采用双极性溶剂，即首先利用无极性溶剂清除松香，然后再用像水这样的极性溶剂清除留下的活化剂和其它可电离的残余物。也可一次性利用双极性溶剂渗和液同时清除两种残留物。i、 清洗型助焊剂：在电子产品生产中，最广泛使用的高固体含量助焊剂是松香型有机类助焊剂。此类助焊剂通常由活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂等成分组成。传统助焊剂以松香为基体，它能够同时起到活性剂和成膜剂的作用。为了提高助焊剂的助焊能力，必须加入一定的活性物质，助焊剂中的添加剂常为酸度调节剂、消光剂、光亮剂、缓蚀剂和助燃剂等物质中的一种或几种。j、 免清洗型助焊剂：免清
15、洗型助焊剂是指焊后残留物极微且无害，而无需再清洗的助焊剂。这类助剂中固体成份通常都低于5%，亦称为低固型助剂。其应具备下列要求：l 固体含量应不大于5%；l 不含卤素；l 助焊剂扩展率应不小于80%；l 波峰焊接后PCB的绝缘电阻应大于11011；免清洗这种叫法只对一般的电子产品而言，对那些对可靠性有特殊要求的产品（如航空、航天、卫星、导弹等）还需要清洗工序，否则，造成了事故损失将是无法估量的。k、 水熔性助焊剂：水溶性助焊剂的最大特点是助焊剂在水中溶解度大、活性强、助焊性好，焊后残留物易溶于水，因此可以直接水作清洗溶剂。上述三种助焊剂是近年来一类新型助焊剂，由于其因体含低，焊后残留物很少，因
16、而可以大大简化甚至省去清洗工序，大幅降低ODS的消耗，对保护地球环境有非常重要的意义。六、 钎焊料波峰焊接中所用钎料几乎都是锡-铅二元合金，电子工业组装工艺中，广泛采用锡-铅二元合金作钎料的主要原因是：l 熔化温度范围窄，且适用于工程应用范围需要；l 润湿性和机械物理性尚可；l 经济性好。1、 锡、铅的物理化学特性a、 元素锡：锡为银白色有光泽的金属，耐氧化性能好，暴露在空气中时仍保持其光泽。延伸性好，晶粒结构比较粗糙。锡是一种质软的低溶点金属，相变点为13.2，低于这个温度时变成粉末状的灰色锡（锡），灰色锡具有金刚石型晶格金相结构。当温度高于13.2时变成白色锡（锡），呈空心立方晶格，富有延展性。锡的原子能够加速
