任務六手工焊接技術.docx

任務六 手工焊接技術一、任務描述培養(yǎng)學生的基本技能，讓學生了解手工焊接工藝，掌握手工焊接技術，為以后電子裝配實習項目的進行作充分準備。二、教學模塊1、焊接基礎知識。2、手工焊接工藝。3、印制電路的裝接技術。模塊一 焊接基礎知識（一）、知識鏈接所謂焊接通常可以分為熔焊、釬焊和接觸焊三大類。其中釬焊是用加熱熔化成液態(tài)的金屬焊料把被焊接的固體金屬連接在一起的方法，作為焊料的金屬，其熔點要低于被焊接的金屬材料。而按照使用焊料熔點是否超過450，釬焊又可分為硬焊和軟焊兩種。對于電子裝配來說，通常采用鉛錫焊料進行焊接，也稱為錫焊，是軟焊的一種。1、焊料基礎知識焊料是一種熔點比被焊金屬低，在被焊金屬不熔化的條件下能濕潤被焊金屬表面，并在接觸界面處形成合金層的物質。焊料按熔點可分為：軟焊料、硬焊料；按材料可分為：錫鉛合金焊料、銀焊料、銅焊料。（1）錫鉛合金焊料錫鉛合金焊料俗稱焊錫，通常在電子產品生產中用來進行焊接。焊錫有多種形狀和分類，有塊狀、棒狀、帶狀、絲狀和粉末狀。最常見的用于電子產品的是松脂芯焊錫絲，這種焊錫絲的軸向芯內注有助焊劑（松香粉末）。松脂芯焊錫絲的外徑通常分0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.3、3.0mm等尺寸。通常采用錫鉛合金而非純鉛或純錫作為焊料，主要有三個原因：降低熔點，便于使用錫的熔點為232，鉛的熔點為327，但把錫和鉛熔成合金，配比達到共晶點時，其熔點最低可降至183。提高機械強度錫和鉛都是質地柔軟、強度低的金屬，兩者熔為合金后機械強度會得到很大的改進。當合金中錫含量為65%時，強度最大（抗拉強度約為5.5kg/mm2；剪切強度約為4.0kg/mm2），約為純錫的兩倍。降低價格成本錫是價格較高的金屬，而鉛相對較便宜，因此錫鉛合金的價格比純錫要便宜，在生產中可降低成本。當然，對于焊接質量要求較高的場合，有時還會采用摻銀焊錫（比例是錫60%、鉛37%、銀3%）。由于銀對銅的擴散作用大，因此可在銅材料的表面形成穩(wěn)定的合金層。如焊接較厚的銅板時，使用摻銀焊錫就能避免焊錫脫落，焊接效果較好。圖3-6-1：錫鉛合金狀態(tài)圖（2）共晶焊料根據錫鉛合金焊料中錫、鉛的不同配比，可以得到性能不同的合金焊料，這可以從錫鉛合金狀態(tài)圖中了解。錫鉛合金狀態(tài)圖把錫、鉛的配比、狀態(tài)與加熱溫度的關系繪制成金屬狀態(tài)變化的圖形。由圖中可以看出：A點（純鉛）、C點（純錫）、B點（易熔合金）是在單一溫度下熔化的，而只有這三點，焊料可以直接由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，或直接由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)；而其他配比的合金則是在一個溫度區(qū)域內熔化，其上限（ABC線）稱為液相線，下限（ADBC線）稱為固相線；在兩個溫度線之間的是半液態(tài)區(qū)，焊料呈稠糊狀。在B點，合金并不呈半液態(tài)，而是可由固態(tài)直接變?yōu)橐簯B(tài)，故B點稱為共晶點。按共晶點的配比（Sn:61.9%、Pb:38.1%）制成的焊錫稱為共晶焊錫,共晶點的溫度是183。當含錫量高于61.9%時，熔化溫度升高、強度降低；當含錫量低于10%時，焊接強度差、接頭發(fā)脆、焊料潤滑能力差。因此，最理想的焊料是共晶焊錫。共晶焊錫的優(yōu)點是：焊點溫度低，減少了元器件、印制電路板等被焊物體受熱損壞的機會；在共晶點，焊錫直接由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，可減少焊點冷卻過程中由于元器件松動而出現的虛焊現象；共晶焊錫的抗拉強度比其他配比的焊料好。（3）焊點的形成一個良好的焊點，必須有足夠的機械強度和優(yōu)良的導電性能，而且要在短時間內形成，通常小于3秒鐘。焊點形成的短時間內，焊料和被焊金屬要經歷三個變化階段：熔化的焊料潤濕被焊金屬表面階段；熔化的焊料在被焊金屬表面擴展階段；熔化的焊料滲入焊縫，在接觸界面形成合金層階段。其中，潤濕階段最重要，沒有潤濕，焊接就無法進行。同樣的焊接工藝條件下，焊料對各種被焊金屬的潤濕能力不同，會造成一些金屬好焊而另一些金屬不好焊。當然，被焊金屬表面不清潔程度也會影響焊料對被焊金屬的潤濕能力，給焊接帶來不利。2、助焊劑由于焊接是在空氣中和高溫下進行的，因此焊料和被焊金屬表面必然會產生氧化層，從而阻礙焊接的完成。助焊劑是一種焊接過程中不可缺少的輔助材料，俗稱焊劑，它能有效去除氧化物、清潔被焊金屬表面，并防止焊接時再次氧化；還可以增加焊料的流動性，使焊點易于成形。（1）助焊劑分類常用助焊劑可分為：無機類、有機類和樹脂類三種。無機類助焊劑，有鹽酸、磷酸、氯化鋅、氯化銨等，其化學作用大、腐蝕性強，雖活性非常好，但由于對被焊金屬有較強的腐蝕性，且揮發(fā)氣體對電路元件有破壞作用，故在電子設備中是禁用的。有機類焊劑，有甲酸、乳酸、乙二胺及松香焊劑等，其腐蝕性較小，有較好的助焊性能。而松香焊劑，因在電子設備的焊接中被廣泛應用，甚至被另列為樹脂類焊劑，與無機類、有機類焊劑并列為三種焊劑。（2）松香特性松香焊劑是典型的有機酸類焊劑，其主要成分是松香酸（約占80%）。在焊接時，松香酸和銅在加熱的條件下（約170），生成松香酸銅。而松香酸銅在受熱的條件下又會分解為活性銅和松香酸。活性銅與熔化的焊料中的錫反應，最終生成銅錫合金，從而完成了焊接。松香酒精助焊劑是將松香溶于酒精之中，重量比為3：1。手工制作印制電路板時，常用松香酒精助焊劑在焊接面上涂一遍，待酒精揮發(fā)后，便留下一層松香，既可助焊有能防潮防腐。有時為改善松香焊劑的活性，還可添加適量的活性劑，如溴化水楊酸等。電子設備中常用的松香酒精助焊劑在高于60時，絕緣性能會下降，焊接后的殘渣對發(fā)熱元件有較大的危害，甚至造成短路現象，因此焊接后要清除助焊劑的殘留物。3、阻焊劑阻焊劑是一種耐高溫的涂料，其作用是：使焊接只在需要焊接的焊點上進行，而將不需要焊接的部分保護起來。應用阻焊劑可以防止橋連、短路等情況的發(fā)生，并且可使焊點飽滿，減少虛焊現象，提高焊接質量。4、焊接工具電子整機裝配中常選用電烙鐵作為焊接工具，電烙鐵具有使用靈活、操作方便、適應性強，焊點質量容易控制，投資少等優(yōu)點，因此被廣泛使用。（1）電烙鐵的種類電烙鐵的種類很多，結構各有不同，但其基本結構都是由發(fā)熱部分、儲熱部分和手柄部分組成的。發(fā)熱部分：作用是將電能轉換成熱能；結構原理是在云母或陶瓷絕緣體上纏繞高電阻系數的金屬材料（如鎳鉻合金絲），電流通過時產生熱效應，將電能轉換成熱能，并將熱能傳遞給儲熱部分。儲熱部分：就是烙鐵頭，它在得到發(fā)熱部分傳過來的熱量后，溫度上升并把熱量積蓄起來。通常采用密度較大和比熱較大的銅或銅合金做成烙鐵頭。手柄部分：一般用木材、膠木或耐高溫塑料加工而成，手柄形狀根據電烙鐵功率和操作方式而定，應符合牢固、溫升小、手感舒適等要求。隨著焊接技術的需要和不斷發(fā)展，電烙鐵的種類不斷增加，除常用的內熱式、外熱式電烙鐵外，還有恒溫電烙鐵、吸錫電烙鐵、微型烙鐵、超聲波烙鐵、半自動送料焊槍等多種類型。外熱式電烙鐵外熱式電烙鐵外形如下圖3-6-2所示。 a.外熱式電烙鐵 b.大功率外熱式電烙鐵圖3-6-2：外熱式電烙鐵外形圖作為電烙鐵的核心部件，外熱式烙鐵芯是將電熱絲平行地繞制在一根空心瓷管上，中間由云母片絕緣，引出兩根導線與220V交流電連接，由于電烙鐵芯安裝在烙鐵頭外面，故稱外熱式。外熱式電烙鐵的特點是結構簡單、價格便宜，但熱效率低、升溫慢、體積較大，而且烙鐵的溫度不能有效的控制。電烙鐵的規(guī)格一般是用電功率表示，常用外熱式電烙鐵的規(guī)格有30W、50W、75W、100W、150W等。功率越大，烙鐵頭的溫度越高。內熱式電烙鐵內熱式電烙鐵外形如下圖3-6-3所示。圖3-6-3：內熱式電烙鐵外形圖內熱式烙鐵芯則是用電熱絲纏繞在密閉的陶瓷管上組成，然后插在烙鐵頭里面，直接對烙鐵頭加熱，故稱內熱式。內熱式電烙鐵特點是熱效率高、升溫快、體積小、重量輕、耗電低，由于烙鐵頭的溫度是固定的，因此溫度不能控制。常用規(guī)格有20W、30W、50W等。恒溫式電烙鐵即烙鐵頭的溫度可以控制，根據控制方式的不同，可分為電控烙鐵和磁控烙鐵。磁控烙鐵的結構如下圖3-6-4所示。圖3-6-4：磁控烙鐵的結構示意圖由于在恒溫烙鐵頭內裝有帶磁鐵式的控溫元件，可控制通電時間。即電烙鐵通電時，電烙鐵的溫度上升，當達到預定溫度時，因加熱器內強磁體傳感器達到居里點而使磁性消失，此時開關磁性開關斷開，停止向電烙鐵供電。當溫度低于強磁體傳感器居里點時，強磁體便恢復磁性，磁性開關接通，繼續(xù)向電烙鐵供電，加熱器又開始加熱。如此循環(huán)反復，便可達到控制溫度的目的。由于恒溫電烙鐵斷續(xù)加熱，因此比普通電烙鐵省電，且烙鐵頭始終保持在適于焊接的溫度范圍內，焊接不易氧化，可減少虛焊，提高焊接質量。由于溫度變化范圍小，電烙鐵不會產生過熱現象，從而延長了使用壽命，同時也能防止被焊接的元器件因溫度過高而損壞。（2）電烙鐵的選用選用電烙鐵的主要依據是電子設備的電路結構形式、被焊元器件的熱敏感性及使用焊料的特性等。一般從電烙鐵的熱性能考慮。電烙鐵功率的選擇電烙鐵上標出的功率，并不是它的實際功率，而是單位時間內消耗的電源能量。加熱方式不同，相同瓦數的電烙鐵的實際功率有較大的差別。因此，選擇電烙鐵的功率一般應根據：焊接工件的大小，材料的熱容量、形狀、焊接方法和是否連續(xù)工作等因素考慮。a 焊接集成電路、晶體管及受熱易損元器件，一般選20W內熱式電烙鐵或者25W外熱式電烙鐵。b 焊接導線、同軸電纜時，應選用3050W內熱式電烙鐵或4575W外熱式電烙鐵。c 焊接較大的元器件，如行輸出變壓器的引腳、金屬底盤接地焊片等，應選用100W以上的電烙鐵。電烙鐵頭的選用電烙鐵頭的材料一般選用純銅制作較好。為了適應不同焊接物的要求，所選烙鐵頭的形狀也有所不同，有寬鏨式、窄鏨式、加長鏨式、錐式、圓斜面式、凹口式、空芯式等。（3）電烙鐵的使用方法電烙鐵在通電加溫前應先檢查外觀，觀察其各部分是否完好，然后用萬用表歐姆檔測量電源線插頭兩端電阻，判斷其是否有開路或短路現象。另外，電源線絕緣層不允許有破損，經檢查一切正常后，即可通電加溫。若是新電烙鐵，則在使用前必須對電烙鐵頭進行處理，具體方法是：先用銼刀將烙鐵頭按照需要銼成一定的形狀，接通電源待電烙鐵加熱到剛好能熔化松香芯焊錫絲時，在烙鐵頭上涂上焊錫，當烙鐵頭的工作面上全部掛上一層焊錫后即可使用。用純銅制造的烙鐵頭，在高溫時容易氧化，需要經常進行修整、重新掛錫才能繼續(xù)使用。延長烙鐵頭的使用壽命，較簡單的方法是將烙鐵頭加以鍛打，以增加金屬分子的密度。為進一步延長烙鐵頭的使用壽命，也可將烙鐵頭鍍上鐵或鐵鎳合金。使用這種帶有耐腐蝕層的烙鐵頭時，一般不需要用銼刀修整烙鐵頭，而是用濕布或者濕海綿來回擦拭清潔烙鐵頭即可，也可在松香上擦洗。但要注意的是，擦洗應在電烙鐵加熱的狀態(tài)下進行。5、焊點形成的必要條件（1）被焊金屬的可焊性：與焊料形成合金的能力。（2）被焊金屬材料表面清潔：表面氧化物、污垢會阻礙焊點形成。（3）合適的焊料和焊劑：易于形成合金、提高焊錫流動性。（4）合適的焊接工具：能適應電路結構形式、被焊元件的熱敏感性。（5）合適的焊接溫度：使被焊金屬上升到焊接溫度，便于形成合金。（6）合適的焊接時間：既完成焊接，有不至于損壞焊接部位或元件。6、焊點應具備的基本要求（1）良好的導電性：形成合金（2）一定的機械強度：先鉤接、絞合，再焊接（3）焊點表面光滑有光澤：掌握焊接溫度與焊劑的使用（4）焊點上的焊料要適量：少強度差氧化失效，多易橋連、短路切成本上升（5）焊點不應有空隙、毛刺：易造成高頻電路的尖端放電（6）焊點表面要清潔：污垢、焊劑殘渣會降低電路的絕緣性（二）、任務實施1、準備工作器件準備220V 20W內熱式電烙鐵 松香焊劑2、具體過程（1）拆卸電烙鐵并介紹其結構組成（2）演示電烙鐵的筆握法（3）注意電烙鐵的安全使用(4)完成實習報告（三）、探究與習題1、讓學生拆卸電烙鐵對其結構進行認識。2、完成手工焊接實習報告（四）、自我反思 根據各自任務的完成情況，結合問題與探究，總結自己在任務完成過程中的得與失，并就出現的問題提出解決的方法，撰寫學習報告。 遇到的問題解決的辦法（如未解決則準備如何處理）已解決未解決（五）、教學評價項 目配分評 分 標 準扣 分1電烙鐵結構介紹50介紹每部分結構組成及作用，錯一次扣5分2電烙鐵筆握手法50握電烙鐵手法是否到位，手法錯一次扣5分安 全 文 明 生 產違反安全文明生產規(guī)程扣530分定額時間2課時每超過10分鐘依次扣5分開始時間結束時間實際時間成 績注：每項最高扣分不超過該項的配分模塊二 手工焊接工藝（一）、知識鏈接1、手工焊接的基本步驟準備加熱加焊料冷卻清洗2、手工焊接的操作常識（1）加熱方法：被焊金屬（元件引腳和電路板焊盤）同時加熱圖3-6-5：手工焊接操作方法（2）供料方法：一手拿焊料，一手拿烙鐵加熱；先加熱，再加料。掌握供料時機，及時供料，使焊劑作用最佳。正確供料：先在烙鐵頭接觸處供料，再向加熱最遠點供料。杜絕烙鐵運載焊料，否則使焊料中的焊劑揮發(fā)，造成焊接缺陷。（3）焊接步驟五步操作法（步驟一）準備：認準焊點位置，烙鐵、焊料靠近，隨時可焊；（步驟二）加熱：烙鐵頭放在焊接點處，加熱焊點；（步驟三）加料：給焊點供料，熔化適量焊錫；（步驟四）撤料：熔化適量焊錫后迅速拿開焊錫絲；（步驟五）撤烙鐵：焊錫的擴展范圍達到要求后，拿開電烙鐵，并注意撤離電烙鐵的速度和方向，保持焊點美觀。三步操作法對于熱容量叫囂的焊件，手工焊接時應采用三步操作法。（步驟一）準備：認準焊點位置，烙鐵、焊料靠近，隨時可焊；（步驟二）放上烙鐵頭和焊錫絲：在被焊點兩側，同時放上烙鐵頭和焊錫，熔化適量的焊錫；（步驟三）拿開烙鐵頭和焊錫絲：焊點形成后，拿開烙鐵頭和焊錫絲。注意拿開焊錫絲的時機，不得遲于電烙鐵的撤離。（4）四種手工焊接方法手工焊接方法因焊接點的連接方式而定，根據焊接點的四種連接方式：繞接、鉤接、搭接、插接，相應有四種焊接方法。其中插焊又分為直插焊和彎腳焊。繞焊：準備繞頭焊接整理。強度高、拆焊困難。鉤焊：準備鉤接焊接整理。強度略低于繞焊、便于拆焊。搭焊：準備搭焊整理。強度較差、焊接簡便，拆焊更方便。插焊：準備鉤接焊接整理。焊接方便、速度快、焊料省、便于拆焊。a 直插焊：準備插入焊接剪頭整理。b 彎腳焊：準備插入彎頭剪頭整理。3、手工拆焊的操作常識電子設備由于調試或維修的原因，常常需要把元器件拆換掉。拆焊時，應注意避免損壞印制板和元器件。一般有分點拆焊和集中拆焊兩種方法。（1）分點拆焊法：逐個熔化焊點，逐個拆下元器件引腳的方法。如電阻、二極管等元件的兩個引腳可分兩次拆下。（2）集中拆焊法：同時集中加熱幾個引腳焊點，或迅速交替加熱兩個以上焊點，一次性拆下元器件的方法，見圖3-6-6。 拆下元件后，還應利用烙鐵能帶走多余焊料的特點，把被拆焊盤上的焊料拆卸干凈，為再度焊接做好準備。圖3-6-6：集中拆焊操作方法（二）、任務實施1、準備工作器件準備220V 20W內熱式電烙鐵、MF-47型指針式萬用表2、具體過程（1）準備：認準焊點位置，烙鐵、焊料靠近，隨時可焊；（2）加熱：烙鐵頭放在焊接點處，加熱焊點；（3）加料：給焊點供料，熔化適量焊錫；（4）撤料：熔化適量焊錫后迅速拿開焊錫絲；（5）撤烙鐵：焊錫的擴展范圍達到要求后，拿開電烙鐵，并注意撤離電烙鐵的速度和方向，保持焊點美觀。（三）、探究與習題1、按照五步操作法或三步操作法進行手工焊接2、對手工焊接好的電路板進行拆焊（四）、自我反思根據各自任務的完成情況，結合問題與探究，總結自己在任務完成過程中的得與失，并就出現的問題提出解決的方法，撰寫學習報告。 遇到的問題解決的辦法（如未解決則準備如何處理）已解決未解決（五）、教學評價項 目配分評 分 標 準扣 分1手工焊接5050個焊點，不符合焊接標準的每個扣1分2手工拆焊5050個焊點，不符合拆焊標準的每個扣1分安 全 文 明 生 產違反安全文明生產規(guī)程扣530分定額時間2課時每超過10分鐘依次扣5分開始時間結束時間實際時間成 績注：（1）標準：無論焊接或拆焊過程中要注意焊接的火候，避免銅皮脫落。焊點偏胖、瘦，拉尖、有毛刺，練習電阻色環(huán)安裝方向不一致、電阻裝接高度不統(tǒng)一，焊盤銅皮脫落均不合格，需扣除相應的分數，遇到實際困難可請老師示范指導。（2）每項最高扣分不超過該項的配分模塊三 印制電路的裝接技術（一）、知識鏈接1、印制板的插裝準備（1）元件裝連前的引線成形元件引線彎曲成形時，應獎夾持工具夾持在元器件終端封接處到彎曲起點之間的某一點上，以減少傳給元件的應力。元件成形工具必須表面光滑，使用時不應使元器件引線產生裂痕或損傷。自元器件終端封接處到彎曲起點之間的最小距離應大于1.5mm，彎曲半徑應等于或大于二倍引線直徑。扁平封裝集成電路引線的成形最小彎曲半徑應有兩個引線厚度，終端封接點處到彎曲起點之間的最小距離為1mm。電子元器件殼體長度大于兩個連接焊盤的安裝間距時，元件可采用立式安裝；反之，采用臥式安裝。A2mm，R2d；在立式安裝中h2mm，在立式安裝中h2mm，臥式安裝中0h2mm。見圖3-6-7。圖3-6-7：軸向元件的立式、臥式安裝圖2、一般元器件的插裝方法（1）插裝元