焊接基礎知識

焊接基礎知識焊接基礎知識焊接基礎知識xxx公司焊接基礎知識文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度焊接基礎知識第一章焊接理論一、焊接的含義焊接是利用比被焊接金屬熔點低的材料，與被焊接金屬一同加熱，在被焊接金屬不熔化的條件下，熔融焊料潤濕金屬表面，并在接觸面上形成合金層，從而達到牢固的連接的過程。在焊接過程中，為什么焊料能潤濕被焊金屬怎么樣才能得到可靠的連接通過對焊接原理的分析，可以得到初步的了解。一個焊點的形成要經(jīng)過三個階段的變化：1、熔融焊料在被焊金屬表面的潤濕階段；2、熔融焊料在被焊金屬表面的擴展階段；3、熔融焊料通過毛細管作用滲透焊縫，與被焊金屬在接觸面上形成合金層。其中，潤濕是最重要的階段，沒有潤濕，焊接無法進行。二、焊接的潤濕作用任何液體和固體接觸時，都會產生程度不同的潤濕現(xiàn)象。焊接時，熔融焊料（液體）會程度不同地黏附在各種金屬表面，并能進行不同程度的擴展，這種粘附就是濕潤。潤濕得越牢，擴展面越大，潤濕得越好，反之，潤濕性不好或根本不濕潤。為什么會產生潤濕程度的差異，其原因是液體分之（熔融焊料）與固體分子（被焊金屬）之間的相互引力（粘結力）大于或小于液體分子之間的相互引力（表面張力）決定的，即：粘結力＞表面張力，則濕潤；粘結力＜表面張力，則不濕潤。根據(jù)上述原理，焊接時降低熔融焊料的表面張力，可提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。而降低焊料表面張力的最有效手段是：焊接時使用焊劑。為了使焊料能迅速濕潤被焊金屬，必須達到金屬間的直接接觸，也就是說焊料和被焊金屬接觸面必須干凈，任何污染都會妨礙潤濕和金屬化合物生成。因此，保持清潔的接觸表面是潤濕必須具備的條件。但是金屬表面總是存在氧化物、油污等，因此焊接前對被焊金屬表面都要進行清潔處理。三、焊點的形成焊點形成的作用力一個焊點形成是多種作用力綜合作用的結果。在一塊清潔的銅板上涂上一層焊劑，并在上面放置一定的焊料，然后將銅板加熱到規(guī)定的溫度，焊料熔化后就形成了下圖的形狀。圖3-3(圖3-2)中可以看出，通過接觸角的大小，可以衡量焊料對被焊金屬潤濕性能的好壞，如圖3·3所示。當當當當一般來說，=20°～30°，為良好的潤濕，是合格的焊點。從以上可以看出，焊點形成的優(yōu)劣取決于焊料和焊劑的性能，以及被焊金屬的表面狀態(tài)，同時也取決于焊接工藝條件和操作方法。焊點（合金層）的形成——金屬間擴散作用熔融材料潤濕被焊金屬時，會產生金屬間的擴散，從而在金屬接觸面上形成合金層，達到焊接的最終目的。任何金屬內部都不是完全致密的，在晶格內部或晶格界面上總存在一定數(shù)量的間隙或空穴。在正常情況下，金屬原子在晶格中都可以以其平衡位置為中心進行不停的熱運動，這種運動隨溫度的增高，其頻率和能量也逐步增高，當達到足夠的能量和溫度時，某些原子會克服周圍原子對它的束縛，脫離原來占據(jù)的位置，這種現(xiàn)象就是擴散。如進行銅和銅合金焊接時，在一定的工藝條件下，焊料中的錫原子和被焊金屬銅原子都會擴散到金屬接觸面，形成銅錫合金Cu5Sn6、Cu3Sn）。金屬間的擴散速度和擴散量，與溫度和時間密切相關，因此，在焊接技術中，焊接溫度和焊接時間等工藝是保證焊接質量達到可靠連接的重要條件。另外，焊接時能否形成合金層還取決于被焊金屬與焊料之間親和力的大小有關。親和力大，則生成金屬化合物（合金層）；親和力小，則生成固溶體；親和力特別小，則生成混合物。這說明焊料潤濕被焊金屬與被焊金屬本身特性有關，在電子導電材料中，大多采用Cu、Au、Ag等材料和鍍層，就是為了提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。四、提高焊接質量的對策根據(jù)以上對焊接機理的分析，我們知道電子產品的焊接過程是一項復雜的物理化學變化過程，焊點的形成是綜合作用力的結果。由此，提高焊接質量的對策是：必須保持一個清潔的接觸表面；要想辦法降低焊料的表面張力；要保持一定的焊接溫度和焊接時間；要了解被焊金屬的表面特性。焊接材料焊接材料包括焊料和焊劑兩種，即連接金屬的焊料和清除金屬表面氧化物的焊劑。焊料分類按照熔點分，焊料可分為軟焊料和硬焊料兩種。熔點大于450℃的稱為硬焊料，小于450Sn-Pb合金焊料Sn-Pb合金金屬相圖232Sn19%232Sn19%L(單相區(qū))327181α+Lβ+LPb—Sn合金狀態(tài)圖αβ液相線共晶點液相線固相線Sn97%bα+β從Sn-Pb合金的相圖可以看出，Sn-Pb合金由α(Sn)相和β(Pb)相兩種固溶體和α+β相合成的共晶體組成。b點為共晶點，Sn的含量為%，Pb的含量為%。按照該比例制成的焊料為共晶焊料，其熔化溫度（共晶溫度）為183℃。Sn-Pb焊料（共晶焊料）的特點1、共晶焊料的熔化溫度比其他配比的溫度都要低，這樣可以減少焊料對元器件的熱損傷。2、共晶焊料加熱時由固態(tài)直接變成液態(tài)，不存在半熔狀態(tài)，這樣可以防止焊料凝固時連接點晃動造成的虛焊。3、流動性好，表面張力小，侵潤性好，有利于提高焊接質量。4、共晶焊料的電氣和機械性能優(yōu)良（機械強度高、導電性能好）。因此，共晶焊料被廣泛應用于電子產品的焊接。Sn-Pb焊料中雜質對焊接的影響錫鉛焊料除了主要成分錫和鉛外，還含有少量的其它金屬雜質。在金屬雜質中，有些是無害的，有些則不然，即使含有微量也會對焊接質量造成程度不同的影響。因此，正確使用焊料，控制雜質含量，是提高焊接質量的措施之一。國標（GB3131）規(guī)定的雜質含量如下：焊料牌號成分（%）雜質含量（%）錫銻鉛銅鉍砷鐵硫鋅鋁其它SnPb59-61＜余量雜質對焊接性能的影響：銻（Sb）：焊料中的主要雜質（在礦石中銻常與錫結合在一起）。少量銻的存在有利于提高焊料的機械強度，特別能改善連接處的低溫性能。含量在3%以下時，對焊點的外觀光澤無影響，但含量過高會使焊點脆化，使焊料流動性和潤濕性差。鋅（Zn）：焊料中最有害雜質之一。其含量達到%時，影響就會表現(xiàn)出來，含量達到%時，焊料表面會產生氧化鋅（ZnO）薄膜，使焊接性能劣化，流動性下降，焊點失去光澤，表面粗糙。鋅通常從鍍鋅零件帶入焊料槽或焊點，另一來源是焊接黃銅零件，焊料中的錫會從黃銅中溶解鋅。鋁（AI）:微量的鋁雜質就會使焊點出現(xiàn)砂粒狀外觀，并加速焊料表面的氧化，使焊料槽的浮渣增加，焊料的流動性和潤濕性下降。鋁通常是在自動焊接過程中由夾具磨損帶入的。鉍（Bi）:焊料中鉍的含量增加，會使焊料熔點降低，是制造低溫焊料的材料，但也會降低焊料的機械性能。銅（Cu）:銅雜質是焊料中最常見的雜質，銅含量增加會造成焊料熔點增高，焊點性能變脆，潤濕性下降。金（Au）:在過去焊料槽中金是主要雜質，人們常優(yōu)先采用金作為元器件引線和印制板的鍍層。但焊接后Sn-Au-Cu金屬化合物會促成焊點產生裂紋，因此金作為鍍層越來越少。焊料中金雜質的增加會造成焊點失去光澤，甚至會出現(xiàn)砂粒狀外觀，還會降低焊料的潤濕性能。因此，焊料中金雜質的含量最大值為%。銀（Ag）:銀是另一種鍍層帶進焊料中的雜質，也是有害性最小的雜質之一。在某些焊料中還故意加銀，以解決微電子焊接中銀層的遷移帶來的危害。銀含量過高會使焊點灰暗，并降低焊料的流動性。二、焊劑分類焊劑也稱助焊劑，其分類方法很多，通常焊劑分為無機助焊劑（如ZnCl、NH4Cl、HCl等）、有機助焊劑（有機酸、有機鹵素等）和樹脂型助焊劑（如松香等）。具體如下：正磷酸H3PO4酸鹽酸（HCI)無機系列氟酸(HF)鹽-氧化物ZnCl2、NH4Cl、SnCl2有機酸（硬脂酸、乳酸、油酸、氨基酸等）助焊劑有機系列有機鹵素（鹽酸笨胺等）尿素、乙二胺等松香樹脂型活化松香氧化松香熔融焊料在被焊金屬表面要想產生“潤濕”和“擴展”，就只有在被焊金屬和焊料之間的距離達到相互作用的原子間距時才能發(fā)生。而妨礙原子間相互接近的是金屬表面的氧化層和雜質。為了去除氧化層和防止焊接時金屬表面氧化，必須使用焊劑。焊劑的作用原理焊劑的作用原理示意圖如下：熱分介熱分介熱分介去膜去膜被焊金屬活性金屬活性金屬焊料金屬氧化物金屬層潤濕擴展焊劑金屬氧化物焊劑的化學作用利用焊劑的活性，清除金屬表面的氧化物，因此，焊劑的化學作用主要表現(xiàn)在親氧性方面，即在達到焊接溫度前充分地使金屬表面的氧化物還原或置換，形成新的金屬鹽類化合物。下面以松香為例，對焊劑的化學作用進行分析。松香是電子工業(yè)中最常用的焊劑，松香中的有機酸的主要成分是松香酸，而松香酸在170℃時，活性表現(xiàn)充分，靠本身的功能基因脛基起助焊作用，以達到去除金屬表面氧化物的目的。其化學反應如下（以焊接銅金屬為例）：CuO+2C19HCOOH→Cu(C19H29OCO)2+H2O上式為氧化銅和松香酸在加熱條件下，生成松香酸銅（金屬鹽），它只是一瞬間生于焊盤周圍，而松香酸銅受熱分解，除生成活性銅外，還可以從松香酸銅中取得[H]+，從而形成脛基基因，重新聚合為松香酸。Cu(C19H29OCO)2→C19HCOOH+Cu生成的活性銅可以與熔融焊料反應生成銅錫合金。Cu+Sn-Pb→Cu-Sn-Pb焊劑的物理作用焊接時使用焊劑能降低焊料的表面張力，從而提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。如，共晶焊料的表面張力為49Pa,使用松香焊劑時表面張力為39Pa,若用氯化鋅時表面張力降為。同時，焊劑可以改善焊接時的熱傳導，很快達到熱平衡。因焊接表面有一定的粗糙度，焊接面谷點的間隙內有空氣存在，起著隔熱作用，施加焊劑后，間隙內被焊劑填滿，加快了熱量傳遞并建立熱平衡，保證了焊接質量。焊劑的性能要求1、焊劑中各組份之間不應因相互作用而降低助焊性能，儲存時有長期穩(wěn)定性；2、表面張力比焊料小，潤濕擴散速度比焊料快；3、焊劑熔點應低于焊料，在加熱過程中有一定的熱穩(wěn)定性；4、焊接時焊劑的活性發(fā)揮充分，而在常溫下化學性能穩(wěn)定，無腐蝕性；5、存放或焊接時不會產生有毒、有強烈臭味的氣體；6、焊劑的電氣性能優(yōu)良，絕緣電阻高，殘留物容易清除。第三章焊接工具——電烙鐵一、電烙鐵的分類按加熱方式，電烙鐵可分為直熱式、感應式、兩用式和恒溫式等幾種。直熱式電烙鐵為單一焊接使用的電烙鐵，最常使用，它可分為內熱式和外熱式兩種。內熱式電烙鐵內熱式電烙鐵的發(fā)熱元件在烙鐵頭的內部，從烙鐵頭內部向外傳熱，所以被稱為內熱式電烙鐵，如下圖所示外熱式電烙鐵外熱式電烙鐵的發(fā)熱元件在烙鐵頭外，如下圖所示感應式電烙感應式電烙鐵也叫速熱烙鐵，俗稱焊槍。它里面實際上是一個變壓器，這個變壓器的次級一般只有一匝。當變壓器初級通電時，次感應出的大電流通過加熱體，使和它連接的烙鐵頭迅速達到焊接所需要的溫度。這種烙鐵的特點是加熱速度快，一般通電幾秒鐘，即可達到溫度，不需要持續(xù)通電。它的手柄上帶有開關，工作時只需按下開關幾秒鐘即可進行焊接，適用于斷續(xù)工作。兩用式電烙鐵即焊接和拆焊兩用的電烙鐵，又稱錫電烙鐵。它是普通直熱式電烙鐵上增加吸錫結構組成，具有加熱、吸錫兩種功能。也可將吸錫器做成單獨的一種工具。恒溫電烙鐵該種電烙鐵又分為自動和手動兩種。手動實際上是將電烙鐵接到一個可調電源（如調壓器）上，由調壓器上的刻度可以確定調定烙鐵的溫度。自動恒溫電烙鐵一種是依靠溫度傳感元件監(jiān)測烙鐵頭的溫度，并通過放大器輸出的信號放大，控制電烙鐵的供電電路，從而達到恒溫的目的。另一種是強磁體傳感器磁性在某一溫度時的磁性消失的特性達到恒溫的目的。電烙鐵的合理選用選用原則1、必須滿足焊接所需的熱量，并能在操作過程中保持一定的溫度；2、溫升快、熱效率高，在連續(xù)操作時溫度下降不多；3、電氣、機械性能安全可靠；4、質量輕，操作舒適，工作壽命長，維修方便；5、烙鐵頭形狀要適應焊接空間的需求。選擇依據(jù)焊接對象及工作性質烙鐵頭溫度（室溫、220V電壓）選用烙鐵一般印制電路板、安裝導線300～40020W內熱式、30W外熱式、恒溫式集成電路300～40020W內熱式、恒溫式焊片、電位器、2-8W電阻、大電解電容器、大功率管350～45035-50W內熱式、恒溫式50-75W外熱式8W以上大電阻、φ2mm以上導線400～550100W內熱式、150-200W外熱式匯流排、電阻板等500～630300W外熱式維修、調試一般電子產品20W內熱式、恒溫式、感應式、兩用式烙鐵的正確使用方法新烙鐵使用前的處理新烙鐵在使用前要進行處理后，才能使用。方法是：先用紗布（對于舊烙鐵可用細銼刀）對烙鐵頭進行打磨，露出新鮮表面（除去表面氧化層），在松香水中浸一下；然后接通烙鐵頭電源，待烙鐵熱后，在木板上放些松香并放一段焊錫，烙鐵上沾上錫，在松香中來回摩擦，直到烙鐵頭修理面均勻鍍上一層錫焊為止。也可以在烙鐵頭沾上錫后，在濕布上摩擦，再沾錫，反復磨檫。直到烙鐵頭上均勻涂上一層錫為止。該方法同樣適用于使用后舊烙鐵的處理。烙鐵的握法1、正握法：適用于中功率烙鐵或帶彎頭烙鐵的操作。2、反握法：適用于大功率烙鐵的操作。3、握筆法：適用于操作臺上焊接印制板等組件。第四章焊接工藝一、焊接的條件、1、被焊金屬材料、元器件具有良好的可焊性能；2、被焊金屬材料、元器件引線表面清潔、無氧化；3、焊料的成分和性能符合焊接要求，印制板焊接采用Sn63Pb37型錫絲；4、助焊劑使用適當，在使用松香焊錫時一般不需要添加助焊劑；5、選擇適當功率的電烙鐵，保證焊接時所需的溫度；烙鐵頭頭部溫度一般控制在300±10℃。烙鐵一般采用30W，對引線較粗，焊盤較大或焊盤接有面積較大印制導線時應采用50W（內熱式）。6、焊接時間適當，一般2～3s（一個小焊點）；7、二、焊接的方法焊接的二種方法介紹1、三步法本方法適用于熱容量小（散熱慢）的元器件的焊接。具體方法如下表：2、五步法本方法適用于熱容量大（散熱快）的元器件的焊接。具體方法如下表：焊錫絲的拿法和熔化方法焊錫絲的拿法通常分連續(xù)操作和斷續(xù)操作兩中情況。焊錫絲的熔化方法如下圖所示。焊接操作的基本步驟1、準備拖焊：左手拿焊錫絲，右手握烙鐵，進入備焊狀態(tài)。（要求：烙鐵頭保持干凈，無氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。）2、加熱焊件：烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體。（對于印制板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸焊盤和元器件引線。）3、送入焊絲：焊件的焊接面被加熱到一定的溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。(注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上。)4、移開焊絲：當焊絲熔化一定量后，立即向左上45°方向移開焊絲。5、移開烙鐵：焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上方45°方向移開烙鐵，結束焊接。焊接操作的具體方法在保證得到優(yōu)質焊點的目標下，具體的焊接操作手法可因人而異。下述這些前人總結的方法，對初學者的指導作用是不可以忽略的。1、持烙鐵頭的清潔。在烙鐵架上隨時蹭去雜質，也可用濕布和濕海綿隨時擦拭烙鐵頭。氧化、污染嚴重的的普通烙鐵（長壽命烙鐵除外），可用銼刀銼去表面氧化層和污物。2、靠增加接觸面積來加快傳熱。有初學者為加快焊接，企圖用烙鐵頭對焊接面施加壓力，這是不對的。正確的方法是：要根據(jù)焊件的形狀選用不同的烙鐵，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸不是點或線的接觸，這樣就能大大提高工作效率。3、加熱靠焊錫橋。在非流水作業(yè)中，焊接的焊點形狀是多種多樣的，不可能不斷更換烙鐵頭，要提高加熱的效率，需要有進行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，靠烙鐵頭上保留少量焊錫，作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳遞的橋梁。由于金屬溶液的導熱效率遠遠高于空氣，使焊件很快被加熱到焊接溫度。應該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留太多，以免造成焊點誤連。4、烙鐵撤離有講究。烙鐵的撤離要及時，而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關。5、在焊錫凝固之前不能動。不要使焊件移動或受到振動，特別是用鑷子夾住時，一定要等焊錫凝固后再移走鑷子，否則極易造成虛焊。6、焊錫用量要適中。選用焊錫的直徑要略小于焊盤直徑。焊接時焊錫不能過多，也不能過少，過多不但會浪費較貴的焊錫，而且還會增加焊接時間，特別容易造成短路；過少則不能形成牢固的結合，同樣是不利的。特別是焊接印制板引出導線時，焊錫不足，極易造成導線脫落。7、焊劑用量要適中。適量的助焊劑對焊接非常有利。過多的松香助焊劑，焊接后勢必需要擦除多余的焊劑，且延長了焊接時間，降低了工作效率。當加熱時間不足時，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關、接插件時，過量的焊劑容易流到接觸點處，會造成接觸不良。適當?shù)暮竸┝?，應該是松香水僅能浸濕將要形成的焊點，不會透過印制板流到元件面或插孔里。對使用松香芯焊錫絲的焊接來說，基本上不需要再涂松香水。8、不要使用烙鐵頭作為運載焊料的工具。有人習慣用烙鐵頭沾上焊錫再去焊接，結果造成焊料的氧化。因為烙鐵頭的溫度一般都在300℃焊接中注意事項1、烙鐵和人體應有接地線，工作臺要有防靜電措施。2、烙鐵頭的溫度和焊接時間要適當，如在規(guī)定的時間內未焊好，應等焊點溫度冷卻后再復焊，若再焊不好應停止焊接，檢查原因，多次焊接的焊點應加新焊錫。3、注意烙鐵頭的形狀，烙鐵頭與被焊件接觸角度、接觸面積、接觸壓力、撤回烙鐵的方法。烙鐵頭頭部應隨時保持有錫在上面，并經(jīng)常保持清潔。4、對引線較多的元器件應按對角線的方法焊接，先預焊對角線焊腳，固定其位置，然后依次焊接其余焊腳。5、手工焊接的元器件應按規(guī)定順序插裝，插裝一部分，焊接一部分，插裝后應先預焊固定位置后，進行正式焊接。6、焊接過程中，在焊料尚未凝固時，不應觸動焊接點，焊接過程中不應對周圍的元器件、導線、印制線路板產生熱損傷。7、注意安全，不焊接時應關掉烙鐵電源，烙鐵放置位置正確，防止燒傷人和產品，遠離易燃物品。8、焊接過程中，不應亂甩烙鐵頭的焊錫，焊接完畢及時清除導線頭、錫渣等多余物。手工剪腳時應避開其它產品，將印制板側立剪腳，防止落入產品內造成隱患，對焊點周圍的臟污應用清洗劑局部擦洗。9、對熱敏元件或遇熱易損元器件、導線的絕緣層，特別是粗導線的絕緣層，焊接時應采取散熱措施。導線端頭，大