《焊接培训》教案.doc
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1、目 录引言 焊接技术的发展21 锡焊及其特点21.1 锡焊21.2 锡焊的特点32 锡焊的原理3本 章 小 结4第一章 锡焊工具与材料41.1 锡焊工具41.1.1 电烙铁41.1.2. 其它常用工具141.2 焊接材料141.2.1 焊料15第二章 锡焊工艺202.1 锡焊工艺要求及基本条件202.1.1 锡焊工艺要求202.1.2 锡焊基本条件202.2 锡焊工艺过程212.3 焊接质量检验232.3.1 锡焊检查的意义232.3.2 焊接质量的检验内容23第三章 手工锡焊技术253.1 手工焊接基本操作253.2 手工焊接操作步骤263.3 手工锡焊技术要领283.4 焊接质量检验303
2、.4.1 锡焊检查的意义303.4.2 焊接质量的检验内容31第四章 导线焊接324.1 导线焊接过程324.2 导线在典型焊件上的焊接354.3 拆焊37第五章 印制电路板焊接425.1 印制电路板的焊接过程425.2 印制电路板上典型元件的焊接46第六章 工业生产锡焊486.1 浸焊486.2 波峰焊506.3 再流焊52引 言焊接技术的发展由于电子产品不断向微型化发展和绿色环保的要求,使得现代电子焊接技术得到了新的改观,它具有以下几个主要特点: 使用无铅焊料及免清洗技术。 大规模生产中,应用计算机集成制造系统,提高焊接的效率和质量。 采用特种焊接、无铅焊接、无加热焊接等多种焊接方法。焊接
3、是金属加工的主要方法之一,它是将两个或两个以上分离的工件,按一定的形式和位置连接成一个整体的工艺过程。焊接的实质,是利用加热或其它方法,使焊料与被焊金属原子之间互相吸引、互相渗透,依靠原子之间的内聚力使两种金属达到永久、牢固地结合。通常现代焊接技术可分为熔焊、压力焊和钎焊三大类。熔焊是焊接过程中,焊件接头加热至熔化状态(母材熔化),不加压力就完成焊接的方法,如电弧焊、气焊及等离子焊等。压力焊是焊接过程中,必须对焊件加压力完成焊接的方法,在这一过程中可以加热也可以不加热,如超声波焊、脉冲焊及锻焊等。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将钎料和焊件加热到高于钎料熔点,但低于母材熔点的温度,利用
4、液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法,如火焰钎焊、电阻钎焊及真空钎焊等。根据使用钎料的熔点不同,也可将钎焊分为软钎焊(熔点低于450)和硬钎焊(熔点高于450)两种。软钎焊中的锡焊是电子工业中应用最普遍的焊接技术,在电气工程中占有重要的地位,也是电工、电子实践操作应掌握的技能之一。1 锡焊及其特点1.1 锡焊锡焊就是将焊料、焊件同时加热到最佳焊接温度,然后不同金属表面相互浸润、扩散,最后形成多组织结合层的过程。锡焊中的手工烙铁焊、浸焊、波峰焊、再流焊等在电子装配工业中有着广泛的应用,它主要由焊料和焊件组成。a.焊料 就是钎焊中的钎料,在锡焊中采用的是锡铅合金,熔点比
5、较低,其共晶成分熔点只有183。b.焊件 被施焊的零件通称为焊件,一般在电子工业中常指金属零件。1.2 锡焊的特点a.焊料熔点低于焊件,焊接时将焊件与焊料共同加热到最佳焊接温度,焊料熔化而焊件不熔化,一般加热温度较低,对母材组织和性能影响小,变形小。b.锡焊连接的形式是由熔化的焊料润湿焊件的焊接面产生冶金、化学反应形成结合层而实现的,只需要简单的加热工具和材料即可加工,投资少。c.焊点有好的电气性能,适合于金属及半导体等电子材料的连接。d.焊接接头平整光滑,外形美观;焊接过程可逆,易于拆焊。2 锡焊的原理 利用焊锡作为媒介,接合零件与印刷电路板,在接合面形成一层合金层。对于锡焊操作来说最基本的
6、就是润湿、扩散和结合层这三点。 润湿润湿就是焊料对焊件的浸润。熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层就称为润湿,它是发生在固体表面和液体之间的一种物理现象。只有焊料能润湿焊件,才能进行焊接。金属表面被熔融焊料润湿的特性叫可焊性。 扩散锡焊的本质就是焊料与焊件在其界面上的扩散。正是扩散作用,形成了焊料和焊件之间的牢固结合,实现了焊接。 结合层将表面清洁的焊件与焊料加热到一定温度,焊料熔化并润湿焊件表面,由于焊料和焊件金属彼此扩散,所以在两者交界面形成一种新的金属合金层,这就是我们所说的结合层。结合层的作用就是将焊料和焊件结合成一个整体。本 章 小 结 焊接是金属连接的主要方法。
7、在熔焊、压力焊和钎焊三类焊接技术中,钎焊中的锡焊是电子工业中应用最普遍的焊接技术。 锡焊是由焊料和焊剂组成,其特点有: 对于锡焊操作来说最基本的就是润湿、扩散和结合层这三点。第一章 锡焊工具与材料1.1 锡焊工具用于锡焊的工具较多,最方便的手工锡焊工具是电烙铁。1.1.1 电烙铁电烙铁是必备的焊接工具,它在实验性的焊接操作,数量小的产品焊接和调试维修等方面被广泛的使用。其作用是加热焊接部件,熔化焊料,使焊料和被焊金属连接起来。1. 电烙铁的基本结构电烙铁的种类很多,结构各有不同,但其内部结构都是由发热部分、储热部分和手柄三部分组成。a.发热部分 也叫加热部分或加热器,或者称为能量转换部分,俗称
8、烙铁芯子。这部分的作用是将电能转换成热能。b.储热部分 电烙铁的储热部分就是我们所说的烙铁头,它在得到发热部分传来的热量后,温度逐渐上升,并把热量积蓄起来。通常采用紫铜或铜合金作烙铁头。c.手柄部分 电烙铁的手柄部分是直接同操作人员接触的部分,它应便于操作人员灵活舒适地操作。手柄一般由木料、胶木或耐高温塑料加工而成,通常做成直式和手枪式两种。2.电烙铁的种类由于用途、结构的不同,电烙铁的种类很多。通用的电烙铁按加热方式可分为外加热式和内加热式两大类;如果按发热能力又可分为20W、25W、100W等多种。随着科技的发展,电烙铁技术也不断革新,电烙铁的种类不断增加,出现了满足不同需要的各种新式的电
9、烙铁:除常用的内热式、外热式的电烙铁外,如用于集成MOS电路焊接的储能式电烙铁;用蓄电池供电的碳弧电烙铁;可同时除去焊件氧化膜的超声波电烙铁;具有自动送进焊锡装置的自动电烙铁,还有恒温电烙铁、吸锡电烙铁、微型烙铁、超声波烙铁、半自动送料焊枪等多种类型。a.外热式电烙铁 又叫旁热式电烙铁,如图5-1所示。由烙铁头烙铁心、外壳、手柄、电源线 和插头等部分组成。其烙铁心(也称为加热器)由电阻丝缠绕在绝缘的薄云母圆筒上制成,而烙铁头插入加热器里面,电阻丝通电后产生的热量传送到烙铁头上,使烙铁头温度升高,因此称为外热式电烙铁。外热式电烙铁的特点是结构简单、价格便宜,但热效率低、升温慢、体积较大,而且烙铁
10、的温度不能有效地控制。这种电烙铁主要用于导线、接地线和较大器件的焊接。图5- 1外热式与内热式电烙铁结构示意图电烙铁的规格一般是用电功率表示,常用规格有25W、45W、75W、100W等。功率越大,烙铁头的温度越高。在焊接印制电路板组件时,通常使用功率为25W的电烙铁。烙铁头可以加工成不同的形状,如图5-1所示。凿式和尖锥形烙铁头的角度较大时,热量比较集中,温度下降较慢,适用于焊接一般焊点。当烙铁头的角度较小时,温度下降较快,适用于焊接对温度比较敏感的元器件。斜面烙铁头,由于表面大,传热较快,适用于焊接布线不很拥挤的单面印制板焊盘接点。圆锥形烙铁头适用于焊接高密度的线头、小孔及小而怕热的元器件
11、。 烙铁头插入烙铁心的深度直接影响烙铁头的表面温度,一般焊接体积较大的物体时,烙铁头插得深些,焊接小而薄的物体时可浅些。 使用外热式电烙铁时应注意如下事项:1. 装配时必须用三线的电源插头。一般电烙铁有三个接线柱,其中一个与烙铁壳相通,是接地端;另两个与烙铁心相通,接220V交流电压。电烙铁的外壳与烙铁心是不接通的,如果接错就会造成烙铁外壳带电,人触及烙铁外壳就会触电;若用于焊接,还会损坏电路上的元器件。因此,使用前或更换烙铁心时,必须检查电源线与地线的接头,防止接错。 2. 烙铁头一般用紫铜制作,在温度较高时容易氧化,在使用过程中其端部易被焊料浸蚀而失去原有形状,因此需要及时加以修整。初次使
12、用或经过修整后的烙铁头都必须及时挂锡,以利于提高电烙铁的可焊性和延长使用寿命。目前也有合金烙铁头,使用时切记用锉刀修理。3. 使用过程中不能任意敲击,应轻拿轻放,以免损坏内部发热器件而影响使用寿命。4. 电烙铁在使用一段时间后,应及时将烙铁头取出,去掉氧化物再重新装配使用。这样可以避免烙铁心与烙铁头卡住而不能更换烙铁头。图 烙铁头的形状 b.内热式电烙铁 内热式电烙铁如图5-1所示,常用的规格有20W、30W、50W等。其加热器一般由电阻丝缠绕在密闭的陶瓷管上制成,插在烙铁头里面,被烙铁头包起来,直接对烙铁头加热,因此称为内热式电烙铁。由于芯子装在烙铁头内部,热量能完全传到烙铁头上,发热快,热
13、量利用率高达8590,烙铁头不温度达350左右。一把标称为20W的内热式电烙铁,相当于25W45W外热式电烙铁所产生的温度。内热式电烙铁的特点是体积小、重量轻、发热快、和耗电低等优点,而且得到广泛应用。内热式电烙铁的使用注意事项如外热式电烙铁基本相同。由于其连接杆的管壁厚度只有0.2mm,而且发热元件采用瓷管制成,所以应注意不要敲击,不要用钳子夹连接杆。内热式电烙铁的烙铁头形状较复杂,不易加工。为延长其使用时间,可将烙铁头进行电镀,在紫铜表面镀以纯铁或镍。这种烙铁头的使用寿命比普通;烙铁头高1020倍,并且由于镀层耐焊锡的浸蚀,不易变形,能保证操作时所需的最佳形状。使用时,应始终保持烙铁头头部
14、挂锡。擦拭烙铁头要用浸水海绵或湿布,不得用砂纸或砂布打磨烙铁头,也不要用锉刀锉,以免破坏镀层,缩短使用寿命。若烙铁头不沾锡,可用松香助焊剂或202浸锡剂在浸锡槽中上锡。c.感应式电烙铁 感应式电烙铁也叫快速加热电烙铁,俗称焊枪,如图5-2所示。它的加热器实际是一个变压器,这个变压器的次级线圈,只有几匝,当初级通电时,次级感应出大电流通过加热体,使同它相连的烙铁头迅速达到焊接所需温度。这种电烙铁的特点是加热速度快,一般通电几秒钟,即可达到焊接温度;因而,不需持续通电,它的手柄上带有开关,工作时只需按下开关几秒钟即可焊接,特别适于断续工作的使用。但由于电烙铁头实际是变压器次级,因而对一些电荷敏感器
15、件,不宜使用这种电烙铁。图5- 2 感应式电烙铁d. 恒温式电烙铁l 目前使用的外热式和内热式电烙铁的温度一般都超过了300,这对焊接晶体管、集成电路等是不利的。在质量要求较高的场合,通常需要恒温电烙铁。 恒温电烙铁有电控和磁控两种。电控恒温电烙铁是用热电偶作为传感元件来检测和控制烙铁头的温度。当烙铁温度低于规定时,温控装置内的电子电路控制半导体开关元件或继电器接通电源,给电烙铁供电,使电烙铁温度上升,温度一旦达到预定值,温控装置自动切断。如此反复动作,使烙铁头基本保持恒温。 磁控恒温电烙铁是借助于软磁金属材料在达到某一温度(居里点)时会失去磁性这一特点,制成磁性开关来达到控温目的,其结构如图
16、3-9所示,其外型如图3-10所示。 图3-9 磁控恒温电烙铁的结构示意图 1、烙铁头 2、软磁金属块 3、加热器 4、永久磁铁 5、非磁性金属管 6、支架 7、小轴 8、接点 9、接触片 图3-10 磁铁控恒温式电烙铁 在烙铁头1的右端镶有一块磁金属2,烙铁头放在加热器3的中间,非磁性金属圆管5底部装有一快永久磁铁4,再用小轴7与接触簧片9连起来而构成磁性开关,电源未接通时,永久磁铁4被软磁金属吸引,小轴7带动接触簧片9与接点8闭合。 当电烙铁接通电源后,加热器使烙铁头升温,在达到预定温度时(达到软磁金属的居里点),软磁金属失去磁性,永久磁铁4在支架6的吸引下离开软磁金属,通过小轴7使接点8
17、与接触簧片9分开,加热器断开,于是烙铁头温度下降,当降到低于居里点时,软磁金属又恢复磁性,永久磁铁又被吸引回来,加热器又恢复加热,如此反复动作,使烙铁头的温度保持在一定范围内。 如果需要不同的温度,可调换装有不同居里点的软磁金属的烙铁头,其居里点不同,失磁的温度也不同。烙铁头的工作温度可在260450范围内任意选取。 e. 吸锡电烙铁l 吸锡电烙铁是将普通电烙铁与活塞式吸锡器溶为一体的拆焊工具。它的使用方法是电源接通35s后,把活塞按下并卡住,将锡头对准欲拆元器件,待锡熔化后按下按钮,活塞上升,焊锡被吸入管。用毕推动活塞三、四次,清除吸管内残留的焊锡,以便下次使用。 f 热风枪l 热风枪又称贴
18、片电子元器件拆焊台。它专门用于表面贴片安装电子元器件(特别是多引脚的SMD集成电路)的焊接和拆卸。热风枪由控制电路、空气压缩泵和热风喷头等组成。其中控制电路是整个热风枪的温度、风力控制中心;空气压缩泵是热风枪的心脏,负责热风枪的风力供应;热风喷头是将空气压缩泵送来的压缩空气加热到可以使BGA IC上焊锡熔化的部件。其头部还装有可以检测温度的传感器,把温度信号转变为电信号送回电源控制电路板;各种喷嘴用于装拆不同的表面贴片元器件。g 半自动电烙铁 手枪式半自动电烙铁。它与普通电烙铁不同的是增加了焊锡丝送料机构。按动扳机,带动枪内齿轮转动,借助于齿轮和焊锡丝之间的摩擦力,把焊锡丝向前推进,焊锡丝通过
19、导向嘴到达烙铁头尖端,从而实现半自动送料。这种烙铁的优点是用单手操作焊接,使用灵活方便。目前,这种电烙铁广泛应用于流水生产线。3.电烙铁的选用 电烙铁的选用主要依据电子设备的电路结构形式、被焊元器件的热敏感性,使用焊料的特性等。 在电子产品的研制、生产和仪器的维修中,常选用普通内热式或外热式电烙铁;有特殊要求时,可根据具体情况而定,通常以选用恒温电烙铁为佳。电烙铁的选用应遵从下列原则。a.要根据焊接件的形状、大小以及焊点和元器件密度等要求来选择合适的烙铁头形状。b.烙铁头顶端温度应根据焊锡的熔点而定。通常烙铁头的顶端温度应比焊锡熔点高30C80C,而且不应包括烙铁头接触焊点时下降的温度。c.所
20、选电烙铁的热容量和烙铁头的温度恢复时间应能满足被焊工件的热要求。表3-3 选择电烙铁的依据 焊接对象及工作性质 烙铁头温度 (室温、220V) 选用烙铁 一般印制电路板、安装导线 300400 20W内热式、30W外热式、恒温式 集成电路 300400 20W内热式、恒温式 焊片、电位器、28W电阻、大电解电容器、大功率管 350450 3050W内热式、恒温式、5075W外热式 8W以上的电阻,2mm以上的导线 400550 100W内热式、150200W外热式 汇流排、金属板等 500630 30W外热式 维修、调试一般电子产品 20W内热式、恒温式、感应式、两用式 电烙铁功率的选择 电烙
21、铁上标出的功率,并不是它的实际功率,而是单位时间内消耗的电源能量。加热方式不同,相同瓦数的电烙铁的实际功率有较大差别。因此,选择电烙铁的功率一般应根据表3-3选择。 焊接集成电路、晶体管及受热易损元器件,一般选20W内热式或者25W外热式电烙铁。 焊接导线、同轴电缆时,应选用4575W外热式电烙铁或者50W内热式电烙铁。 焊接较大的元器件,如行输出变压器的引脚、金属底盘接地焊片等,应选用100W以上的电烙铁。 4.烙铁头的选用 电子整体装配中常选电烙铁作为焊接工具,电烙铁具有使用灵活、操作方便、适应性强、焊点质量容易控制、投资少等优点,但没有好的烙铁头就没有以上优点,因此好的电烙铁也要选择好的
22、烙铁头。在此简单介绍一下。 烙铁头按照材料分为合金头和纯铜头 合金头l 合金头又称长寿式电烙铁头,它的寿命是一般纯铜电烙铁寿命的10倍。因为焊接时是利用烙铁头上的电镀层焊接,所以合金头不能用锉刀锉。如果电镀层被磨掉,烙铁头将不能再粘锡导热;若电镀层在使用中有较多氧化反应物和杂质时,可以在烙铁架上轻轻擦除。 纯铜头l 纯铜头在空气中极易氧化,故应进行镀锡处理。具体做法是:先用锉刀锉出铜色,然后上松香镀锡。有些纯铜烙铁头在连续使用过程中,其刀刃发生氧化而凹陷发黑,需要拔下电源插头,用锉刀重新锉好并上锡。如果不是连续使用,应将烙铁头蘸上焊锡置于烙铁架上,拔下电源插头。否则,由于烙铁头上焊锡过少而氧化
23、发黑,烙铁不再粘锡。 注意烙铁头要保持刃口完整、光滑、无毛刺、无凹槽,才可使热传导效率高。烙铁在使用过程中,电源线不要搭在烙铁头上,以免发生漏电。 为了保证可靠、方便的焊接,应根据焊盘的大小和焊点的密度选择烙铁头的形状和尺寸。图3-11所示几种烙铁头的外形。 烙铁头有直形和弯形,其刃口形状种类很多。选择烙铁头的刃口和焊盘的接触面积。接触面积若大,大量的热量则会传给焊盘和元器件,一般要求烙铁头的刃口的接触面积小于焊盘的面积。 烙铁头的选用应适合焊接面的要求和焊点密度。焊点小的或焊点密集而怕热的元器件应选用尖锥刃口为好,焊点大的应选用圆斜面刃口为好。功率大的一般用弯头;功率小的一般使用直头。 圆斜
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