手工焊接技術(shù),Welding

關(guān)鍵字：手工焊接技術(shù)

第一節(jié) 手工焊接的工具
任何電子產(chǎn)品，從幾個(gè)零件構(gòu)成的整流器到成千上萬(wàn)個(gè)零部件組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都是由基本的電子元件器件和功能構(gòu)成，按電路工作原理，用一定的工藝方法連接而成。雖然連接方法有多種（例如、繞接、壓接、粘接等）但使用最廣泛的方法是錫焊。
1 ．手工焊接的工具
（ 1 ）電烙鐵
（ 2 ）鉻鐵架

圖1
2 ． 錫焊的條件
為了提高焊接質(zhì)量，必須注意掌握錫焊的條件。

1. 被焊件必須具備可焊性。
2. 被焊金屬表面應(yīng)保持清潔。
3. 使用合適的助焊劑。
4. 具有適當(dāng)?shù)暮附訙囟取?
5. 具有合適的焊接時(shí)間。

第二節(jié) 焊料與助焊劑
1 ．焊接材料
凡是用來(lái)熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之成為一個(gè)整體的金屬或合金都叫焊料。這里所說(shuō)的焊料只針對(duì)錫焊所用焊料。
常用錫焊材料：

1. 管狀焊錫絲
2. 抗氧化焊錫
3. 含銀的焊錫
4. 焊膏

2 ．助焊劑的選用。
在焊接過(guò)程中，由于金屬在加熱的情況下會(huì)產(chǎn)生一薄層氧化膜，這將阻礙焊錫的浸潤(rùn)，影響焊接點(diǎn)合金的形成，容易出現(xiàn)虛焊、假焊現(xiàn)象。使用助焊劑可改善焊接性能。助焊劑有松香、松香溶液、焊膏焊油等，可根據(jù)不同的焊接對(duì)象合理選用。焊膏焊油等具有一定的腐蝕性，不可用于焊接電子元器件和電路板，焊接完畢應(yīng)將焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭干凈。元器件引腳鍍錫時(shí)應(yīng)選用松香作助焊劑。印制電路板上已涂有松香溶液的，元器件焊入時(shí)不必再用助焊劑。

第三節(jié) 手工焊接的注意事項(xiàng)
手工錫焊接技術(shù)是一項(xiàng)基本功，就是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，維護(hù)和維修也必須使用手工焊接。因此，必須通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作練習(xí)才能熟練掌握。注意事項(xiàng)如下：
1. 手握鉻鐵的姿勢(shì)掌握正確的操作姿勢(shì)，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動(dòng)傷害。為減少焊劑加熱時(shí)揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)對(duì)人的危害，減少有害氣體的吸入量，一般情況下，烙鐵到鼻子的距離應(yīng)該不少于 20cm ，通常以 30cm 為宜。
電烙鐵有三種握法，如圖2 所示。

圖2 握電烙鐵的手法示意
反握法的動(dòng)作穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間操作不易疲勞，適于大功率烙鐵的操作；正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作；一般在操作臺(tái)上焊接印制板等焊件時(shí)，多采用握筆法。

2. 焊錫絲一般有兩種拿法，如圖3 所示。由于焊錫絲中含有一定比例的鉛，而鉛是對(duì)人體有害的一種重金屬，因此操作時(shí)應(yīng)該戴手套或在操作后洗手，避免食入鉛塵。

圖3 焊錫絲的拿法
3. 電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上，并注意導(dǎo)線等其他雜物不要碰到烙鐵頭，以免燙傷導(dǎo)線，造成漏電等事故。

第四節(jié) 手工焊接操作的基本步驟
掌握好電烙鐵的溫度和焊接時(shí)間，選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭和焊點(diǎn)的接觸位置，才可能得到良好的焊點(diǎn)。正確的手工焊接操作過(guò)程可以分成五個(gè)步驟，如圖所示。

圖4 手工焊接步驟

1 ．基本操作步驟
⑴ 步驟一：準(zhǔn)備施焊（圖 (a) ）
左手拿焊絲，右手握烙鐵，進(jìn)入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈，無(wú)焊渣等氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。
⑵ 步驟二：加熱焊件（圖 (b) ）
烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個(gè)焊件全體，時(shí)間大約為 1 ～ 2 秒鐘。對(duì)于在印制板上焊接元器件來(lái)說(shuō)，要注意使烙鐵頭同時(shí)接觸兩個(gè)被焊接物。例如，圖 (b) 中的導(dǎo)線與接線柱、元器件引線與焊盤要同時(shí)均勻受熱。
⑶ 步驟三：送入焊絲（圖 (c) ）
焊件的焊接面被加熱到一定溫度時(shí)，焊錫絲從烙鐵對(duì)面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上！
⑷ 步驟四：移開(kāi)焊絲（圖 (d) ）
當(dāng)焊絲熔化一定量后，立即向左上 45° 方向移開(kāi)焊絲。
⑸ 步驟五：移開(kāi)烙鐵（圖 (e) ）
焊錫浸潤(rùn)焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上 45° 方向移開(kāi)烙鐵，結(jié)束焊接。從第三步開(kāi)始到第五步結(jié)束，時(shí)間大約也是 1 至 2s 。

2 ．錫焊三步操作法
對(duì)于熱容量小的焊件，例如印制板上較細(xì)導(dǎo)線的連接，可以簡(jiǎn)化為三步操作。

1. 準(zhǔn)備：同以上步驟一；
2. 加熱與送絲：烙鐵頭放在焊件上后即放入焊絲。
3. 去絲移烙鐵：焊錫在焊接面上浸潤(rùn)擴(kuò)散達(dá)到預(yù)期范圍后，立即拿開(kāi)焊絲并移開(kāi)烙鐵，并注意移去焊絲的時(shí)間不得滯后于移開(kāi)烙鐵的時(shí)間。

對(duì)于吸收低熱量的焊件而言，上述整個(gè)過(guò)程的時(shí)間不過(guò) 2 至 4s ，各步驟的節(jié)奏控制，順序的準(zhǔn)確掌握，動(dòng)作的熟練協(xié)調(diào)，都是要通過(guò)大量實(shí)踐并用心體會(huì)才能解決的問(wèn)題。有人總結(jié)出了在五步驟操作法中用數(shù)秒的辦法控制時(shí)間：烙鐵接觸焊點(diǎn)后數(shù)一、二（約 2s ），送入焊絲后數(shù)三、四，移開(kāi)烙鐵，焊絲熔化量要靠觀察決定。此辦法可以參考，但由于烙鐵功率、焊點(diǎn)熱容量的差別等因素，實(shí)際掌握焊接火候并無(wú)定章可循，必須具體條件具體對(duì)待。試想，對(duì)于一個(gè)熱容量較大的焊點(diǎn)，若使用功率較小的烙鐵焊接時(shí)，在上述時(shí)間內(nèi)，可能加熱溫度還不能使焊錫熔化，焊接就無(wú)從談起。

第五節(jié) 手工焊接操作的具體手法
在保證得到優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的目標(biāo)下，具體的焊接操作手法可以有所不同，但下面這些前人總結(jié)的方法，對(duì)初學(xué)者的指導(dǎo)作用是不可忽略的。

1. 保持烙鐵頭的清潔
   焊接時(shí)，烙鐵頭長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，又接觸助焊劑等弱酸性物質(zhì)，其表面很容易氧化腐蝕并沾上一層黑色雜質(zhì)。這些雜質(zhì)形成隔熱層，妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導(dǎo)。因此，要注意用一塊濕布或濕的木質(zhì)纖維海綿隨時(shí)擦拭烙鐵頭。對(duì)于普通烙鐵頭，在腐蝕污染嚴(yán)重時(shí)可以使用銼刀修去表面氧化層。對(duì)于長(zhǎng)壽命烙鐵頭，就絕對(duì)不能使用這種方法了。
2. 靠增加接觸面積來(lái)加快傳熱
   加熱時(shí)，應(yīng)該讓焊件上需要焊錫浸潤(rùn)的各部分均勻受熱，而不是僅僅加熱焊件的一部分，更不要采用烙鐵對(duì)焊件增加壓力的辦法，以免造成損壞或不易覺(jué)察的隱患。有些初學(xué)者用烙鐵頭對(duì)焊接面施加壓力，企圖加快焊接，這是不對(duì)的。正確的方法是，要根據(jù)焊件的形狀選用不同的烙鐵頭，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸而不是點(diǎn)或線的接觸。這樣，就能大大提高傳熱效率。
3. 加熱要靠焊錫橋
   在非流水線作業(yè)中，焊接的焊點(diǎn)形狀是多種多樣的，不大可能不斷更換烙鐵頭。要提高加熱的效率，需要有進(jìn)行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，就是靠烙鐵頭上保留少量焊錫，作為加熱時(shí)烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。由于金屬熔液的導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，使焊件很快就被加熱到焊接溫度。應(yīng)該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留過(guò)多，不僅因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間存留在烙鐵頭上的焊料處于過(guò)熱狀態(tài)，實(shí)際已經(jīng)降低了質(zhì)量，還可能造成焊點(diǎn)之間誤連短路。
4. 烙鐵撤離有講究
   烙鐵的撤離要及時(shí)，而且撤離時(shí)的角度和方向與焊點(diǎn)的形成有關(guān)。如圖所示為烙鐵不同的撤離方向?qū)更c(diǎn)錫量的影響。
   
   圖5 烙鐵撤離方向和焊點(diǎn)錫量的關(guān)系
5. 在焊錫凝固之前不能動(dòng)
   切勿使焊件移動(dòng)或受到振動(dòng)，特別是用鑷子夾住焊件時(shí)，一定要等焊錫凝固后再移走鑷子，否則極易造成焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)疏松或虛焊。
6. 焊錫用量要適中
   手工焊接常使用的管狀焊錫絲，內(nèi)部已經(jīng)裝有由松香和活化劑制成的助焊劑。焊錫絲的直徑有 0.5 、 0.8 、 1.0 、 … 、 5.0mm 等多種規(guī)格，要根據(jù)焊點(diǎn)的大小選用。一般，應(yīng)使焊錫絲的直徑略小于焊盤的直徑。
   如圖所示，過(guò)量的焊錫不但無(wú)必要地消耗了焊錫，而且還增加焊接時(shí)間，降低工作速度。更為嚴(yán)重的是，過(guò)量的焊錫很容易造成不易覺(jué)察的短路故障。焊錫過(guò)少也不能形成牢固的結(jié)合，同樣是不利的。特別是焊接印制板引出導(dǎo)線時(shí)，焊錫用量不足，極容易造成導(dǎo)線脫落。
   
   圖6 焊點(diǎn)錫量的掌握
7. 焊劑用量要適中
   適量的助焊劑對(duì)焊接非常有利。過(guò)量使用松香焊劑，焊接以后勢(shì)必需要擦除多余的焊劑，并且延長(zhǎng)了加熱時(shí)間，降低了工作效率。當(dāng)加熱時(shí)間不足時(shí)，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開(kāi)關(guān)、接插件的時(shí)候，過(guò)量的焊劑容易流到觸點(diǎn)上，會(huì)造成接觸不良。合適的焊劑量，應(yīng)該是松香水僅能浸濕將要形成焊點(diǎn)的部位，不會(huì)透過(guò)印制板上的通孔流走。對(duì)使用松香芯焊絲的焊接來(lái)說(shuō)，基本上不需要再涂助焊劑。目前，印制板生產(chǎn)廠在電路板出廠前大多進(jìn)行過(guò)松香水噴涂處理，無(wú)需再加助焊劑。
8. 不要使用烙鐵頭作為運(yùn)送焊錫的工具
   有人習(xí)慣到焊接面上進(jìn)行焊接，結(jié)果造成焊料的氧化。因?yàn)槔予F尖的溫度一般都在 300 ℃ 以上，焊錫絲中的助焊劑在高溫時(shí)容易分解失效，焊錫也處于過(guò)熱的低質(zhì)量狀態(tài)。特別應(yīng)該指出的是，在一些陳舊的書(shū)刊中還介紹過(guò)用烙鐵頭運(yùn)送焊錫的方法，請(qǐng)讀者注意鑒別。

第六節(jié) 焊點(diǎn)質(zhì)量及檢查
對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量要求，應(yīng)該包括電氣接觸良好、機(jī)械結(jié)合牢固和美觀三個(gè)方面。保證焊點(diǎn)質(zhì)量最重要的一點(diǎn)，就是必須避免虛焊。
1 ．虛焊產(chǎn)生的原因及其危害
虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點(diǎn)成為有接觸電阻的連接狀態(tài)，導(dǎo)致電路工作不正常，出現(xiàn)連接時(shí)好時(shí)壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒(méi)有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、使用和維護(hù)帶來(lái)重大隱患。此外，也有一部分虛焊點(diǎn)在電路開(kāi)始工作的一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，保持接觸尚好，因此不容易發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動(dòng)等環(huán)境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接觸慢慢地變得不完全起來(lái)。虛焊點(diǎn)的接觸電阻會(huì)引起局部發(fā)熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點(diǎn)情況進(jìn)一步惡化，最終甚至使焊點(diǎn)脫落，電路完全不能正常工作。這一過(guò)程有時(shí)可長(zhǎng)達(dá)一、二年，其原理可以用“原電池”的概念來(lái)解釋：當(dāng)焊點(diǎn)受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液，虛焊點(diǎn)兩側(cè)的銅和鉛錫焊料相當(dāng)于原電池的兩個(gè)電極，鉛錫焊料失去電子被氧化，銅材獲得電子被還原。在這樣的原電池結(jié)構(gòu)中，虛焊點(diǎn)內(nèi)發(fā)生金屬損耗性腐蝕，局部溫度升高加劇了化學(xué)反應(yīng)，機(jī)械振動(dòng)讓其中的間隙不斷擴(kuò)大，直到惡性循環(huán)使虛焊點(diǎn)最終形成斷路。
據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，在電子整機(jī)產(chǎn)品的故障中，有將近一半是由于焊接不良引起的。然而，要從一臺(tái)有成千上萬(wàn)個(gè)焊點(diǎn)的電子設(shè)備里，找出引起故障的虛焊點(diǎn)來(lái)，實(shí)在不是容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的重大隱患，必須嚴(yán)格避免。進(jìn)行手工焊接操作的時(shí)候，尤其要加以注意。
一般來(lái)說(shuō)，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差；助焊劑的還原性不良或用量不夠；被焊接處表面未預(yù)先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過(guò)高或過(guò)低，表面有氧化層；焊接時(shí)間掌握不好，太長(zhǎng)或太短；焊接中焊錫尚未凝固時(shí)，焊接元件松動(dòng)。
2 ．對(duì)焊點(diǎn)的要求

1. 可靠的電氣連接
2. 足夠的機(jī)械強(qiáng)度
3. 光潔整齊的外觀

3 ．典型焊點(diǎn)的形成及其外觀
在單面和雙面（多層）印制電路板上，焊點(diǎn)的形成是有區(qū)別的：見(jiàn)圖，在單面板上，焊點(diǎn)僅形成在焊接面的焊盤上方；但在雙面板或多層板上，熔融的焊料不僅浸潤(rùn)焊盤上方，還由于毛細(xì)作用，滲透到金屬化孔內(nèi)，焊點(diǎn)形成的區(qū)域包括焊接面的焊盤上方、金屬化孔內(nèi)和元件面上的部分焊盤，如圖所示。

圖 7焊點(diǎn)的形成 圖 4-10 典型焊點(diǎn)的外觀

參見(jiàn)圖，從外表直觀看典型焊點(diǎn)，對(duì)它的要求是：

1. 形狀為近似圓錐而表面稍微凹陷，呈漫坡?tīng)?，以焊接?dǎo)線為中心，對(duì)稱成裙形展開(kāi)。虛焊點(diǎn)的表面往往向外凸出，可以鑒別出來(lái)。
2. 焊點(diǎn)上，焊料的連接面呈凹形自然過(guò)渡，焊錫和焊件的交界處平滑，接觸角盡可能小。
3. 表面平滑，有金屬光澤。
4. 無(wú)裂紋、針孔、夾渣。