传统烙铁的焊接技术

SMARTHEAT智能型烙铁符合ISO－9000过程控制标准符合航天部QJ1950－90标准Metcal:智能电烙铁最先进的焊接和返工电装烙铁采用最先进的技术,符合ISO9000的要求•功率随焊点负载而变化•温度恒定•与操作人员经验无关形成可靠的焊点的必要条件•取决于烙铁头与焊接工件的接触温度美军标规定焊接温度℃不得高于焊锡熔点38℃(100F)，停留时间为1～5秒•焊点所需热量不应过量，防止热损伤发生由于焊点负载的大小不同，达到恰当温度的热量也不同焊接散热加热平衡点传统烙铁的焊接技术功率恒定温度变化Metcal焊接技术培训传统烙铁烙铁头储存能量温度传感器连接控制部分加热体Dumb-HeatCartridge电热丝＝加热体电源系统“人工”温度补偿反馈回路“加热体”线圈电源系统SmartHeat“自身的”温度补偿反馈回路全接通或全断开满功率或无功率超调3传统电烙铁的示意结构加热体与焊点之间能量传递通过储能方式来实现，而无法自动控制能量转换能量转换关系图Qo热能输出=Qs储存+Qi热量产生...(热能存储在烙铁头)(热能输出给焊点)(加热体产生热能)焊点L电热芯“传统的焊接技术依赖于热能存储在烙铁头内.”电热芯与焊点为独立的两部分，无过程控制T1T2烙铁头Q0QIQSTAV烙铁头加热器热电偶TC控制器输入功率焊点Ta实际温度传统电烙铁温度控制图设置温度T（手动〕传统型焊接烙铁传统型烙铁是功率恒定，能量储存在烙铁头上-其功率不会随焊点所需热量不同而相应变化温度需要手动调节-操作者会改变其焊接工艺由于电路板所需热量变化，操作者不得不采用较高的温度进行焊接-造成对电路板和元器件的过热损坏传统烙铁采用热电偶(TC)或传感器来监测电热芯的温度;由于烙铁头与电热芯之间的距离-T实际测出的温差很大当烙铁头接触到焊点温度下降,电热芯对烙铁头进行温度补偿-补偿温度会超过预设定的温度而造成温度过热焊接动态过程中烙铁头的实际温度与预设定温度差别会很大-造成焊接时损坏器件或造成假焊传统焊接技术:焊接不安全控制的温度曲线呈正旋波振荡形温度过高或过低造成元器件和焊盘损坏过热损伤焊接缺乏过程控制传统烙铁功率恒定，温度变化功率温度设置温度温度超调温度超调热量升温慢温度补偿慢不宜更换烙铁头传统烙铁采用储能型技术:焊接速度慢•操作人员需要焊接技术培训•烙铁手柄笨重•烙铁系统需要定期校准-热电偶或传感器长期使用造成误差传统烙铁采用储能型技术:问题？？？SmartHeatTechnology功率随负载变化温度恒定Metcal智能型烙铁世界知名用户ManyleadingmanufacturersenjoythecostsavingsandprocesscontrolavailablewithSmartHeattechnology:HEWLETT-PACKARDINTELMOTOROLASOLECTRONSIEMENSHITACHIBOEINGGECMARCONINOKIAFLUKEIBMLORALFUJITSUCHRYSLERSEAGATEHUGHESAIRCRAFTU.S.ROBOTICSCOMPAQBELLLUCENTDumb-HeatCartridge电热丝＝加热体电源系统“人为设计的”温度补偿反馈回路SmartHeatCartridge“加热体”线圈电源系统SmartHeat“自身的”温度补偿反馈回路瞬间功率补偿补偿功率适负载大小而定不会出现温度超调开或关状态衡定功率或无功率补偿功率补偿过度3智能型烙铁的技术自适应系统，无外加温控电路智能型烙铁的技术(r*Cp)*(Acs*L)*(Tav(t)-Tav)/t(T2(t)-T1(t))(C1+L(Acs*K)+C2)Qo热量输出=Q储存+Qi热量产生...“热量不是先储存在烙铁头上,而是由加热体直接将热能供给到焊点上.加热快,并且焊接温度低，焊接安全.”烙铁头感应线圈加热体连接头轻巧手柄自适应的烙铁头(详见下图)SmartHeat®TechnologySmartHeatTechnology-导磁率,m•什么是导磁率?将一非磁性材料插入线圈中，磁场不会受影响如将一磁性材料棒插入磁场中，则磁场密度将增加磁性材料的导磁率m远大于非磁性材料的导磁率•m导磁率定义为材料改变磁通量的能力B=磁通密度，H＝外磁场•非磁性材料的导磁率＝19m=B/HNS马蹄形磁铁磁场,H10SmartHeatTechnology-导磁率,m11SmartHeatTechnology-Permeability,m=B/HH磁场磁性材料：如铁镍合金FeNim1B磁场密度H磁场非磁性材料：如铜m=1B磁场密度•每个原子象个磁性材料带有磁极性“南”，“北”极性•原子的磁性强度称为M＝磁矩pnpne-e-NS12SmartHeatTechnology-磁性材料•如果所有的原子“M”磁性极性相同这种材料称作：Ferromagnetic磁性材料•如果所有的原子“M”磁性极性无序排列这种材料称作：Paramagnetic非磁性材料13M0M=0SmartHeatTechnology-原子磁矩M•直流电I,通过导线其电阻值为R.•根据公式P=I2R，导线被加热•直流电流均匀通过导线截面积A.•截面积A越小,产生热量越大!SmartHeatTechnologyElectricalHeating-直流IDCAL5A6SmartHeatTechnologyElectricalHeating-交流•当交流电流I通过导线时,其电阻值为R.•由于导线内，外层的“磁屏蔽”效果，电流沿导线外表面流过“magneticshielding”•因为截面积A’小于A,所以导线加热大于直流电情况.IACAA’AA’趋肤效应深度,ds•趋肤效应深度取决于频率，电阻功率,磁导率•ds=k(r/mf)•k,r,f为常数•增大m得到越小的趋肤效应深度81ds(=63%的电流)A’2ds(=86%的电流)3ds(=95%的电流)趋肤效应深度：ds=k√(ρ/μf)ρ=被加热体的电阻率μ＝该被加热体的相对导磁率f=交流频率•当磁性材料为铁磁体变成顺磁体时•材料的物理特性决定会产生一特定的温度•这种材料转变时产生的温度称作居里温度,TC14M温度0K0居理温度,TC铁磁体顺磁体;M=0LargeMSmartHeatTechnology-MagneticMaterials17MTemperature0K0CurieTemperature,TCFerromagnetic磁性材料Paramagnetic非磁性材料M0大m较小的趋肤效应深度SD产生高热度或功率M=0m=1LargeSD较低热度或功率SmartHeatTechnology-MagneticMaterials趋肤效应&居里温度点1.Metcal的烙铁头包括了采用专利技术设计的加热体。加热体是由内层为非产生热量的金属铜材(non-heating)和外层为产生热量的磁性合金材料heating)组成。线圈铜制材料磁性材料层芯为铜质材料2.M0磁矩大于0时，趋肤深度ds很小,电阻R增加,温度上升M0--μ大－大－ds小-As小－R大－P大－H(热量)大-T(温度)上升外层磁性合金材料(产生热部分)激励线圈趋肤效应&居里温度点TTC激励线圈内层铜3.M=0μ=1－ds大－As大－R小-P小－H小－T下降温度升高至某一点即磁性合金材料本身固有的物理温度－居理温度（CuriePoint〕(TC),磁性合金材料变成非磁性材料时，趋肤效应消失，这是电流将会通过低阻抗的内层非产生热能的铜质材料(non-heating)。TTC外层磁性合金材料趋肤效应&居里温度点激励线圈内层铜质材料4.当烙铁头冷却温使其度低于合金材料的居里温度点时，合金材料将恢复其磁性，趋肤效应立即恢复，开始另一个加热周期。TTC外层磁性合金(再次加热)趋肤效应&居里温度点5.因此，烙铁头的自适应的温度变化范围非常接近居里温度点CuriePoint,总是保持在一个恒定的温度范围(温度误差+/-2°C).由于烙铁头的温度是恒定的，热能不是储存在烙铁头上(不同于传统式烙铁),所以SmartHeat烙铁将可将功率DirectPower直接送到焊点上去。激励线圈铜质材料和磁性合金材料(加热周期)趋肤效应&居里温度点“SmartHeat-ing”•SmartHeat智能型烙铁头一但接触到焊点负载会立即将焊点所需的能量马上输送给焊点•焊点所需的温度确定了整个焊接过程控制。这是与传统烙铁通过对烙铁头采取储能方式有着质的区别。SmartHeatTechnology-HeatGenerationHeatorPowerTemperatureTCLotsofHeatGenerated产生较小的热量NotmuchHeatGeneratedTTCSMARTHEAT“开关范围”磁性,m500非磁性,m=1TTC1819SmartHeatTechnology:SmartHeat-ingTTCTTC•加热至TTC•冷却至TTC•Thewire“switches”fromheatingtocoolingandbackagain!•“Switching”rate=frequencyofthepowersupply!•导体趋于热平衡点•非常接近居里温度.20功率温度RTTC1233a4566aHeatInHeatOutTipCools加热大于散热HeatInHeatOutTipHeatsHeatIn=HeatOut温度动态平衡点SmartHeatTechnology:SmartHeat-ing23功率温度RTTTCTTC闲置温度SolderingOperation焊接操作时温度区TIDLETLOAD负载时功率空载时功率SmartHeatTechnology:SmartHeat-ing24功率温度RT:SmartHeat-ingSmartHeatTechnology温度危险区LNJBSmartHeat试验数据I电烙铁类型闲置温度由闲置温度达到全部焊接负载要求温度所需时间MetcalSP-200智能型330℃150秒PACEST－20传统型330℃204秒WellerEC2002传统型330℃245秒Hakko926ESD传统型330℃316秒试验数据II电烙铁类型达到全部焊接负载闲置温度需要温度的时间MetcalSP-200智能型150秒330℃PACEST－20传统型150秒350℃WellerEC2002传统型150秒380℃Hakko926ESD传统型150秒408℃传统电烙铁温度需效准时间3个月6个月9个月12个月合格范围智能电烙铁温度需效准时间2年4年6年8年合格范围MetcalDirectPower加热体烙铁头:本身就是传感器和加热体安全.快速.简单.Metcal:安全在较低温度条件下焊接输出功率与焊点负载成比例烙铁头材料的居里温度决定了焊接不会过热。系统为非校正型，稳定的焊接过程控制减少操作人员的焊接控制失误Metcal:速度快只需打开电源开关-无其它控制钮更换烙铁头快升温快，温度补偿快焊接速度快-生产效率高使用简易系统体积小，手柄轻烙铁头和加热体为一体化无需做任何系统校准-没温度补偿传感器和热电偶容易更换烙铁头焊接工艺容易通过ISO9000认证产品概述Metcal系统配置SmartHeat®Soldering&ReworkMX500SMT返修焊接解焊接SP200焊接SMT焊接SP440解焊接•功率瓦数:Metcal’的功率标定是表示输出功率瓦数，而常规烙铁是标定系统的输入功率。例如，40瓦的MX系统相当于常规的80－100瓦烙铁。PowerSupplySpecificationsMXSeries•40W,SMT和通孔焊接系统•双输出口•可连接普通焊接手柄，镊型烙铁手柄，外接气源吸锡枪•30分钟不使用自动关机功能MXHandpieces焊接/返修外接气源吸锡枪