焊接培训教材

1．适用范围本文规定了电子技术产品焊接时应遵循的基本工艺要求。本工艺适应于以印制线路板（PCB）为组装基板和装联组件产品的制造和返修。2．引用标准GB3131-88锡铅焊料QJ3117-99航天电子电气产品手工焊接工艺技术要求3．正文在电子产品装配过程中，焊接是一种主要的连接方式。它是将组成产品的各种元器件通过导线、印刷线路板或接点等，使用焊接的方法牢固地连接在一起的过程。加热被焊金属件和锡铅焊料，使锡铅焊料熔化，借助于焊剂的作用，使焊料浸润已加热的被焊金属件表面形成合金，焊料凝固后，被焊金属件即连接在一起。3.1电烙铁的选用电烙铁是手工焊接的基本工具，而手工焊接在当前整机装配工作中仍占有相当的比重，因此需要详细了解电烙铁的选用知识，它是装配工人做好焊接工作的基础。选用电烙铁的主要依据是产品的电路结构形式，被焊接器件的热敏感性与焊料的特性及操作者的使用方便。所选用电烙铁的热性能（包括电烙铁的功率、加热形式和烙铁头的形状）应能满足上述几方面的要求。3.1.1电烙铁的功率及加热形式电烙铁上标出的功率实际上是单位时间内消耗的电源能量，而并非电烙铁的实际功率。常用的电烙铁有两种加热方式：内热式与外热式。由于加热方式不同，相同瓦数电烙铁的实际功率相差很大，一个20瓦内热式电烙铁的实际功率，就相当于25~45瓦外热式电烙铁的实际功率。选用电烙铁时首先要注意电烙铁的加热方式。相同加热方式的电烙铁，一般是功率越大，烙铁头的温度越高，热容量也越大。3.1.2烙铁头的分类电烙铁的烙铁头，一般都是用纯紫铜制做的，这是因为纯紫铜传热快、易上锡和良好的加工特性。用纯铜制造的烙铁头，在温度较高时易于氧化，要经常进行修整、重新上锡才能继续使用。为延长烙铁头的使用寿命，最简单的办法是将烙铁头加以锻打，增加金属分子的密度。经常保持烙铁头的清洁，及时上锡也可延长使用时间。为进一步延长烙铁头的使用寿命，可以将烙铁头镀上铁或铁镍合金。使用这种带耐腐蚀层的烙铁头时，不能象使用纯铜制造的烙铁头那样，用锉刀或铁刷子来清理，以防破坏耐腐蚀镀层。清洁这种烙铁头时，可在湿碎布或海绵上来回擦，也可在松香块上擦洗。擦洗应在电烙铁加热的状态下进行。3.1.3电烙铁的选用原则（1）烙铁头的形状要适应被焊物面的要求和产品的装配密度。（2）烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应，一般应比焊料的熔点高30~80℃（不包括在电烙铁头接触焊接点时下降的温度）。（3）电烙铁的热容量要恰当，热容量太小，接触焊接物面时，烙铁头的顶端温度下降很快，影响焊接的顺利进行，使焊接点的强度降低，并使焊接点的表面发暗，不光亮。电烙铁的热容量太大时，易导致元器件及焊接点过热。容易损坏元器件的导线的绝缘层，也会造成焊料在焊接点上流动过快而不易控制。（4）烙铁头的温度恢复时间要与被焊物面的热要求相适应。温度恢复时间是指在焊接周期内，烙铁头顶端的温度因热量散失而降低后，再恢复到最高温度所需要的时间，它与电烙铁的功率、热容量以及烙铁头的形状、长短有关。3.1.4选用电烙铁的要求1．手工焊接应使用温度能自动控制的电烙铁，烙铁的温度应定期校验。2．烙铁头的大小应满足焊接空间和连接点的需要，不应造成邻近区域元器件和连接点的损伤。3．除采用自动调节功率电烙铁外，线路板组装件的焊接一般采用30~50W电烙铁；微型器件及片状元件的焊接建议采用10~20W电烙铁；大型接线端子和接地线的焊接建议采用50~75W电烙铁。4．电烙铁工作时应保证良好接地。大地与烙铁头部的电位差不得大于2mV（有效值），电烙铁以及相关工艺设备的磁场，在元器件或零件的任意表面上测量，不应大于2×10-4T。3.2手工焊接3.2.1线路板的焊接特点印制线路板是用某些粘合剂把铜箔压粘在绝缘板上制成的。绝缘板的材料有环氧玻璃布、酚醛绝缘纸板等。铜箔与这些绝缘材料的粘合能力本来就不强，高温时就更差。一般环氧玻璃布覆铜箔板允许连续使用的温度是140℃左右，远低于焊接温度。由于铜箔与绝缘板的膨胀系数不同，如果焊接时温度过高、时间过长，就会引起线路板起泡、变形甚至使铜箔脱落。3.2.2锡焊接的条件3.2.2.1被焊件必须具备可焊性可焊性也就是可浸润性，它是指被焊接的金属材料与焊锡在适当温度和助焊剂作用下形成良好结合的性能。3.2.2.2被焊金属表面应保持清洁金属表面的氧化物和粉尘、油污等会妨碍焊料浸润被焊金属表面。在焊接前可用机械或化学方法清除这些杂物。3.2.2.3使用合适的助焊剂助焊剂的种类繁多，效果也不一样。使用时必须根据被焊件的材料性质、表面状况和焊接方法来选取。助焊剂的用量越大，助焊效果越好，可焊性越强，但焊剂残渣也越多。有些助焊剂残渣不仅会腐蚀金属零件，而且会使产品的绝缘性能变关。因此在锡焊完成后应进行清洗除渣。3.2.2.4具有适当的焊接温度加热的作用是使焊锡熔化并向被焊金属材料扩散，以及使金属材料上升到焊接温度，从而生成金属合金。温度过低，则达不到上述要求而难于焊接，造成虚焊。提高锡焊的温度虽然可以提高锡焊的速度，但温度过高会使焊料处于非共晶状态，加速助焊剂的分解，使焊料性能下降，还会导致印刷板上的焊盘脱落。3.2.2.5具有合适的焊接时间在焊接温度确定以后，就应根据被焊件的形状、大小和性质等来确定焊接时间。焊接时间是指在焊接过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。焊接时间要掌握适当，过长易损坏焊接部位及元器件，过短则达不到焊接要求。3.2.3手工焊接的工艺流程3.2.3.1工艺流程图手工焊接的工艺流程图见图1。图1手工焊接工艺流程图3.2.3.2主要工序说明（1）电烙铁准备：烙铁头应完全插入加热器内，加热部分与手柄应牢固可靠。将烙铁头加热至可以熔化焊料的温度，在头部浸一层薄而均匀的焊料，并用清洁潮湿的海绵或湿布擦拭烙铁头表面。（2）清洁处理：待焊的导线、元器件引线、接线端子及线路板均应进行清洁处理，并保证其电烙铁准备清洁处理加焊剂加热加焊料冷却清洗可焊性。（3）加焊剂：所有焊接部位均应使用焊剂。使用液态焊剂时，应薄而均匀地涂于连接部位；使用带焊剂芯的线状焊料时，除重焊或返工外，不再使用液态焊剂。（4）加热：将电烙铁置于连接部位，热能量通过焊剂迅速传递并达到焊接温度。应避免过长的加热时间，过高的压力和温度。对电子元器件的焊接，建议烙铁头部温度为280℃，但任何情况下不得超过320℃。（5）加焊料：焊料应加在烙铁头和连接部位的结合部，并保持作为热传导的焊料桥的存在（见图2），焊料应适量，并要覆盖住整个连接部位，形成凹形焊锡轮廓线。根据连接部位的结构特征，焊接操作时间一般不超过3s。热敏元器件焊接时应采取必要的散热措施。图2焊料应用和焊料桥图中：A：母材金属上的氧化膜B：沸腾的焊剂溶液在氧化膜上流动C：与焊剂接触的裸金属D：代替焊剂的液态焊料E：焊料与母材金属反应形成合金层F：起热传导作用的焊料桥G：烙铁头（6）冷却：焊点应在室温下自然冷却，严禁用嘴吹或用其它强制冷却方法。在焊料冷却和凝固的过程中，焊点不应受到任何外力的影响。（7）清洗：焊点及周围表面的焊剂残留物、油污、灰尘等应进行100%的清洗。3.2.4基本操作工艺3.2.4.1拿烙铁的方法烙铁头的方向一般在工作台工作时，如图3所示不同的工作需要采用不同的拿烙铁方法。以下3种因素影响从烙铁头向焊接端子的传热：1.接触压力；2.接触面积；3.接触角度。若要焊的物体热容量大，则在它的上面的接触压力也就加大，以便尽可能地达到所要求的温度。（a）工作台（面板配线）（b）装机架配线（c）工作台（小件配线）（d）工作台（线路板）图3几种拿烙铁的方法3.2.4.2拿锡的方法首先，在使用焊锡之前，为了清除粘在焊锡表面的污物，应该用布好好地擦拭干净。使用大的电烙铁时，烙铁在左手，右手拿焊锡，而一般场合采用左手拿焊锡。参照图4，在离焊锡头3~5cm地方，用拇指和食指轻轻捏住，将中指也靠在这上面，使焊锡能自由地供给。（a）是连续作业时，拿焊锡的方法；（b）是间断焊接时，拿焊锡的方法。（a）连续作业时（b）间断作业时图4拿焊锡的方法3.2.4.3焊锡的供给方法1．给焊锡的时间每当接合金属的温度达到焊锡熔化温度的时候，不失时机地把焊锡加上。当温度太高，则金属表面就急剧地氧化，因此必须正确掌握加热时间。2．加焊锡的位置在烙铁和接合金属接触时，不管哪个位置，都加给极少量的焊锡，以便使烙铁和接合金属的热传导增加，成为均一的热平衡状态。然后，在加热点的对面加焊锡。回为焊锡有从温度低向温度高的地方流动的特性。要充分地利用这个性质进行作业，如图5所示：图5给焊锡的顺序图6焊接的外观和形状3.2.4.4焊锡的饱满程度焊接的外观和形状如图6所示。焊锡量的控制如图7所示，图中（a）为良好焊接，焊点饮满且左右成对称相似形，它的厚薄程度应能看出线筋的轮廓，能够形成半弓形状的凹面。在整个面上都很光亮，必须焊成有金属光泽的棱条，并且在接合处没有裂纹和气泡。如果焊锡过于饱满，则有可能将隐藏缺陷留在焊点中而影响焊接强度。（b）焊锡量过多且易掩盖焊点不良。（c）焊锡量不足，强度不够。焊锡薄得连线的轮廓都可以看出来半弓状的凹下圆滑的下底无裂纹气泡铜线焊锡端子半弓形凸下图7焊锡量3.2.5焊接前的准备为了得到良好的焊接点，线路板的被焊接点与元器件的引线及导线等一定要保持清洁。线路板的保存时间不宜过长，以防所涂的助焊剂发生变化，影响焊接质量。切勿用油手、汗手及其他油脂物弄脏线路板的焊接处，如果弄脏了，要用无水酒精擦拭干净，重涂助焊剂。适当加热烙铁，一般来说，烙铁头的温度在320℃以下时可以减少烙铁头的腐蚀。也可以在烙铁头上涂锡，可以延长使用时间，防止氧化。3.2.6电烙铁焊接操作工艺3.2.6.1准备将被焊件、电烙铁、烙铁架等准备好，并放置于便于操作的地方。焊接前要先将加热到能熔锡的烙铁头放在松香或蘸水海绵上轻轻擦拭，以去除烙铁头上的氧化物残渣；然后把少量的焊料和助焊剂加到清洁的烙铁上，让烙铁随时处于可焊接状态。3.2.6.2加热焊接点将烙铁头放置在焊接点上，使焊接点升温。如果烙铁头上带有少量焊料（可在清洁烙铁头时带上），可以使烙铁头的热量较快传到焊接点上，见图8（a）所示。3.2.6.3熔化焊料将焊点加热到一定温度后，用焊锡丝触到焊接件外，熔化适量的焊料。焊锡丝应从烙铁头的对称侧加入，而不是直接加在烙铁头上，见图8（b）所示。3.2.6.4移动烙铁头，拿开焊锡丝在焊接点上的焊料开始熔化后，应将依附在焊接点上的烙铁头根据焊接点的形状移动，以使熔化的焊料在焊剂的帮助下流布接点，并渗入被焊物面的缝隙。在焊接点上的焊料适量后，迅速移开焊锡丝，见图8（c）所示。3.2.6.5拿开电烙铁在焊接点上的焊料接近饱满，焊剂尚未完全挥发，也就是焊接点上的温度最适当，焊锡最光亮，流动性最强的时刻，迅速拿开电烙铁，见图8（d）所示。拿开电烙铁的时间、方向和速度，决定着焊接点的质量和外观。正确方法是：烙铁头沿焊接点水平方向移动，在将要离开焊接点时，快速往越小越好凸部回带一下，然后迅速离开焊接点。这样才能保证焊接点光亮、圆滑、不出毛刺。（a）（b）（c）（d）图8焊接步骤（a）加热焊接点（b）熔化焊料（c）移动烙铁头，拿开焊锡丝（d）拿开电烙铁以上介绍的焊接操作工艺，需要焊接人员熟练掌握和细心体会其中的要领。从焊接点拿开电烙铁这一步骤，是获得高质量焊接点的关键，更要十分熟练地掌握。对于比较容易焊接的一般焊接点，在连续焊接时，为了加快焊接速度，可将焊接步骤简化如下：将烙铁与焊锡丝同时移向焊接点。在快要接触焊接点时，用烙铁头熔化一段焊锡丝，然后迅速将烙铁头接触焊接点。接着将烙铁头在焊接点上移动，使熔化的焊料流布焊接点并渗入被焊物面的缝隙。最后迅速移开焊锡丝和拿开烙铁头，这几乎是同时完成的，但要注意移开焊锡丝的时间决不要迟于离开烙铁头的时间。在采用这种快速焊接法时，操作者要熟练掌握焊料的用量及焊接的时间，要在焊剂未完全挥发之前就完成烙铁头在焊接点上的移动有序拿开步骤，才能获得满意的效果。在焊接完了数个焊接点后，要及时检查焊接质量。发现质量不好的焊接点，要重新焊接。对一些较难焊接的焊接点，为