焊接原理
潤濕
潤濕是焊接行為中的主角,其接合即是利用液態(tài)焊錫潤濕在基材上而達到接合的效果,這種現(xiàn)象正如水倒在固體表面上完全一樣,不同的是當(dāng)溫度降低后,焊錫凝固而形成焊接點。當(dāng)焊錫潤濕在基材上時,兩者之間以化學(xué)鍵結(jié)合,而形成一種連續(xù)性的結(jié)合。但在實際情況下基材常因受空氣及周邊環(huán)境的侵蝕,而會有一層氧化層。氧化層會阻擋焊錫而無法達到好的潤濕效果,其現(xiàn)象正如水倒在滿是油脂的盤上,水只聚集在部分地方,無法全面均勻分布在盤子上。如果我們未能將氧化層除去,即使勉強沾上焊錫,其結(jié)合力量也是非常弱的。一涂有油脂的金屬薄板浸到水中,沒有潤濕現(xiàn)象,不管它上面所涂的油脂多薄,它可能完全看不到,但水會成球狀的水滴,一搖即掉。因此,水并未潤濕或粘在金屬薄板上。如將此金屬薄板放入清洗劑中加以清洗,并小心地干燥。再把它浸入水中,液體將完全地擴散到金屬薄板的表面而形成一薄、均勻的膜層,再怎么搖也不會掉,即它已經(jīng)潤濕了此金屬薄板。因此,當(dāng)焊錫表面和金屬表面也很干凈時,焊錫一樣會潤濕金屬表面。其清潔水準的要求比水于金屬板上還要高很多,因為焊錫和金屬之間必需是緊密的連接。而極薄的氧化層也將防礙金屬表面上焊錫的潤濕作用。
助焊劑的作用就像溶劑對涂有油脂的金屬薄板一樣,溶劑去除油脂,讓水潤濕金屬表面和減少表面張力。助焊劑的功能為
(1)清除金屬表面氧化物,
(2)降低焊錫表面張力,增加其擴散能力。潤濕的熱動力平衡當(dāng)焊錫潤濕在基層金屬上,靜止下來時,亦即是力平衡的狀態(tài)。下圖是焊錫力平衡狀態(tài)圖。
由上圖得知PSF=PLS +PLF·COSθ
PSF表示在基底金屬和助焊劑流體之間的界面張力;
PLS表示熔化焊料與基底金屬的界面張力;
PLF表示在熔化焊料和助焊劑流體之間的界面張力;
θ表示液態(tài)焊料和基板之間的接觸角。
當(dāng)焊錫滴在固體表面呈圓球時PSF>PLS +PLF·COSθ,此時開始擴散,θ角度逐漸變小,PLE·COSθ值變大,直到力量平衡為止。
1.>90°,如果整個系統(tǒng)力量達到平衡時θ>90°,則表示PSF的值小,亦即其液體的擴散力差.
2.90°>θ>M,我們稱為邊際潤濕(marginal wetting)。通常的M>75°,這種潤濕也是不能接受的潤濕。
3.θ<M,此種稱為良好潤濕(good wetting)。M值要求低于75°。
由上述說明角度越小表示潤濕越好,采用化學(xué)和物理方法。兩者都可獲得很低的θ值。物理方法是在焊接過程中,處理所要焊接材料
的表面張力。原則上采用:(1)低表面張力的助焊劑,(2)低表面張力的焊料。