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                      焊接基礎知識

                      更新日期:2020-12-18
                      摘要:

                      一、焊接的含義 焊接是利用比被焊接金屬熔點低的材料,與被焊接金屬一同加熱,在被焊接金屬不熔化的條件下,熔融焊料 […]

                      一、焊接的含義

                      焊接是利用比被焊接金屬熔點低的材料,與被焊接金屬一同加熱,在被焊接金屬不熔化的條件下,熔融焊料潤濕金屬表面,并在接觸面上形成合金層,從而達到牢固的連接的過程。

                      在焊接過程中,為什么焊料能潤濕被焊金屬?怎么樣才能得到可靠的連接?通過對焊接原理的分析,可以得到初步的了解。

                      一個焊點的形成要經過三個階段的變化:1、熔融焊料在被焊金屬表面的潤濕階段;2、熔融焊料在被焊金屬表面的擴展階段;3、熔融焊料通過毛細管作用滲透焊縫,與被焊金屬在接觸面上形成合金層。其中,潤濕是最重要的階段,沒有潤濕,焊接無法進行。

                      二、焊接的潤濕作用

                      任何液體和固體接觸時,都會產生程度不同的潤濕現象。焊接時,熔融焊料(液體)會程度不同地黏附在各種金屬表面,并能進行不同程度的擴展,這種粘附就是濕潤。潤濕得越牢,擴展面越大,潤濕得越好,反之,潤濕性不好或根本不濕潤。

                      為什么會產生潤濕程度的差異,其原因是液體分之(熔融焊料)與固體分子(被焊金屬)之間的相互引力(粘結力)大于或小于液體分子之間的相互引力(表面張力)決定的,即:

                      粘結力>表面張力,則濕潤;

                      粘結力<表面張力,則不濕潤。

                      根據上述原理,焊接時降低熔融焊料的表面張力,可提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。而降低焊料表面張力的最有效手段是:焊接時使用焊劑。

                      為了使焊料能迅速濕潤被焊金屬,必須達到金屬間的直接接觸,也就是說焊料和被焊金屬接觸面必須干凈,任何污染都會妨礙潤濕和金屬化合物生成。因此,保持清潔的接觸表面是潤濕必須具備的條件。但是金屬表面總是存在氧化物、油污等,因此焊接前對被焊金屬表面都要進行清潔處理。

                      三、焊點的形成

                      3.1焊點形成的作用力

                      ???一個焊點形成是多種作用力綜合作用的結果。在一塊清潔的銅板上涂上一層焊劑,并在上面放置一定的焊料,然后將銅板加熱到規定的溫度,焊料熔化后就形成了下圖的形狀。

                       

                      圖片6

                      圖片3

                      圖片2

                      ????????????????????????????????????????????圖 3-3

                       

                      (圖3-2)中可以看出,通過接觸角的大小,可以衡量焊料對被焊金屬潤濕性能的好壞,如圖3·3所示。

                      當θ<90°時COSθ?>0 ,濕潤

                      當θ>90°時COSθ?<0 ,不濕潤

                      當θ→0°時COSθ→1 ,完全濕潤

                      當θ→180°時COSθ→-1 ,完全不濕潤

                      一般來說,θ=20°~30°,為良好的潤濕,是合格的焊點。

                      從以上可以看出,焊點形成的優劣取決于焊料和焊劑的性能,以及被焊金屬的表面狀態,同時也取決于焊接工藝條件和操作方法。

                      3.2 焊點(合金層)的形成——金屬間擴散作用

                      ?????熔融材料潤濕被焊金屬時,會產生金屬間的擴散,從而在金屬接觸面上形成合金層,達到焊接的最終目的。

                      ?????任何金屬內部都不是完全致密的,在晶格內部或晶格界面上總存在一定數量的間隙或空穴。在正常情況下,金屬原子在晶格中都可以以其平衡位置為中心進行不停的熱運動,這種運動隨溫度的增高,其頻率和能量也逐步增高,當達到足夠的能量和溫度時,某些原子會克服周圍原子對它的束縛,脫離原來占據的位置,這種現象就是擴散。如進行銅和銅合金焊接時,在一定的工藝條件下,焊料中的錫原子和被焊金屬銅原子都會擴散到金屬接觸面,形成銅錫合金Cu5Sn6、Cu3Sn)。

                      金屬間的擴散速度和擴散量,與溫度和時間密切相關,因此,在焊接技術中,焊接溫度和焊接時間等工藝是保證焊接質量達到可靠連接的重要條件。

                      另外,焊接時能否形成合金層還取決于被焊金屬與焊料之間親和力的大小有關。親和力大,則生成金屬化合物(合金層);親和力小,則生成固溶體;親和力特別小,則生成混合物。這說明焊料潤濕被焊金屬與被焊金屬本身特性有關,在電子導電材料中,大多采用Cu、Au、Ag等材料和鍍層,就是為了提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。

                      四、提高焊接質量的對策

                      根據以上對焊接機理的分析,我們知道電子產品的焊接過程是一項復雜的物理化學變化過程,焊點的形成是綜合作用力的結果。由此,提高焊接質量的對策是:

                      • 必須保持一個清潔的接觸表面;
                      • 要想辦法降低焊料的表面張力;
                      • 要保持一定的焊接溫度和焊接時間;
                      • 要了解被焊金屬的表面特性。
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