任务六手工焊接技术.docx

任务六 手工焊接技术

一、任务描述
培养学生的基本技能，让学生了解手工焊接工艺，掌握手工焊接技术，为以后电子装配实习项目的进行作充分准备。
二、教学模块
1、焊接基础知识。
2、手工焊接工艺。
3、印制电路的装接技术。
模块一 焊接基础知识
（一）、知识链接
所谓焊接通常可以分为熔焊、钎焊和接触焊三大类。其中钎焊是用加热熔化成液态的金属焊料把被焊接的固体金属连接在一起的方法，作为焊料的金属，其熔点要低于被焊接的金属材料。而按照使用焊料熔点是否超过450℃，钎焊又可分为硬焊和软焊两种。对于电子装配来说，通常采用铅锡焊料进行焊接，也称为锡焊，是软焊的一种。
1、焊料基础知识
焊料是一种熔点比被焊金属低，在被焊金属不熔化的条件下能湿润被焊金属表面，并在接触界面处形成合金层的物质。焊料按熔点可分为：软焊料、硬焊料；按材料可分为：锡铅合金焊料、银焊料、铜焊料。
（1）锡铅合金焊料
锡铅合金焊料俗称焊锡，通常在电子产品生产中用来进行焊接。焊锡有多种形状和分类，有块状、棒状、带状、丝状和粉末状。最常见的用于电子产品的是松脂芯焊锡丝，这种焊锡丝的轴向芯内注有助焊剂（松香粉末）。松脂芯焊锡丝的外径通常分0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.3、3.0mm等尺寸。
通常采用锡铅合金而非纯铅或纯锡作为焊料，主要有三个原因：
①降低熔点，便于使用
锡的熔点为232℃，铅的熔点为327℃，但把锡和铅熔成合金，配比达到共晶点时，其熔点最低可降至183℃。
②提高机械强度
锡和铅都是质地柔软、强度低的金属，两者熔为合金后机械强度会得到很大的改进。当合金中锡含量为65%时，强度最大（抗拉强度约为5.5kg/mm2；剪切强度约为4.0kg/mm2），约为纯锡的两倍。
③降低价格成本
锡是价格较高的金属，而铅相对较便宜，因此锡铅合金的价格比纯锡要便宜，在生产中可降低成本。
当然，对于焊接质量要求较高的场合，有时还会采用掺银焊锡（比例是锡60%、铅37%、银3%）。由于银对铜的扩散作用大，因此可在铜材料的表面形成稳定的合金层。如焊接较厚的铜板时，使用掺银焊锡就能避免焊锡脱落，焊接效果较好。

图3-6-1：锡铅合金状态图
（2）共晶焊料
根据锡铅合金焊料中锡、铅的不同配比，可以得到性能不同的合金焊料，这可以从锡铅合金状态图中了解。锡铅合金状态图把锡、铅的配比、状态与加热温度的关系绘制成金属状态变化的图形。
由图中可以看出：A点（纯铅）、C点（纯锡）、B点（易熔合金）是在单一温度下熔化的，而只有这三点，焊料可以直接由固态变为液态，或直接由液态变为固态；而其他配比的合金则是在一个温度区域内熔化，其上限（ABC线）称为液相线，下限（ADBC线）称为固相线；在两个温度线之间的是半液态区，焊料呈稠糊状。在B点，合金并不呈半液态，而是可由固态直接变为液态，故B点称为共晶点。按共晶点的配比（Sn:61.9%、Pb:38.1%）制成的焊锡称为共晶焊锡,共晶点的温度是183℃。当含锡量高于61.9%时，熔化温度升高、强度降低；当含锡量低于10%时，焊接强度差、接头发脆、焊料润滑能力差。因此，最理想的焊料是共晶焊锡。
共晶焊锡的优点是：焊点温度低，减少了元器件、印制电路板等被焊物体受热损坏的机会；在共晶点，焊锡直接由液态变为固态，可减少焊点冷却过程中由于元器件松动而出现的虚焊现象；共晶焊锡的抗拉强度比其他配比的焊料好。
（3）焊点的形成
一个良好的焊点，必须有足够的机械强度和优良的导电性能，而且要在短时间内形成，通常小于3秒钟。焊点形成的短时间内，焊料和被焊金属要经历三个变化阶段：
①熔化的焊料润湿被焊金属表面阶段；
②熔化的焊料在被焊金属表面扩展阶段；
③熔化的焊料渗入焊缝，在接触界面形成合金层阶段。
其中，润湿阶段最重要，没有润湿，焊接就无法进行。同样的焊接工艺条件下，焊料对各种被焊金属的润湿能力不同，会造成一些金属好焊而另一些金属不好焊。当然，被焊金属表面不清洁程度也会影响焊料对被焊金属的润湿能力，给焊接带来不利。
2、助焊剂
由于焊接是在空气中和高温下进行的，因此焊料和被焊金属表面必然会产生氧化层，从而阻碍焊接的完成。助焊剂是一种焊接过程中不可缺少的辅助材料，俗称焊剂，它能有效去除氧化物、清洁被焊金属表面，并防止焊接时再次氧化；还可以增加焊料的流动性，使焊点易于成形。
（1）助焊剂分类
常用助焊剂可分为：无机类、有机类和树脂类三种。无机类助焊剂，有盐酸、磷酸、氯化锌、氯化铵等，其化学作用大、腐蚀性强，虽活性非常好，但由于对被焊金属有较强的腐蚀性，且挥发气体对电路元件有破坏作用，故在电子设备中是禁用的。有机类焊剂，有甲酸、乳酸、乙二胺及松香焊剂等，其腐蚀性较小，有较好的助焊性能。而松香焊剂，因在电子设备的焊接中被广泛应用，甚至被另列为树脂类焊剂，与无机类、有机类焊剂并列为三种焊剂。
（2）松香特性
松香焊剂是典型的有机酸类焊剂，其主要成分是松香酸（约占80%）。在焊接时，松香酸和铜在加热的条件下（约170℃），生成松香酸铜。而松香酸铜在受热的条件下又会分解为活性铜和松香酸。活性铜与熔化的焊料中的锡反应，最终生成铜锡合金，从而完成了焊接。
松香酒精助焊剂是将松香溶于酒精之中，重量比为3：1。手工制作印制电路板时，常用松香酒精助焊剂在焊接面上涂一遍，待酒精挥发后，便留下一层松香，既可助焊有能防潮防腐。有时为改善松香焊剂的活性，还可添加适量的活性剂，如溴化水杨酸等。
电子设备中常用的松香酒精助焊剂在高于60℃时，绝缘性能会下降，焊接后的残渣对发热元件有较大的危害，甚至造成短路现象，因此焊接后要清除助焊剂的残留物。
3、阻焊剂
阻焊剂是一种耐高温的涂料，其作用是：使焊接只在需要焊接的焊点上进行，而将不需要焊接的部分保护起来。应用阻焊剂可以防止桥连、短路等情况的发生，并且可使焊点饱满，减少虚焊现象，提高焊接质量。
4、焊接工具
电子整机装配中常选用电烙铁作为焊接工具，电烙铁具有使用灵活、操作方便、适应性强，焊点质量容易控制，投资少等优点，因此被广泛使用。
（1）电烙铁的种类
电烙铁的种类很多，结构各有不同，但其基本结构都是由发热部分、储热部分和手柄部分组成的。发热部分：作用是将电能转换成热能；结构原理是在云母或陶瓷绝缘体上缠绕高电阻系数的金属材料（如镍铬合金丝），电流通过时产生热效应，将电能转换成热能，并将热能传递给储热部分。储热部分：就是烙铁头，它在得到发热部分传过来的热量后，温度上升并把热量积蓄起来。通常采用密度较大和比热较大的铜或铜合金做成烙铁头。手柄部分：一般用木材、胶木或耐高温塑料加工而成，手柄形状根据电烙铁功率和操作方式而定，应符合牢固、温升小、手感舒适等要求。
随着焊接技术的需要和不断发展，电烙铁的种类不断增加，除常用的内热式、外热式电烙铁外，还有恒温电烙铁、吸锡电烙铁、微型烙铁、超声波烙铁、半自动送料焊枪等多种类型。
①外热式电烙铁
外热式电烙铁外形如下图3-6-2所示。

a.外热式电烙铁 b.大功率外热式电烙铁
图3-6-2：外热式电烙铁外形图
作为电烙铁的核心部件，外热式烙铁芯是将电热丝平行地绕制在一根空心瓷管上，中间由云母片绝缘，引出两根导线与220V交流电连接，由于电烙铁芯安装在烙铁头外面，故称外热式。外热式电烙铁的特点是结构简单、价格便宜，但热效率低、升温慢、体积较大，而且烙铁的温度不能有效的控制。
电烙铁的规格一般是用电功率表示，常用外热式电烙铁的规格有30W、50W、75W、100W、150W等。功率越大，烙铁头的温度越高。
②内热式电烙铁
内热式电烙铁外形如下图3-6-3所示。

图3-6-3：内热式电烙铁外形图
内热式烙铁芯则是用电热丝缠绕在密闭的陶瓷管上组成，然后插在烙铁头里面，直接对烙铁头加热，故称内热式。内热式电烙铁特点是热效率高、升温快、体积小、重量轻、耗电低，由于烙铁头的温度是固定的，因此温度不能控制。常用规格有20W、30W、50W等。
③恒温式电烙铁
即烙铁头的温度可以控制，根据控制方式的不同，可分为电控烙铁和磁控烙铁。
磁控烙铁的结构如下图3-6-4所示。

图3-6-4：磁控烙铁的结构示意图
由于在恒温烙铁头内装有带磁铁式的控温元件，可控制通电时间。即电烙铁通电时，电烙铁的温度上升，当达到预定温度时，因加热器内强磁体传感器达到居里点而使磁性消失，此时开关磁性开关断开，停止向电烙铁供电。当温度低于强磁体传感器居里点时，强磁体便恢复磁性，磁性开关接通，继续向电烙铁供电，加热器又开始加热。如此循环反复，便可达到控制温度的目的。
由于恒温电烙铁断续加热，因此比普通电烙铁省电，且烙铁头始终保持在适于焊接的温度范围内，焊接不易氧化，可减少虚焊，提高焊接质量。由于温度变化范围小，电烙铁不会产生过热现象，从而延长了使用寿命，同时也能防止被焊接的元器件因温度过高而损坏。
（2）电烙铁的选用
选用电烙铁的主要依据是电子设备的电路结构形式、被焊元器件的热敏感性及使用焊料的特性等。一般从电烙铁的热性能考虑。
①电烙铁功率的选择
电烙铁上标出的功率，并不是它的实际功率，而是单位时间内消耗的电源能量。加热方式不同，相同瓦数的电烙铁的实际功率有较大的差别。因此，选择电烙铁的功率一般应根据：焊接工件的大小，材料的热容量、形状、焊接方法和是否连续工作等因素考虑。
a 焊接集成电路、晶体管及受热易损元器件，一般选20W内热式电烙铁或者25W外热式电烙铁。
b 焊接导线、同轴电缆时，应选用30~50W内热式电烙铁或45~75W外热式电烙铁。
c 焊接较大的元器件，如行输出变压器的引脚、金属底盘接地焊片等，应选用100W以上的电烙铁。
②电烙铁头的选用
电烙铁头的材料一般选用纯铜制作较好。为了适应不同焊接物的要求，所选烙铁头的形状也有所不同，有宽錾式、窄錾式、加长錾式、锥式、圆斜面式、凹口式、空芯式等。
（3）电烙铁的使用方法
电烙铁在通电加温前应先检查外观，观察其各部分是否完好，然后用万用表欧姆档测量电源线插头两端电阻，判断其是否有开路或短路现象。另外，电源线绝缘层不允许有破损，经检查一切正常后，即可通电加温。
若是新电烙铁，则在使用前必须对电烙铁头进行处理，具体方法是：先用锉刀将烙铁头按照需要锉成一定的形状，接通电源待电烙铁加热到刚好能熔化松香芯焊锡丝时，在烙铁头上涂上焊锡，当烙铁头的工作面上全部挂上一层焊锡后即可使用。用纯铜制造的烙铁头，在高温时容易氧化，需要经常进行修整、重新挂锡才能继续使用。
延长烙铁头的使用寿命，较简单的方法是将烙铁头加以锻打，以增加金属分子的密度。为进一步延长烙铁头的使用寿命，也可将烙铁头镀上铁或铁镍合金。使用这种带有耐腐蚀层的烙铁头时，一般不需要用锉刀修整烙铁头，而是用湿布或者湿海绵来回擦拭清洁烙铁头即可，也可在松香上擦洗。但要注意的是，擦洗应在电烙铁加热的状态下进行。
5、焊点形成的必要条件
（1）被焊金属的可焊性：与焊料形成合金的能力。
（2）被焊金属材料表面清洁：表面氧化物、污垢会阻碍焊点形成。
（3）合适的焊料和焊剂：易于形成合金、提高焊锡流动性。
（4）合适的焊接工具：能适应电路结构形式、被焊元件的热敏感性。
（5）合适的焊接温度：使被焊金属上升到焊接温度，便于形成合金。
（6）合适的焊接时间：既完成焊接，有不至于损坏焊接部位或元件。
6、焊点应具备的基本要求
（1）良好的导电性：形成合金
（2）一定的机械强度：先钩接、绞合，再焊接
（3）焊点表面光滑有光泽：掌握焊接温度与焊剂的使用
（4）焊点上的焊料要适量：少→强度差→氧化失效，多→易桥连、短路切成本上升
（5）焊点不应有空隙、毛刺：易造成高频电路的尖端放电
（6）焊点表面要清洁：污垢、焊剂残渣会降低电路的绝缘性
（二）、任务实施
1、准备工作
器件准备
220V 20W内热式电烙铁 松香焊剂
2、具体过程
（1）拆卸电烙铁并介绍其结构组成
（2）演示电烙铁的笔握法
（3）注意电烙铁的安全使用
(4)完成实习报告
（三）、探究与习题
1、让学生拆卸电烙铁对其结构进行认识。
2、完成手工焊接实习报告
（四）、自我反思
根据各自任务的完成情况，结合问题与探究，总结自己在任务完成过程中的得与失，并就出现的问题提出解决的方法，撰写学习报告。

遇到的问题
解决的办法（如未解决则准备如何处理）
已解决

未解决

（五）、教学评价
项 目
配分
评 分 标 准
扣 分
1
电烙铁结构介绍
50
介绍每部分结构组成及作用，错一次扣5分

2
电烙铁笔握手法
50
握电烙铁手法是否到位，手法错一次扣5分

安 全 文 明 生 产
违反安全文明生产规程扣5～30分

定额时间
2课时
每超过10分钟依次扣5分

开始时间

结束时间

实际时间

成 绩

注：每项最高扣分不超过该项的配分

模块二 手工焊接工艺
（一）、知识链接
1、手工焊接的基本步骤
准备→加热→加焊料→冷却→清洗
2、手工焊接的操作常识
（1）加热方法：被焊金属（元件引脚和电路板焊盘）同时加热

图3-6-5：手工焊接操作方法
（2）供料方法：
①一手拿焊料，一手拿烙铁加热；先加热，再加料。
②掌握供料时机，及时供料，使焊剂作用最佳。
③正确供料：先在烙铁头接触处供料，再向加热最远点供料。
④杜绝烙铁运载焊料，否则使焊料中的焊剂挥发，造成焊接缺陷。
（3）焊接步骤
①五步操作法
（步骤一）准备：认准焊点位置，烙铁、焊料靠近，随时可焊；
（步骤二）加热：烙铁头放在焊接点处，加热焊点；
（步骤三）加料：给焊点供料，熔化适量焊锡；
（步骤四）撤料：熔化适量焊锡后迅速拿开焊锡丝；
（步骤五）撤烙铁：焊锡的扩展范围达到要求后，拿开电烙铁，并注意撤离电烙铁的速度和方向，保持焊点美观。
②三步操作法
对于热容量叫嚣的焊件，手工焊接时应采用三步操作法。
（步骤一）准备：认准焊点位置，烙铁、焊料靠近，随时可焊；
（步骤二）放上烙铁头和焊锡丝：在被焊点两侧，同时放上烙铁头和焊锡，熔化适量的焊锡；
（步骤三）拿开烙铁头和焊锡丝：焊点形成后，拿开烙铁头和焊锡丝。注意拿开焊锡丝的时机，不得迟于电烙铁的撤离。
（4）四种手工焊接方法
手工焊接方法因焊接点的连接方式而定，根据焊接点的四种连接方式：绕接、钩接、搭接、插接，相应有四种焊接方法。其中插焊又分为直插焊和弯脚焊。
①绕焊：准备→绕头→焊接→整理。强度高、拆焊困难。
②钩焊：准备→钩接→焊接→整理。强度略低于绕焊、便于拆焊。
③搭焊：准备→搭焊→整理。强度较差、焊接简便，拆焊更方便。
④插焊：准备→钩接→焊接→整理。焊接方便、速度快、焊料省、便于拆焊。
a 直插焊：准备→插入→焊接→剪头→整理。
b 弯脚焊：准备→插入→弯头→剪头→整理。
3、手工拆焊的操作常识
电子设备由于调试或维修的原因，常常需要把元器件拆换掉。拆焊时，应注意避免损坏印制板和元器件。一般有分点拆焊和集中拆焊两种方法。
（1）分点拆焊法：逐个熔化焊点，逐个拆下元器件引脚的方法。如电阻、二极管等元件的两个引脚可分两次拆下。
（2）集中拆焊法：同时集中加热几个引脚焊点，或迅速交替加热两个以上焊点，一次性拆下元器件的方法，见图3-6-6。
拆下元件后，还应利用烙铁能带走多余焊料的特点，把被拆焊盘上的焊料拆卸干净，为再度焊接做好准备。

图3-6-6：集中拆焊操作方法

（二）、任务实施
1、准备工作
器件准备
220V 20W内热式电烙铁、MF-47型指针式万用表
2、具体过程
（1）准备：认准焊点位置，烙铁、焊料靠近，随时可焊；
（2）加热：烙铁头放在焊接点处，加热焊点；
（3）加料：给焊点供料，熔化适量焊锡；
（4）撤料：熔化适量焊锡后迅速拿开焊锡丝；
（5）撤烙铁：焊锡的扩展范围达到要求后，拿开电烙铁，并注意撤离电烙铁的速度和方向，保持焊点美观。
（三）、探究与习题
1、按照五步操作法或三步操作法进行手工焊接
2、对手工焊接好的电路板进行拆焊
（四）、自我反思
根据各自任务的完成情况，结合问题与探究，总结自己在任务完成过程中的得与失，并就出现的问题提出解决的方法，撰写学习报告。

遇到的问题
解决的办法（如未解决则准备如何处理）
已解决

未解决

（五）、教学评价

项 目
配分
评 分 标 准
扣 分
1
手工焊接
50
50个焊点，不符合焊接标准的每个扣1分

2
手工拆焊
50
50个焊点，不符合拆焊标准的每个扣1分

安 全 文 明 生 产
违反安全文明生产规程扣5～30分

定额时间
2课时
每超过10分钟依次扣5分

开始时间

结束时间

实际时间

成 绩

注：（1）标准：无论焊接或拆焊过程中要注意焊接的火候，避免铜皮脱落。焊点偏胖、瘦，拉尖、有毛刺，练习电阻色环安装方向不一致、电阻装接高度不统一，焊盘铜皮脱落均不合格，需扣除相应的分数，遇到实际困难可请老师示范指导。
（2）每项最高扣分不超过该项的配分

模块三 印制电路的装接技术
（一）、知识链接
1、印制板的插装准备
（1）元件装连前的引线成形
①元件引线弯曲成形时，应奖夹持工具夹持在元器件终端封接处到弯曲起点之间的某一点上，以减少传给元件的应力。
②元件成形工具必须表面光滑，使用时不应使元器件引线产生裂痕或损伤。
③自元器件终端封接处到弯曲起点之间的最小距离应大于1.5mm，弯曲半径应等于或大于二倍引线直径。
④扁平封装集成电路引线的成形最小弯曲半径应有两个引线厚度，终端封接点处到弯曲起点之间的最小距离为1mm。
⑤电子元器件壳体长度大于两个连接焊盘的安装间距时，元件可采用立式安装；反之，采用卧式安装。A≥2mm，R≥2d；在立式安装中h≥2mm，在立式安装中h≥2mm，卧式安装中0≤h≤2mm。见图3-6-7。

图3-6-7：轴向元件的立式、卧式安装图
2、一般元器件的插装方法
（1）插装元器件，应保证元器件上的标志易于识别。
（2）装连顺序原则上是先低后高（如：电阻、电感、二极管、三极管、集成电路，一般要求最后装接大规模集成电路）。
（3）0.5W以上的电阻一般不允许紧贴在印制板上装接，应根据其耗散功率大小，使其电阻壳体与印制板之间留有2～6 mm距离。
（4）元件弯脚插焊时，引线穿过板子后，折完方向应沿印制导线方向，紧贴连接焊盘，折弯长度不应超出焊接区边缘或有关规定的范围。
（5）印制板上每个焊盘只允许连接一根元件引线。
（6）导线和元件引脚伸出印制板长度一般为1.0～1.5 mm。
（7）对高频电路，元件应尽量靠近，连线与元件的引线尽量短，以减少分布电容。
（8）装连在印制板上的元器件不允许重叠，并在不必移动其他元件的情况下就可以拆装元件。
（二）、任务实施
1、准备工作
各种电阻、电池、交直流电源、MF-47型指针式万用表，印制电路板
2、具体过程
（1）印制板的插装准备；
（2）元器件的正确插装；
（三）、探究与习题
1、进行电阻的立式和卧式安装练习
2、一般元器件的熟练插装
（四）、自我反思
根据各自任务的完成情况，结合问题与探究，总结自己在任务完成过程中的得与失，并就出现的问题提出解决的方法，撰写学习报告。

遇到的问题
解决的办法（如未解决则准备如何处理）
已解决

未解决

（五）、教学评价
项 目
配分
评 分 标 准
扣 分
1
轴向元件立式安装
50
50个安装元件，不符合立式安装标准的每个扣1分

2
轴向元件卧式安装
50
50个安装元件，不符合卧式安装标准的每个扣1分

安 全 文 明 生 产
违反安全文明生产规程扣5～30分

定额时间
2课时
每超过10分钟依次扣5分

开始时间

结束时间

实际时间

成 绩

注：（1）标准：轴向元件立式安装要求偏差位朝上，弯圆弧，电阻根部距板面4CM，卧式安装要求偏差位在右边，元器件贴板安装，遇到实际困难可请老师示范指导。
（2）每项最高扣分不超过该项的配分。