Lodning: Mekanisme, fælles design og applikationer

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Løsningsmekanisme 2. Solders 3. Fluxes used 4. Joint Design 5. Applications.

Lodning er en proces med at forbinde materialer ved at opvarme dem til en passende temperatur og ved at anvende et fyldstof, kaldet loddemetal, med en væske på ikke over 450 ° C og under basismaterialets solidus. Fyldningsmetallet strømmer ind mellem parringsfladerne ved kapillarvirkning for at danne leddet. Loddet er normalt en ikke-jernholdig legering.

Styrken af ​​et loddet led er i det væsentlige på grund af dannelsen af ​​en metalbinding, selvom vedhæftning og mekanisk fastgørelse også spiller deres dele. Loddet fungerer ikke ved smeltning af basismetalet, men ved opløsning af en lille mængde af det til dannelse af et lag af intermetallisk forbindelse. Når loddemidlet er påvirket, holder det sammen de samme attraktive kræfter mellem de tilstødende atomer som i tilfælde af et fast metal.

Loddemekanisme :

Løsningsprocessen involverer tre nært beslægtede faktorer, nemlig:

(i) befugtning

(ii) Legering og spredning, og

iii) kapillarvirkning og påfyldning af leddet

(i) befugtning:

Det er egenskaben af ​​en væske, hvormed den spredes over en fast overflade. Ved lodning er det afgørende, at fluxen eller loddet skal spredes over bundfladerne, der er forbundet. Hvis en loddemetal ikke våd en overflade, kan den let slås af og efterlader lidt eller ingen loddemasse, der klæber til basismetal. Loddet, der spredes ud, og wets det grundlæggende metal vil producere en lydforbindelse mellem de to overflader og kan kun fjernes ved skrabning eller arkivering.

Tilstanden for en væske til fuldstændigt at vådte en fast overflade er, at kontaktvinklen eller fugtningsvinklen vist i figur 17.1 skal være nul. De væsker, der ikke våder overfladen, gør en stor befugtningsvinkel som vist i figur 17.2.

Væskevinklen er således et mål for, hvor godt smeltet loddemetal vil vådte metalet og er den enkelt vigtigste faktor ved visuelt at dømme effektiviteten af ​​loddeprocessen og loddemåden af ​​basismetal. Fugtning er i det væsentlige en kemisk reaktion, som finder sted, når et eller flere elementer af loddet reagerer med at basemetallet loddes til dannelse af en forbindelse. Varme leveres til at lette befugtningen.

Almindeligvis flydende solstråler er ikke våde rene faste metaloverflader. For eksempel har tin-led-soldere en kontaktvinkel på mellem 25 ° og 70 ° med ståloverflader afhængigt af loddets sammensætning. Imidlertid er tin i stand til legering med jern, og i tilfælde af at der dannes en tinfilm på ståloverfladen ved legering, vil tin-bly loddet blive vådt. Generelt vil et loddemetal vådte en metaloverflade, forudsat at den danner en intermetallisk forbindelse med det faste stof eller det faste metal kan tage loddet i opløsning.

Fugtning hæmmes af oxidlag, hvorfor det er nødvendigt at fjerne sådanne lag for vellykket lodning. God befugtning er en ønskelig egenskab i et loddemetal for at gøre loddet flydende jævnt, hurtigt og kontinuerligt til fællesåbningen.

Fugtning er imidlertid ikke et absolut nødvendigt krav til dannelse af en binding, hvilket fremgår af det faktum, at selvom stål ikke befugtes med bly, men hvis smeltet bly får størkne i kontakt med renoxidfri ståloverflade, resulterer dette i en stærkt bundet loddet led.

(ii) Legering og spredning:

Loddets evne til legering med basismetal er relateret til dens evne til at væde overfladen. Legering er relateret til renheden af ​​basismetal. Der skal være tæt kontakt mellem loddemetal og basismetal til legering ved grænsefladen, og dette opnås ved at rengøre og anvende en flux for at fjerne oxidfilmen fra overfladen af ​​de (de) basemetaller, der skal forbindes.

Alloying hjælper også med at sprede, fordi hvis væskesolderen opløses i det faste stof, kan den diffunderes under oxidlaget og løsne det og således styre strømmen af ​​smeltet loddemateriale over hele overfladen. Karakteristika og graden af ​​spredning afhænger af grundmetallets natur, temperaturen, tilstedeværelsen eller fraværet af flux, metaloverfladenes grovhed og dets oxidationsgrad.

I nogle tilfælde som tin-lead-soldere, der sparer mindre end 30% tin, etableres ligevægtsbetingelserne hurtigt med meget lidt spredning. Med højere tinlegeringer er startspredningen imidlertid efterfulgt af et sekundært spredning, der finder sted over en betydelig tidsperiode. Den maksimale spredning af tin-bly soldere forekommer med legeringer tæt på eutektisk temperatur og i praktisk lodning har sådanne legeringer de bedste strømningsegenskaber.

Grundmetaltekstur med sammenkoblingskanaler hjælper med at sprede loddet ved kapillarvirkning. Lateral diffusion fra sådanne kanaler hjælper med hurtig spredning af bulkvæsken på grund af dannelsen af ​​diffusionsbinding.

iii) Kapillær handling og fælles fyldning :

Den måde, hvorpå et loddemetal vil fylde mellemrummet mellem de to parringsflader påvirker dets fælles fyldningskapacitet og graden, hvormed overfladens ufuldkommenheder er fyldt. Fluiditeten af ​​den smeltede loddemetal skal være sådan, at den kan strømme ind i de smalle rum ved kapillarvirkning. Ellers vil den smeltede loddemasse strømme til en længere afstand, men ved en lavere strømningshastighed, da adskillelsen af ​​overfladerne reduceres.

De vigtigste faktorer, der påvirker effektiviteten af ​​fælles fyldning, omfatter befugtningsvinklen mellem loddet og basismetalet, afstanden mellem mellem de to overflader, der skal tilsluttes, opvarmningshastighed og dens ensartethed, temperatur, anvendte loddemåder og anvendelse af flux.

Opklaringen for lette metaller som aluminium og magnesium er væsentligt større (0, 125-0, 625 mm) end for kobberlegeringer (0, 05-0, 40 mm). Hvor uopløselighed af loddemetal og forældremetall er et problem, kan små rydninger føre til for stor forurening, forøgelse af smeltepunkt og for moden størkning. En sådan tilstand kan i høj grad afhjælpes ved hurtigere opvarmning.

Ujævn opvarmning fører til uregelmæssig påfyldning af spalten, der fører til dårlige kvalitetsled. Rette samlinger er vanskelige at opvarme jævnt. Derfor foretrækkes krøllede led, hvor det er muligt.

Sammensætning af soldere og arten af ​​den anvendte flux påvirker kraftigt fyldningskapaciteten og kvaliteten af ​​loddet.

Loddetin:

Generelt er solfangere anvendt i industrien af ​​tin-bly-systemet. De fleste metaller kan forbindes af disse soldere, og de har god korrosionsbestandighed overfor de fleste medier. Afhængig af grundmetallets kompatibilitet kan flusser af alle typer anvendes sammen med disse soldere. Under henvisning til dem er det sædvanligt at henvise til tinindholdet først, således at 60/40 loddetråd er 60% tin og 40% bly. Smeltepunkterne og størkningsadfærden af ​​tin-bly-soldere kan bedst repræsenteres ved deres fasediagram vist i figur 17.3 A.

Fig. 17.3A Metallurgisk ligevægtsdiagram for tin-bly-systemet

ASTM-nummeret, den nominelle sammensætning, smelteområdet og typiske anvendelser af forskellige tin-bly-soldere er opsummeret i tabel 17.1. Loddeudvælgelsen er baseret på dens evne til at vådte overfladen af ​​metallet / metalene sættes sammen, og for økonomien skal den klasse, som indeholder den mindste mængde tin, der tilvejebringer passende befugtnings- og påfyldningsegenskaber, anvendes.

Bortset fra de populære tin-bly soldere, er andre solister også ansat med henblik på at opnå de ønskede egenskaber til specifikke applikationer. Nogle af disse systemer omfatter tin-antimon, tinantimon-bly, tinsølv, tin-bly-sølv, tin-zink, cadmium-sølv, cadmium-zink, zink-aluminium, indiumsoldere og de vismutsholdige solgte mere kendt populært som "smeltbare legeringer".

Sammensætningen, smeltepunktet og frysepunktene og de specifikke anvendelser af de vigtige soldere i disse systemer registreres i tabel 17.2 og kan anvendes som brede retningslinjer.

Fluxer anvendt ved lodning:

En loddeflux kan være et flydende, fast eller gasformigt produkt, der ved opvarmning er i stand til at fremme befugtning af metaller af soldere. Dens funktion er at fjerne oxider og andre overfladeforbindelser fra overfladerne, der skal loddes ved at fortrænge eller opløse dem. Det skal have en lavere gravitation end loddet, så det kan forskydes af loddet i leddet.

Loddeflusser kan klassificeres i fire grupper, dvs. mest aktive uorganiske fluxer, moderat aktive organiske flusser, de mindst aktive kolofonstrømninger og specielle fluxer til specifikke anvendelser. De fleste af disse fluxer er tilgængelige i form af wire, væske, pasta eller tørpulver.

1. Uorganiske flukser:

Disse fluxer består af uorganiske syrer og salte, der er yderst ætsende og resulterer i hurtig og meget aktiv fluxfunktion. De kan anvendes som opløsninger, pastaer eller tørre salte. De kan bruges til høj temperatur lodning applikationer, da de ikke brænder eller char. Resterne af disse strømninger forbliver imidlertid kemisk aktive efter lodning, og derfor skal der træffes foranstaltninger for at fjerne dem effektivt.

Uorganiske fluxer indeholdende ammoniaksalte kan medføre spændingskorrosionsspredning ved lodning af messing. Lodning af stål kræver en zinkchloridflux, der efterlader meget ætsende rest. En opløsning af zinkchlorid i saltsyre, der anvendes til lodning af rustfrit stål, er endnu mere ætsende. Resten af ​​disse strømninger skal vaskes grundigt.

2. Organiske flukser:

De vigtigste bestanddele af organiske fluxer er organiske syrer og baser og nogle af deres derivater, såsom hydrohalogenider. De anvendes i temperaturområdet 90 til 320 ° C, over hvilke de nedbrydes ved varme, der efterlader inaktiv rest.

Organiske fluxer anvendes bedst i beregnede mængder, så de fuldt ud kan opbruges ved volatilisering, brænding eller charring, således at ingen aktive bestanddele efterlades. Ikke-komprimeret flux bør ikke komme i kontakt med isolerende ærmer, og der skal tages omhu ved lodning i lukkede rum, således at dampene ikke kondenserer på kritiske dele af aggregatet.

3. Rosin Fluxes:

En ikke-ætsende kolofoniumstrøm kan fremstilles ved at opløse vandhvitt kolofonium i et egnet organisk opløsningsmiddel, for eksempel petroleumsånd. Rosin består hovedsagelig af abietinsyre, der bliver aktiv ved lodningstemperaturen på 175 til 315 ° C, men vender tilbage til sin inerte, ikke-ætsende form ved afkøling.

Det finder derfor omfattende anvendelse i radio og elektronisk arbejde, hvor effektiv rengøring efter lodning er vanskelig. Forskellige organiske forbindelser anvendes blandet med kolofonium, for eksempel hydrochlorid af glutaminsyre og hydrazinhydrobromid.

Disse strømninger dekomponerer ved lodningstemperaturer, der efterlader hårde, ikke-hygroskopiske, elektrisk ikke-ledende og ikke-ætsende rester, som om nødvendigt kan vaskes let af med vand. De finder omfattende anvendelse inden for elindustrien.

Flere væsker, 50/50 eller 60/40 tin-bly-soldere, anvendes normalt med ikke-ætsende kolofonium.

Mildt aktiverede kolofoniumoxider foretrækkes til militær-, telefon- og andre elektroniske produkter med høj pålidelighed, mens mere aktiverede rosinflusser finder omfattende anvendelse i kommercielle elektroniske og vigtige anvendelser, hvor grundig rengøring efter lodning kan sikres.

4. Særlige flukser:

Reaktionsstrømninger anvendt til lodning af aluminium virker ved at erstatte oxidfilmen ved at deponere en metallisk film på arbejdsfladen ved deres nedbrydning.

Nogle soldater er også tilgængelige med fluxen i sin kerne. Mængden af ​​flux i kernen kan variere fra 0-5 til over 3-0%, 2-2% er den mest almindelige. Rosin-Cored og Acid-Cored soldere er også tilgængelige og anvendes til henholdsvis elektrisk arbejde og metalplader.

Fælles design til lodning:

Soldater har relativt lav styrke i forhold til de metaller, som de skal deltage i. Det er derfor ønskeligt at designe loddeforbindelser, således at de sammenlåses mekanisk, hvilket kræver loddet at virke som et tætnings- og bindemiddel.

De to grundlæggende typer loddet led er lap joint og butt joint. Fig. 17.3B viser de typiske loddeforbindelser, som indbefatter låst søm, fastspændt skød og en skæreforbindelse i et rør. Lap type joint bør foretrækkes, når det er muligt, da det giver mulighed for maksimal styrke.

Komplekse loddeforbindelser kan laves ved manuel lodning, men for processen, der anvender automatiseret fluxning, lodning og efterrengøring, skal de valgte design være forholdsvis enkle, hvilket giver adgang til leddet.

Kapillær handling er en vigtig faktor ved lodning. Det er vigtigt at tilvejebringe optimal afstand mellem de dele, der skal loddes, således at flux kan trækkes ind i mellemrummet ved kapillarvirkning. Fælles klaring mellem 0 07 og 0-12 mm foretrækkes derfor for de fleste ledd for at opnå maksimal styrke, men i nogle specifikke tilfælde som lodning af forcoated metal giver clearance så lav som 0 025 mm den ønskede styrke. Overdreven klaring kan resultere i uøkonomiske loddeforbindelser.

Applikationer af lodning:

Bortset fra de specifikke anvendelser af forskellige loddemetoder, der er beskrevet tidligere, f.eks. Sammenkobling af bilstrålerørkerner, VVS, elektronisk industri, herunder radio, tv og computere, elektrisk industri for sammenføjning af ledninger og kabler til lugs og mange flere.

Det kan siges, at lodning i almindelighed almindeligvis anvendes til let tætning af leddene, tilføj stivhed og forbedre elektrisk ledningsevne. Det kan nogle gange være nødvendigt at afhænge af dens trækstyrke, men soldere er bedre kendt for deres duktilitet i stedet for styrke. Men hvis omhyggelig påfyldning opnås overraskende kan der opnås høje værdier af fasthed. Desuden finder lodning også sin anvendelse til forsegling af sammensatte samlinger, der holdes sammen af ​​nitter, punktsvejsninger eller andre mekaniske midler.