Lödning: Mekanism, gemensam design och applikationer

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om: - 1. Lödningsmekanism 2. Solders 3. Fluxes used 4. Joint Design 5. Applications.

Lödning är en process för att fästa material genom att värma dem till en lämplig temperatur och genom att använda ett fyllmedel, kallat lödmedel, med en vätska som inte överstiger 450 ° C och under basmaterialets solidus. Fyllmedelsflödet strömmar in mellan parningens ytor genom kapillärverkan för att bilda fogen. Loddet är normalt en icke-järn legering.

Styrkan hos en löddled är i huvudsak på grund av bildandet av en metallbindning, trots att vidhäftning och mekanisk fastsättning också spelar sina delar. Löddet verkar inte genom att smälta basmetallen men genom att lösa en liten mängd av det för att bilda ett skikt av intermetallisk förening. När lödförbandet påverkas håller det delarna ihop med samma attraktiva krafter mellan de intilliggande atomen som i fallet med någon fast metall.

Lödningsmekanism :

Lödningsprocessen innefattar tre nära besläktade faktorer, nämligen:

(i) Vätning,

(ii) Alloying och spridning, och

iii) Kapillärverkan och fyllning av leden.

(i) Vätning:

Det är egenskapen hos en vätska genom vilken den sprider sig över en fast yta. Vid lödning är det väsentligt att fluxen eller lödningen måste spridas över basytorna förenas. Om ett lödmedel inte våtar en yta så kan det lätt slås av och lämnar litet eller inget lödmedel som vidhäftar med basmetallen. Löddet som sprider ut och väger basmetallen kommer att producera en ljudfog mellan de två ytorna och kan bara avlägsnas genom skrapning eller arkivering.

Villkoren för att en vätska fullständigt blötlägger en fast yta är att kontaktvinkeln eller vätningsvinkeln, som visas i figur 17.1, borde vara noll. Vätskorna som inte våtar ytan ger en stor vätningsvinkel som visas i figur 17.2.

Vätningsvinkeln är sålunda ett mått på hur väl smältlödare kommer att blötlägga metallen och är den enskilt viktigaste faktorn för att visuellt bedöma lödningsprocessens effektivitet och basmetallens lödförmåga. Vätning är väsentligen en kemisk reaktion som äger rum när ett eller flera element av lödaren reagerar med att basmetallen löds för att bilda en förening. Värme tillhandahålls för att underlätta vätning.

Vanligen vätskesoldatare inte våta rena fasta metallytor. Tennledningsledare har t ex en kontaktvinkel på mellan 25 ° och 70 ° med stålytor, beroende på lödets sammansättning. Tenn kan emellertid legera med järn och om en film av tenn bildas på stålytan genom legering kommer tenn-blylödaren att blötlägga den. I allmänhet blöder en lödare en metallyta förutsatt att den bildar en intermetallisk förening med det fasta materialet eller den fasta metallen kan ta löddet i lösning.

Vätning hämmas av oxidskikt, varför nödvändigheten att avlägsna sådana lager för framgångsrik lödning. God vätning är en önskvärd egenskap i ett lödmedel för att göra lödflödet jämnt, snabbt och kontinuerligt till fogöppningen.

Vätning är emellertid inte ett absolut nödvändigt krav för bildandet av ett bindemedel, vilket framkallas av det faktum att även om stål inte fuktas med bly men om smält bly får stelna i kontakt med renoxidfri stålyta resulterar detta i en starkt bunden löddetråd.

(ii) Alloying and Spreading:

Förmågan hos en lödare att legera med basmetallen är relaterad till dess förmåga att vätma ytan. Alloying är relaterad till grundmetallens renhet. Det måste finnas en intim kontakt mellan lödmetall och grundmetall för legering att inträffa vid gränssnittet och detta uppnås genom rengöring och användning av ett flussmedel för att avlägsna oxidfilmen från ytan av basmetallen / metallerna som skall förenas.

Alloying hjälper också till att sprida sig eftersom om vätskesolaren löser sig i det fasta materialet kan den diffundera under oxidskiktet och lossna det och därigenom styra flödet av smältlödd över hela ytan. Karaktäristiken och graden av spridning beror på grundmetallens natur, temperaturen, närvaron eller frånvaron av flöde, metallytans grovhet och dess oxidationsgrad.

I vissa fall som tennslagsdämpare som sparar mindre än 30% tenn etableras jämviktsförhållandena snabbt med mycket liten spridning. Med högre tennlegeringar är initialspridningen emellertid följd av en sekundär spridning som äger rum under en betydande tidsperiod. Den maximala spridningen av tennslangdämpare sker med legeringar nära eutektisk temperatur och i praktiskt lödande har sådana legeringar de bästa flödesegenskaperna.

Basmetalltexturen med sammankopplande kanaler bidrar till att sprida löddet genom kapillärverkan. Sidodiffusion från sådana kanaler bidrar till snabb spridning av bulkvätskan på grund av bildandet av diffusionsbindning.

iii) Kapilläråtgärd och gemensam fyllning :

Det sätt på vilket en lödare kommer att fylla utrymmet mellan de två parningsytorna påverkar dess gemensamma fyllningsförmåga och graden till vilken ytfelektionerna är fyllda. Fluiditeten hos den smälta lödaren måste vara sådan att den kan strömma in i de smala utrymmena genom kapillärverkan. I övrigt kommer det smälta löddet att strömma till ett längre avstånd men vid en lägre flödeshastighet, eftersom separationen av ytorna reduceras.

Huvudfaktorerna som påverkar effektiviteten hos gemensam fyllning innefattar vätningsvinkeln mellan löddet och grundmetallen, mellanrummet mellan de två ytorna som skall sammanfogas, uppvärmningshastigheten och dess jämnhet, temperatur, naturen hos det använda lödet och användningen av flöde.

Upplösningen för lätta metaller som aluminium och magnesium är betydligt större (0, 125 - 0, 625 mm) än för kopparlegeringar (0, 05-0, 40 mm). Om olösligheten av lödmetall och föräldermetall är ett problem kan små röjningar leda till överdriven kontaminering, ökning av smältpunkten och förmognad stelning. Ett sådant tillstånd kan åtgärdas i stor utsträckning genom snabbare uppvärmningshastigheter.

Ojämn uppvärmning leder till oregelbunden fyllning av klyftan vilket leder till dåliga kvalitetsfogar. Raka leder är svåra att värma jämnt, varför krökformiga leder föredras, där det är möjligt.

Lösningens sammansättning och fluxens beskaffenhet påverkar avsevärt kopplingsförmågan och kvaliteten på löddet.

Solders:

Generellt används solvaror som används i industrin av tennledningssystemet. De flesta metallerna kan förenas av dessa soldater och de har bra korrosionsbeständighet mot de flesta medier. Beroende på basmetallens kompatibilitet kan flussmedel av alla slag användas med dessa soldrar. Medan man hänvisar till dem är det vanligt att referera till tenninnehållet först, sålunda är 60/40 lödmetall 60% tenn och 40% bly. Smältpunkterna och solidifieringsbeteendet hos tinnbladsdämpare kan bäst representeras av deras fasdiagram som visas i figur 17.3 A.

Fig. 17.3A Metallurgiskt jämviktsdiagram för tennledningssystemet

ASTM-numret, den nominella sammansättningen, smältintervallet och typiska tillämpningar av olika tennsladddämpare summeras i tabell 17.1. Löddvalet är baserat på dess förmåga att våta ytan av metallen / metallerna som förenas och för ekonomi bör klassen som innehåller den minsta mängden tenn som tillhandahåller lämpliga vätnings- och fyllningsegenskaper användas.

Bortsett från de populära tennslangdämparna används även andra soldater med sikte på att uppnå önskade egenskaper för specifika applikationer. Några av dessa system innefattar tennantimon, tennantimon-bly, tenn-silver, tenn-bly-silver, tenn-zink, kadmium-silver, kadmium-zink, zink-aluminium, indiumlödda och vismutsinnehållande soldater som är kända mer populärt som "smältbara legeringar".

Sammansättningen, smältnings- och fryspunkterna och de specifika användningarna av de viktiga soldaten i dessa system registreras i tabell 17.2 och kan användas som breda riktlinjer.

Fluxer som används vid lödning:

Ett lödningsflöde kan vara en flytande, fast eller gasformig produkt som vid upphettning kan främja vätning av metaller av soldater. Dess funktion är att avlägsna oxider och andra ytföreningar från ytorna som ska lödas genom att förskjuta eller lösa dem. Det bör ha en lägre gravitation än löddet så att det kan förskjutas av löddet i fogen.

Lödningsflöden kan klassificeras i fyra grupper, nämligen mest aktiva oorganiska flöden, måttligt aktiva organiska flöden, de minst aktiva kolofonflödena och speciella flöden för specifika tillämpningar. De flesta av dessa flöden finns i form av tråd, vätska, pasta eller torrt pulver.

1. Oorganiska flöden:

Dessa flöden består av oorganiska syror och salter som är starkt frätande och resulterar i snabb och högaktiv flödesverkan. De kan appliceras som lösningar, pastaer eller torra salter. De kan användas för högtemperaturlödningstillämpningar eftersom de inte brinner eller charkar. Resterna av dessa flöden förbli emellertid kemiskt aktiva efter lödning och följaktligen måste åtgärder vidtas för att effektivt avlägsna dem.

Oorganiska flöden som innehåller ammoniaksalter kan leda till spänningskorrosionssprickning vid lödning av mässing. Lödning av stål kräver ett zinkkloridflöde som lämnar bakom mycket frätande rester. En lösning av zinkklorid i saltsyra som används vid lödning av rostfritt stål är ännu mer frätande. Återstoden av dessa flöden måste tvättas ordentligt.

2. Organiska flöden:

De viktigaste beståndsdelarna i organiska flöden är organiska syror och baser och vissa av deras derivat, såsom hydrohalogenider. De används i temperaturområdet 90 till 320 ° C över vilka de sönderdelas genom värme som lämnar bakom inaktiv rest.

Organiska flöden används bäst i beräknade kvantiteter så att de kan utnyttjas fullständigt genom volatilisering, bränning eller charring så att inga aktiva beståndsdelar lämnas kvar. Odelat flöde får inte komma i kontakt med isolerande ärmar och försiktighet måste vidtas vid lödning i slutna utrymmen så att rökgasen inte kondenserar på kritiska delar av aggregatet.

3. Rosinflöde:

Ett icke-frätande kolofoniumflöde kan framställas genom upplösning av vittvitt kolofonium i ett lämpligt organiskt lösningsmedel, till exempel petroleum-ande. Rosin består huvudsakligen av abietinsyra som blir aktiv vid lödningstemperaturen 175 till 315 ° C men återgår till sin inerta, icke-frätande form vid kylning.

Därför finner man omfattande användning i radio och elektroniskt arbete där effektiv rengöring efter lödning är svår. Olika organiska föreningar användes blandade med kolofonium, till exempel hydroklorid av glutaminsyra och hydrazinhydrobromid.

Dessa flöden sönderdelas vid lödningstemperaturer som lämnar bakom hårda, icke-hygroskopiska, elektriskt icke-ledande och icke-frätande rester, som om så önskas lätt kan tvättas bort med vatten. De finner omfattande användning inom elindustrin.

Mer flytande, 50/50 eller 60/40 tennsladddämpare används normalt med icke-frätande kolofoniumflöde.

Mildt aktiverade kolofoniumflöden är föredragna för militär-, telefon- och andra elektroniska högkvalitativa elektronikprodukter, medan mer aktiverade kolofoniumflöden finner stor användning i kommersiella elektroniska och viktiga tillämpningar där noggrann rengöring efter lödning kan säkerställas.

4. Särskilda flöden:

Reaktionsflöden som används för lödning av aluminium verkar genom att ersätta oxidfilmen genom att avsätta en metallfilm på arbetsytan genom sönderdelning.

Vissa soldater finns också med fluxen i kärnan. Mängden fluss i kärnan kan variera från 0-5 till över 3-0%, 2-2% är den vanligaste. Rosin-Cored och Acid-Cored-solvaror är också tillgängliga och används för respektive elektriskt arbete och plåt.

Gemensam design för lödning:

Soldater har relativt låg styrka jämfört med de metaller som de är skyldiga att gå med. Det är därför önskvärt att designa lödda leder så att de sammanlåses mekaniskt, vilket kräver att lödaren fungerar som ett tätnings- och bindemedel.

De två grundläggande typerna av lödda leder är knäfoget och stötfogen. Fig. 17.3B visar de typiska lödda lederna som inkluderar låsad söm, fastspänd skott och ett skottled i ett rör. Lap-typ gemensam bör föredras när det är möjligt, eftersom det ger möjlighet till maximal styrka.

Komplexa lödda leder kan göras genom manuell lödning, men för processen med automatiserad flussning, lödning och efterrengöring måste de valda mönstren vara relativt enkla, vilket ger tillgänglighet till fogen.

Kapillärverkan är en viktig faktor vid lödning. Det är viktigt att ge optimal clearance mellan de delar som ska lödas så att fluss kan dras in i mellanrummet genom kapillärverkan. Gemensam clearance mellan 0 07 och 0-12 mm föredrages därför för de flesta lederna för att uppnå maximal styrka men i vissa specifika fall som lödning av förbelagd metall ger clearance så låg som 0 025 mm den önskade hållfastheten. Överdriven clearance kan leda till oekonomiska lödda leder.

Tillämpningar av lödning:

Bortsett från de specifika tillämpningarna av olika lödningsmetoder som beskrivits tidigare, t.ex. koppling av radiatorkärnor, VVS, elektronisk industri, inklusive radio, TV och datorer, elektrisk industri för anslutning av ledningar och kablar till lugs och många fler.

Det kan sägas att lödning i allmänhet vanligtvis används för att lätt täta fogar, öka styvhet och förbättra elektrisk ledningsförmåga. Det kan ibland vara nödvändigt att bero på sin draghållfasthet, men soldater är bättre kända för sin duktilitet i stället för styrka. Men om noggrann fyllning uppnås kan överraskande höga värden av fasthållighet erhållas. Vidare finner lödningen sig också för tätning av tillverkade leder som hålls ihop av nitar, punktsvetsar eller andra mekaniska medel.