焊接机器人与手工焊常见问题分析

1、焊接机器人与手工焊常见问题分析 1 焊接温度的上升与锡球、助焊剂的飞溅 往高温的烙铁头上供给含助焊剂的锡丝 （ 以后简称：锡丝 ） ，则锡 丝中的助焊剂会因受热膨胀而破裂。 这造成锡丝飞溅的原因之一。 众 所周知，跟以前的共晶锡丝相比，无铅锡丝的溶点高。然而，锡丝中 所含有的助焊剂会因为温度的升高而导致其活性降低的问题尚未受 到重视。 可以认为如果按无铅锡丝的溶点来提高烙铁头温度， 助焊剂 的活性反而会降低而失去作业性。 （ 注：开发用于焊接机器人的含助 焊剂的锡丝即使在高温下也不会失去活性力， 比用于手工焊的锡丝在 一定程度更具有耐热性。 ） 通常，烙铁头温度多被设定在 320340C上下，

2、比锡丝的溶点高 150C左右。此时，锡丝的温度若与室温一致视为25C，那么两者的 温度差则为300C以上。如果烙铁头温度设定为 400C，温度差就变 得更大，对锡丝的热冲击也就更大。我们做了以下实验，把烙铁头温 度分别设定为320C和400C,往烙铁头上送同量的锡丝，观察锡球、 助焊剂等飞溅程度。其结果如图 1、图 2所示。经观察，烙铁头温度 设定为400C，飞溅很明显地增加。由此可知，高温时的热冲击是造 成助焊剂及锡球飞溅的原因之一。 弗我 ： -TH 那么，应该如何去缓和此热冲击呢 ?为了防止锡丝的飞溅，虽然有把 锡丝送入V形槽的方法，但是在使用无铅锡丝时锡丝会迅速硬化， 所 以不能称之为

3、万全。因此，下面我们介绍通过加热锡丝从而减轻热冲 击的预热方法。图3为本公司的焊接机器人烙铁部中， 通过加热器 边加热一边送锡的照片 阳 ntsutt上皆餐忡倩片冃拱冃 如图所示，在对锡丝进行预热的情况下，我们做了相同的飞溅实验。 结果，与没有对锡丝进行预热时相比，具有很明显的差别。 比较图1与图4、图2与图5,可发现锡球、助焊剂的飞溅大量减少 了。由此可知，对锡丝进行预热后的飞溅量比没有预热时明显减少。 1呻曲川 MJ nuii K痔血WE血沾艸耐l羸雋 J. 1 iuriti Jv t 比孙JL g ; hl li小 UU41flOn HLH-4 TtHJHi 进行预热，可以防止温度的下降

4、。 另外，如果烙铁头与送锡部件相接触，烙铁头的热量就会被夺走而造 成温度下降。往烙铁头送锡，烙铁头的温度就会如图下降。 （图6）在 无铅焊接情况下，我们希望烙铁头温度的下降尽可能小。 通过对锡丝 2漏焊、短接等的对策氦气作业氛围 氮气作业氛围的焊接，通过使焊接氛围处于低氧状态、有抑制母 材及锡丝的氧化从而提高锡焊接品质的效果而被广泛采用。不管是焊 接机器人还是手工焊，通过利用氮气都达到了以下几个效果。其一， 焊点的光泽及切面变好，减少漏焊及短接等不良。其二，利用氮气可 以减少助焊剂的残渣。焊接机器人加工时通常使用含助焊剂的锡丝, 为了确保焊接品质，助焊剂的含有量通常为2%3%。多层基板等 中不

5、易渗透的通孔时也可能使用含 6%助焊剂的锡丝。在品质上，我 们希望焊接后的助焊剂残渣尽可能少。 其三，通过使用氮气可以使烙 铁头寿命延长2倍左右。这是因为在氮气作业氛围可以抑制烙铁头吃 锡面的氧化 3烙铁头氧化及助焊剂碳化的防止 焊接作业中氧化物及助焊剂的碳化物等会附在烙铁头上。在机器 人连续运行的情况下，尤其是烙铁头吃锡面的氧化会造成焊接的不良。 下面，我们通过能量分散型 X线来分析烙铁头前端附着物的成分。 根据图9,在使用共晶锡丝的烙铁头上，附着物中碳 C的含量比Sn 多，这些碳是锡丝中的助焊剂被碳化后析离出来的。与之相反，在使 用无铅锡丝时，附着物中Sn的含量比C多（见图10）。而这些锡

6、是从 无铅锡丝中含量为96%的锡在受热被氧化成氧化锡中析离出来的 * il! f能曲帖I 匹M外慢土附哥旃的血港甘竜贅X吒疔时.元関坊社：丸+ 使用无铅锡丝时，由于烙铁头附着物中含有大量的氧化锡， 因此可以 使用氮气等遮断氧气来降低氧化锡的产生从而减少附着物。 此烙铁头 附着物中含有大量的氧化锡，容易对焊接产生不良的影响。有效利用 氮气对防止锡氧化有显著的效果。 4烙铁头寿命的延长 最近经常听到这样的事：若把锡丝换成无铅锡丝，烙铁头的消耗 就加剧。这现象一般解释为烙铁头吃锡面被无铅锡丝中大量含有的锡 侵食的结果。实际测定后发现惊人的差异。 根据此实验，可以看出5千次后吃锡面被侵食导致烙铁头发生

7、变 形，见图11。到1万次后，烙铁头上就出现了空洞。与使用共晶锡 丝的情况相比，其消耗快了 23倍。其次，我们在往烙铁头定量送 锡的同时进行清洗的连续作业中， 测定了吃锡面厚度的变化量。通过 比较得知，使用无铅锡丝时吃锡面的消耗量，是使用共晶锡丝时的2 3倍。另外，也可以得出烙铁头温度越高消耗就越快的结论， 见图12 阳12基拽A ；=用与匚鸭五川農量 如果使用无铅锡丝，烙铁头的吃锡面以 23倍的速度消耗。还有烙 铁头温度越高消耗也就越剧烈。由此可知，从烙铁头的寿命观点出发， 过高的设定烙铁头温度并非上策。 5对产品的热影响 对于无铅化，担心的是对周边部件的热影响。今后，耐热材料、 零件的开发

8、也会不断发展，但是仍然会存在一些没有进行耐热处理或 很难进行耐热处理的部件。现在，焊接机器人、手工焊、半导体激光 等的锡焊接方法由于只对端子局部加热， 对周边部件和基板的热影响 很小，所以把附加焊变为部分焊的要求正在增加。图13、14使用机 器人对CC元件进行焊接时组件温度的测量结果。CCD元件的保护玻 璃是用粘合剂接合的，其耐热温度在 110C左右。如果在焊接时整个 元件的温度超过110C，粘合剂就会融化，因此在原则上元件的温度 必须保持在110C以下。产品名称：采用CCD元件；焊接个数：16个 作业点 M U 焊姑时 Ct nirtJKZ 实验中，在组件的上部2边分别接上热电偶，测量了机器人在焊接两 侧pin时的温度。此时，温度上升的最大值为104. 3C,对组件的 热影响限制在11CX以下。在此，我们列出的只是一个例