焊接機器人與手工焊常見問題分析

1、焊接機器人與手工焊常見問題分析 1 焊接溫度的上升與錫球、助焊劑的飛濺 往高溫的烙鐵頭上供給含助焊劑的錫絲 （ 以后簡稱：錫絲 ） ，則錫 絲中的助焊劑會因受熱膨脹而破裂。 這造成錫絲飛濺的原因之一。 眾 所周知，跟以前的共晶錫絲相比，無鉛錫絲的溶點高。然而，錫絲中 所含有的助焊劑會因為溫度的升高而導致其活性降低的問題尚未受 到重視。 可以認為如果按無鉛錫絲的溶點來提高烙鐵頭溫度， 助焊劑 的活性反而會降低而失去作業(yè)性。 （ 注：開發(fā)用于焊接機器人的含助 焊劑的錫絲即使在高溫下也不會失去活性力， 比用于手工焊的錫絲在 一定程度更具有耐熱性。 ） 通常，烙鐵頭溫度多被設(shè)定在 320340C上下，

2、比錫絲的溶點高 150C左右。此時，錫絲的溫度若與室溫一致視為25C，那么兩者的 溫度差則為300C以上。如果烙鐵頭溫度設(shè)定為 400C，溫度差就變 得更大，對錫絲的熱沖擊也就更大。我們做了以下實驗，把烙鐵頭溫 度分別設(shè)定為320C和400C,往烙鐵頭上送同量的錫絲，觀察錫球、 助焊劑等飛濺程度。其結(jié)果如圖 1、圖 2所示。經(jīng)觀察，烙鐵頭溫度 設(shè)定為400C，飛濺很明顯地增加。由此可知，高溫時的熱沖擊是造 成助焊劑及錫球飛濺的原因之一。 弗我 ： -TH 那么，應(yīng)該如何去緩和此熱沖擊呢 ?為了防止錫絲的飛濺，雖然有把 錫絲送入V形槽的方法，但是在使用無鉛錫絲時錫絲會迅速硬化， 所 以不能稱之為

3、萬全。因此，下面我們介紹通過加熱錫絲從而減輕熱沖 擊的預熱方法。圖3為本公司的焊接機器人烙鐵部中， 通過加熱器 邊加熱一邊送錫的照片 陽 ntsutt上皆餐忡倩片冃拱冃 如圖所示，在對錫絲進行預熱的情況下，我們做了相同的飛濺實驗。 結(jié)果，與沒有對錫絲進行預熱時相比，具有很明顯的差別。 比較圖1與圖4、圖2與圖5,可發(fā)現(xiàn)錫球、助焊劑的飛濺大量減少 了。由此可知，對錫絲進行預熱后的飛濺量比沒有預熱時明顯減少。 1呻曲川 MJ nuii K痔血WE血沾艸耐l羸雋 J. 1 iuriti Jv t 比孫JL g ; hl li小 UU41flOn HLH-4 TtHJHi 進行預熱，可以防止溫度的下降

4、。 另外，如果烙鐵頭與送錫部件相接觸，烙鐵頭的熱量就會被奪走而造 成溫度下降。往烙鐵頭送錫，烙鐵頭的溫度就會如圖下降。 （圖6）在 無鉛焊接情況下，我們希望烙鐵頭溫度的下降盡可能小。 通過對錫絲 2漏焊、短接等的對策氦氣作業(yè)氛圍 氮氣作業(yè)氛圍的焊接，通過使焊接氛圍處于低氧狀態(tài)、有抑制母 材及錫絲的氧化從而提高錫焊接品質(zhì)的效果而被廣泛采用。不管是焊 接機器人還是手工焊，通過利用氮氣都達到了以下幾個效果。其一， 焊點的光澤及切面變好，減少漏焊及短接等不良。其二，利用氮氣可 以減少助焊劑的殘渣。焊接機器人加工時通常使用含助焊劑的錫絲, 為了確保焊接品質(zhì)，助焊劑的含有量通常為2%3%。多層基板等 中不

5、易滲透的通孔時也可能使用含 6%助焊劑的錫絲。在品質(zhì)上，我 們希望焊接后的助焊劑殘渣盡可能少。 其三，通過使用氮氣可以使烙 鐵頭壽命延長2倍左右。這是因為在氮氣作業(yè)氛圍可以抑制烙鐵頭吃 錫面的氧化 3烙鐵頭氧化及助焊劑碳化的防止 焊接作業(yè)中氧化物及助焊劑的碳化物等會附在烙鐵頭上。在機器 人連續(xù)運行的情況下，尤其是烙鐵頭吃錫面的氧化會造成焊接的不良。 下面，我們通過能量分散型 X線來分析烙鐵頭前端附著物的成分。 根據(jù)圖9,在使用共晶錫絲的烙鐵頭上，附著物中碳 C的含量比Sn 多，這些碳是錫絲中的助焊劑被碳化后析離出來的。與之相反，在使 用無鉛錫絲時，附著物中Sn的含量比C多（見圖10）。而這些錫

6、是從 無鉛錫絲中含量為96%的錫在受熱被氧化成氧化錫中析離出來的 * il! f能曲帖I 匹M外慢土附哥旃的血港甘竜贅X吒疔時.元関坊社：丸+ 使用無鉛錫絲時，由于烙鐵頭附著物中含有大量的氧化錫， 因此可以 使用氮氣等遮斷氧氣來降低氧化錫的產(chǎn)生從而減少附著物。 此烙鐵頭 附著物中含有大量的氧化錫，容易對焊接產(chǎn)生不良的影響。有效利用 氮氣對防止錫氧化有顯著的效果。 4烙鐵頭壽命的延長 最近經(jīng)常聽到這樣的事：若把錫絲換成無鉛錫絲，烙鐵頭的消耗 就加劇。這現(xiàn)象一般解釋為烙鐵頭吃錫面被無鉛錫絲中大量含有的錫 侵食的結(jié)果。實際測定后發(fā)現(xiàn)驚人的差異。 根據(jù)此實驗，可以看出5千次后吃錫面被侵食導致烙鐵頭發(fā)生

7、變 形，見圖11。到1萬次后，烙鐵頭上就出現(xiàn)了空洞。與使用共晶錫 絲的情況相比，其消耗快了 23倍。其次，我們在往烙鐵頭定量送 錫的同時進行清洗的連續(xù)作業(yè)中， 測定了吃錫面厚度的變化量。通過 比較得知，使用無鉛錫絲時吃錫面的消耗量，是使用共晶錫絲時的2 3倍。另外，也可以得出烙鐵頭溫度越高消耗就越快的結(jié)論， 見圖12 陽12基拽A ；=用與匚鴨五川農(nóng)量 如果使用無鉛錫絲，烙鐵頭的吃錫面以 23倍的速度消耗。還有烙 鐵頭溫度越高消耗也就越劇烈。由此可知，從烙鐵頭的壽命觀點出發(fā)， 過高的設(shè)定烙鐵頭溫度并非上策。 5對產(chǎn)品的熱影響 對于無鉛化，擔心的是對周邊部件的熱影響。今后，耐熱材料、 零件的開發(fā)

8、也會不斷發(fā)展，但是仍然會存在一些沒有進行耐熱處理或 很難進行耐熱處理的部件?，F(xiàn)在，焊接機器人、手工焊、半導體激光 等的錫焊接方法由于只對端子局部加熱， 對周邊部件和基板的熱影響 很小，所以把附加焊變?yōu)椴糠趾傅囊笳谠黾印D13、14使用機 器人對CC元件進行焊接時組件溫度的測量結(jié)果。CCD元件的保護玻 璃是用粘合劑接合的，其耐熱溫度在 110C左右。如果在焊接時整個 元件的溫度超過110C，粘合劑就會融化，因此在原則上元件的溫度 必須保持在110C以下。產(chǎn)品名稱：采用CCD元件；焊接個數(shù)：16個 作業(yè)點 M U 焊姑時 Ct nirtJKZ 實驗中，在組件的上部2邊分別接上熱電偶，測量了機器人在焊接兩 側(cè)pin時的溫度。此時，溫度上升的最大值為104. 3C,對組件的 熱影響限制在11CX以下。在此，我們列出的只是一個例