1、第1章 安 全 用 电 1.1 人身安全人身安全1.2 设备安全设备安全1.3 电气火灾电气火灾1.4 用电安全技术简介用电安全技术简介1.5 电子装接操作安全电子装接操作安全1.6 触电急救与电气消防触电急救与电气消防 1.1 人人 身身 安安 全全 1.触电危害 1)电伤 电伤是由于发生触电而导致的人体外表创伤，通常有以下三种：(1)灼伤。灼伤是指由于电的热效应而对人体皮肤、皮下组织、肌肉甚至神经产生的伤害(灼伤)。灼伤会引起皮肤发红、起泡、烧焦、坏死。(2)电烙伤。电烙伤是指由电流的机械和化学效应造成人体触电部位的外部伤痕，通常是皮肤表面的肿块。(3)皮肤金属化。这种化学效应是指由于带电
2、体金属通过触电点蒸发进入人体造成的，局部皮肤呈现出相应金属的特殊颜色。2)电击电流通过人体，严重干扰人体正常的生物电流，造成肌肉痉挛(抽筋)、神经紊乱，导致呼吸停止，心脏室性纤颤，严重危害生命。3)影响触电危险程度的因素(1)电流的大小。人体内是存在生物电流的，一定限度的电流不会对人造成损伤。一些电疗仪器就是利用电流剌激穴位来达到治疗目的的。电流对人体的作用如表1-1所示。表表1-1 电流对人体作用电流对人体作用 电流/mA 对人体的作用 0.7 无感觉 1 有轻微感觉 13 有剌激感，一般电疗仪器取此电流 310 感到痛苦，但可自行摆脱 1030 引起肌肉痉挛，短时间无危险，长时间有危险 3
3、050 强烈痉挛，时间超过 60 s 即有生命危险 50250 产生心脏室性纤颤，丧失知觉，严重危害生命 250 短时间内(1 s 以上)造成心脏骤停，体内造成电灼伤 (2)电流的类型。电流的类型不同对人体的损伤也不同。直流电一般引起电伤，而交流电则电伤与电击同时发生，特别是40100 Hz交流电对人体最危险。不幸的是人们日常使用的工频市电(我国为50 Hz)正是在这个危险的频段。当交流电频率达到20 000 Hz时对人体危害很小，用于理疗的一些仪器采用的就是这个频段。(3)电流的作用时间。电流对人体的伤害同作用时间密切相关。可以用电流与时间乘积(也称电击强度)来表示电流对人体的危害。触电保护
4、器的一个主要指标就是额定断开时间与电流乘积小于30 mAs。实际产品可以达到小于3 mAs，故可有效防止触电事故。(4)人体电阻。人体是一个不确定的电阻。皮肤干燥时电阻可呈现100 k以上，而一旦潮湿，电阻可降到1 k以下。人体还是一个非线性电阻，随着电压升高，电阻值减小。表1-2给出人体电阻值随电压的变化。表表1-2 人体电阻值随电压的变化人体电阻值随电压的变化 电压/V 1.5 12 31 62 125 220 380 1000 电阻/k 100 16.5 11 6.24 3.5 2.2 1.47 0.64 电流/mA 忽略 0.8 2.8 10 35 100 268 1560 2.触电原
5、因 人体触电，主要原因有两种：直接或间接接触带电体以及跨步电压。前者又可分为单极接触和双极接触。1)单极接触一般工作和生活场所供电为380V/220V中性点接地系统，当处于地电位的人体接触带电体时，人体承受相电压如图1.1所示。这种接触往往是人们粗心大意、忽视安全造成的。图1.2是几个发生触电事故的实例。图1.1 单极接触触电示意图图1.2 触电示例(a)安装错误；(b)带电操作；(c)导线绝缘损伤 图1.3所示为有人在实验室用调压器取得低电压做实验而发生触电。如果碰巧电源插座的零线插到调压器2端，则不会触电，当然这是侥幸的。图1.3 错误使用自耦调压器(a)错误使用自耦调压器；(b)原理电路
6、 2)双极接触人体同时接触电网的两根相线发生触电，如图1.4所示。这种接触电压高，大都是在带电工作时发生的，而且一般保护措施都不起作用，因而危险极大。3)静电接触在检修电器或科研工作中有时发生电器设备已断开电源，但在接触设备某些部位时发生触电，这在有高压大容量电容器的情况下有一定危险。特别是质量好的电容器能长期储存电荷，容易被忽略。图1.4 双极接触触电示意图 4)跨步电压 在故障设备附近，例如电线断落在地上，在接地点周围存在电场，当人走进这一区域时，将因跨步电压而使人触电，如图1.5所示。图1.5 跨步电压使人触电 3.防止触电 1)安全制度在工厂企业、科研院所、实验室等用电单位，几乎无一例
7、外地制定有各种各样的安全用电制度。这些制度绝大多数都是在科学分析基础上制定的，也有很多条文是在实际中总结出的经验，可以说很多制度条文是用惨痛的教训换来的。我们一定要记住：在你走进车间、实验室等一切用电场所时，千万不要忽略安全用电制度，不管这些制度粗看起来如何“不合理”，如何“妨碍”工作。2)安全措施预防触电的措施很多，有关安全技术将在后面作为共同问题进行讨论，这里提出的几条措施都是最基本的安全保障。(1)对正常情况下带电的部分，一定要加绝缘防护，并且置于人不容易碰到的地方。例如输电线、配电盘、电源板等。(2)所有金属外壳的用电器及配电装置都应该装设保护接地或保护接零。对目前大多数工作生活用电系
8、统而言是保护接零。(3)在所有使用市电场所装设漏电保护器。(4)随时检查所用电器插头、电线，发现破损老化及时更换。(5)手持电动工具尽量使用安全电压工作。我国规定常用安全电压为36 V或24 V，特别危险场所用12 V。3)安全操作(1)任何情况下检修电路和电器都要确保断开电源，仅仅断开设备上的开关是不够的，还要拔下插头。(2)不要湿手开关、插拔电器。(3)遇到不明情况的电线，先认为它是带电的。(4)尽量养成单手操作电工作业的习惯。(5)不在疲倦、带病等状态下从事电工作业。(6)遇到较大体积的电容器时要先行放电，再进行检修。1.2 设设 备备 安安 全全 1设备接电前检查 将用电设备接入电源，
9、这个问题似乎很简单，其实不然。有的数十万元昂贵设备，接上电源一瞬间变成废物；有的设备本身若有故障会引起整个供电网异常，造成难以挽回的损失。因此，建议设备接电前应进行“三查”。(1)查设备铭牌。按国家标准，设备都应在醒目处有该设备要求电源电压、频率、容量的铭牌或标志。小型设备的说明也可能在说明书中。(2)查环境电源。检查电压、容量是否与设备吻合。(3)查设备本身。检查电源线是否完好，外壳是否可能带电。一般用万用表欧姆挡进行如图1.6所示的简单检测即可。图1.6 用万用表检查用电设备 2.电器设备基本安全防护 所有使用交流电源的电器设备均存在绝缘损坏而漏电的问题。按电工标准将电器设备分为四类，各类
10、电器设备特征及安全防护见表1-3。表表1-3 电器设备分类及基本安全防护电器设备分类及基本安全防护 类型 主要特性 基本安全防护 使用范围及说明 O 型 一层绝缘，二线插头，金属外壳，且没有接地(零)线 用电环境为电气绝缘(绝缘电阻大于 50 k)或采用隔离变压器 O 型为淘汰电器类型，但一部分旧电器仍在使用 I 型 金属外壳接出一根线，采用三线插头 接零(地)保护三孔插座，保护零线可靠连接 较大型电器设备多为 此类 II 型 绝缘外壳形成双重绝缘，采用二线插头 防止电线破损 小型电器设备 III 型 采用 8 V/36 V，24 V/12 V低压电源的电器 使用符合电气绝缘要求的变 压器 在
11、恶劣环境中使用的电器及某些工具 3.设备使用异常的处理 用电设备在使用中可能发生以下几种异常情况：(1)设备外壳或手持部位有麻电感觉。(2)开机或使用中熔断丝烧断。(3)出现异常声音，如噪声加大，有内部放电声，电机转动声音异常等。(4)异味最常见为塑料味，绝缘漆挥发出的气味，甚至烧焦的气味。(5)机内打火，出现烟雾。(6)仪表指示超范围。有些指示仪表数值突变，超出正常范围。异常情况的处理办法：(1)凡遇上述异常情况之一，应尽快断开电源，拔下电源插头，对设备进行检修。(2)对烧断熔断器的情况，决不允许换上大容量熔断器继续工作，一定要查清原因后再换上同规格熔断器。(3)及时记录异常现象及部位，避免
12、检修时再通电查找。(4)对有麻电感觉但未造成触电的现象不可忽视。这种情况往往是绝缘受损但未完全损坏，如图1.7所示相当于电路中串联一个大电阻，暂时未造成严重后果，但随着时间推移，绝缘将会逐渐地被完全破坏，电阻R0急剧减小，危险也会增大，因此必须及时检修。图1.7 设备绝缘受损漏电示意图 1.3 电电 气气 火火 灾灾 随着现代电气化日益发展，在火灾总数中，电气火灾所占比例不断上升，而且随着城市化进程，电气火灾损失的严重性也在上升，研究电气火灾原因及其预防意义重大。表1-4是有关电气火灾的基本分析。表表1-4 电气火灾及预防电气火灾及预防 原 因 分 析 预 防 线路过载 输电线的绝缘材料大部分
13、是可燃材料。过载则温度升高，引燃绝缘材料(1)使输电线路容量与负载相适应；(2)不准超标更换熔断器；(3)线路装过载自动保护装置 线路或电器火花、电弧 由于电线断裂或绝缘损坏引起放电，可点燃本身绝缘材料及附近易燃材料、气体等(1)按标准接线，及时检修电路；(2)加装自动保护 电热器具 电热器具使用不当，点燃附近可燃材料 正确使用，使用中有人监视 电器老化 电器超期服役，因绝缘材料老化，散热装置老化引起温度升高 停止使用超过安全期的产品 静电 在易燃、易爆场所，静电火花引起火灾 严格遵守易燃、易爆场所安全制度 1.4 用电安全技术简介用电安全技术简介 1.接地和接零保护 1)接地在中性点不接地的
14、配电系统中，电气设备宜采用接地保护。这里的“接地”同电子电路中简称的“接地”(在电子电路中“接地”是指接公共参考电位“零点”)不是一个概念，这里是真正的接大地。即将电气设备的某一部分与大地土壤作良好的电气连接，一般通过金属接地体并保证接地电阻小于4。接地保护原理如图1.8所示。如没有接地保护，则流过人体电流为 rr3UIZR式中，Ir为流过人体电流，U为相电压，Rr为人体电阻，Z为相线对地阻抗。当接上保护地线时，相当于给人体电阻并上一个接地电阻Rg，此时流过人体的电流为 grrgrRIIRR由于RgRr，故可有效保护人身安全。由此也可看出，接地电阻越小，保护越好，这就是为什么在接地保护中总要强
15、调接地电阻要小的缘故。图1.8 接地保护示意图 2)接零保护对变压器中性点接地系统(现在普遍采用电压为380 V/220 V三相四线制电网)来说，采用外壳接地已不足以保证安全。参考图1.8，因人体电阻Rr远大于设备接地电阻Rg，所以人体受到的电压就是相线与外壳短路时，外壳的对地电压Ua，而Ua取决于下式：g0gRURRaU式中，R0为工作接地的接地电阻；Rg为保护接地的接地电阻；Ua为相电压。如果R04，Rg4，U220 V，则Ua110 V，这个电压对人来说是不安全的。因此，在这种系统中，应采用保护接零，即将金属外壳与电网零线相接。一旦相线碰到外壳即可形成与零线之间的短路，产生很大的电流，使
16、熔断器或过流开关断开，切断电流，因而可防止电击危险。这种采用保护接零的供电系统，除工作接地外，还必须有重复接地保护，如图1.9所示。图1.10表示民用220 V供电系统的保护零线和工作零线。在一定距离和分支系统中，必须采用重复接地，这些属于电工安装中的安全规则，电源线必须严格按有关规定制作。图1.9 重复接地 图1.10 单相三线制用电器接线 应注意的是这种系统中的保护接零必须是接到保护零线上，而不能接到工作零线上。保护零线同工作零线，虽然它们对地的电压都是零伏，但保护零线上是不能接熔断器和开关的，而工作零线上则根据需要可接熔断器及开关。这对有爆炸、火灾危险的工作场所为减轻过负荷的危险是必要的
17、。图1.11所示为室内有保护零线时，用电器外壳采用保护接零的接法。图1.11 三线插座接线2漏电保护开关 漏电保护开关也叫触电保护开关，是一种保护切断型的安全技术，它比保护接地或保护接零更灵敏，更有效。据统计，某城市普遍安装漏电保护器后，同一时间内触电伤亡人数减少了2/3，可见技术保护措施的作用不可忽视。漏电保护开关有电压型和电流型两种，其工作原理有共同性，即都可把它看作是一种灵敏继电器，如图1.12所示，检测器JC控制开关S的通断。对电压型而言，JC检测用电器对地电压；对电流型则检测漏电流，超过安全值即控制S动作切断电源。图1.12 漏电保护开关示意图 由于电压型漏电保护开关安装比较复杂，因
18、此目前发展较快、使用广泛的是电流型保护开关。电流型保护开关不仅能防止人体触电而且能防止漏电造成火灾，既可用于中性点接地系统也可用于中性点不接地系统，既可单独使用也可与保护接地、保护接零共同使用，而且安装方便，值得大力推广。典型的电流型漏电保护开关工作原理如图1.13所示。当电器正常工作时，流经零序互感器的电流大小相等，方向相反，检测输出为零，开关闭合电路正常工作。当电器发生漏电时，漏电流不通过零线，零序互感器检测到不平衡电流并达到一定数值时，通过放大器输出信号将开关切断。图1.13 电流型漏电保护开关 图1.13中按钮与电阻组成检测电路，选择电阻使此支路电流为最小动作电流，即可测试开关是否正常
19、。按国家标准规定，电流型漏电保护开关电流时间乘积为不少于30 mAs。实际产品一般额定动作电流为30 mA，动作时间为0.1 s。如果是在潮湿等恶劣环境下，可选取动作电流更小的规格。另外还有一个额定不动作电流，一般取5 mA，这是因为用电线路和电器都不可避免地存在着微量漏电。选择漏电保护开关更要注重产品质量。一般来说，经国家电工产品认证委员会认证，带有安全标志的产品是可信的。3过限保护 1)过压保护装置过压保护装备有集成过压保护器和瞬变电压抑制器。(1)集成过压保护器是一种安全限压自控部件，其工作原理如图1.14所示，使用时并联于电源电路中。当电源正常工作时功率开关断开。一旦设备电源失常或失效
20、超过保护阈值，采样放大电路将使功率开关闭合、电源短路，使熔断器断开，保护设备免受损失。图1.14(2)瞬变电压抑制器(TVP)是一种类似稳压管特性的二端器件，但比稳压管响应快，功率大，能“吸收”高达数千瓦的浪涌功率。TVP的特性曲线如图1.15(a)所示，正向特性类似二极管，反向特性在UB处发生“雪崩”效应，其响应时间可达1012 s。将两只TVP管反向串接即可具有“双极”特性，可用于交流电路，如图1.15(b)所示。选择合适的TVP就可保护设备不受电网或意外事故产生的高压危害。图1.15 TVP特性及电路接法(a)TVP 特性；(b)TVP的电路接法 2)温度保护装置电器温度超过设计标准是造
21、成绝缘失效，引起漏电、火灾的关键。温度保护装置除传统的温度继电器外，还有一种新型有效而且经济实用的元件热熔断器。其外形如同一只电阻器，可以串接在电路，置于任何需要控制温度的部位，正常工作时相当于一只阻值很小的电阻，一旦电器温升超过阈值，立即熔断从而切断电源回路。3)过流保护装置用于过电流保护的装置和元件主要有熔断丝、电子继电器及聚合开关，它们串接在电源回路中以防止意外电流超限。熔断器用途最普遍，主要特点是简单、价廉。不足之处是反应速度慢而且不能自动恢复。电子继电器过流开关，也称电子熔断丝，反应速度快、可自行恢复，但较复杂，成本高，在普通电器中难以推广。聚合开关实际上是一种阻值可以突变的正温度系
22、数电阻器。当电流在正常范围时呈低阻(一般为0.050.5)，当电流超过阈值后阻值很快增加几个数量级，使电路电流降至数毫安。一旦温度恢复正常，电阻又降至低阻，故其有自锁及自恢复特性。由于其体积小，结构简单，工作可靠且价格低，故可广泛用于各种电气设备及家用电器。4智能保护图1.16是计算机智能保护系统示意图。各种监测装置和传感器(声、光、烟雾、位置、红外线等)将采集到的信息经过接口电路输入到计算机，进行智能处理，一旦发生事故或有事故预兆时，通过计算机判断及时发出处理指命，例如切断事故发生地点的电源或者总电源，启动自动消防灭火系统，发出事故警报等等，并根据事故情况自动通知消防或急救部门。保护系统可将
23、事故消灭在萌芽状态或使损失减至最小，同时记录事故详细资料。图1.16 计算机智能保护系统 1.5 电子装接操作安全电子装接操作安全 1.用电安全 尽管电子装接工作通常称为“弱电”工作，但实际工作中免不了接触“强电”。一般常用的电动工具(例如电烙铁、电钻、电热风机等)、仪器设备和制作装置大部分需要接市电才能工作，因此用电安全是电子装接工作的首要关注点。实践证明以下三点是安全用电的基本保证。1)安全用电观念 增强安全用电的观念是安全的根本保证。任何制度，任何措施，都是由人来贯彻执行的，忽视安全是最危险的隐患。2)基本安全措施 工作场所的基本安全措施是保证安全的物质基础。基本安全措施包括以下几条：(
24、1)工作室电源符合电气安全标准。(2)工作室总电源上装有漏电保护开关。(3)使用符合安全要求的低压电器(包括电线、电源插座、开关、电动工具、仪器仪表等)。(4)工作室或工作台上有便于操作的电源开关。(5)从事电力电子技术工作时，工作台上应设置隔离变压器。(6)调试、检测较大功率电子装置时工作人员不少于两人。3)养成安全操作习惯 习惯是一种下意识的、不经思索的行为方式，安全操作习惯可以经过培养逐步形成，并使操作者终身受益。主要安全操作习惯有：(1)人体触及任何电气装置和设备时先断开电源。断开电源一般指真正脱离电源系统(例如拔下电源插头，断开刀闸开关或断开电源连接)，而不仅是断开设备电源开关。(2
25、)测试、装接电力线路采用单手操作。(3)触及电路的任何金属部分之前都应进行安全测试。2机械损伤 电子装接工作中机械损伤比在机械加工中要少得多，但是如果放松警惕、违犯安全规程仍然存在一定危险。例如，戴手套或者披散长发操作钻床是违犯安全规程的，实践中曾发生手臂和头发被高速旋转的钻具卷入、造成严重伤害的事故。再如，使用螺丝刀紧固螺钉可能打滑伤及自己的手；剪断印制板上元件引线时，线段飞射打伤眼睛等事故都曾发生。而这些事故只要严格遵守安全制度和操作规程，树立牢固的安全保护意识，是完全可以避免的。3防止烫伤 烫伤在电子装接工作中是频繁发生的一种安全事故，这种烫伤一般不会造成严重后果，但也会给操作者造成伤害
26、。只要注意操作安全，烫伤完全可以避免。造成烫伤的原因及防止措施如下：(1)接触过热固体，常见有下列两类造成烫伤的固体。电烙铁和电热风枪。特别是电烙铁为电子装接必备工具，通常烙铁头表面温度可达400500，而人体所能耐受的温度一般不超过50，直接触及电烙铁头肯定会造成烫伤。工作中烙铁应放置在烙铁架并置于工作台右前方。观测烙铁温度可用烙铁头熔化松香，不要直接用手触摸烙铁头。电路中发热电子元器件，如变压器、功率器件、电阻、散热片等。特别是电路发生故障时有些发热器件可达几百摄氏度高温，如果在通电状态下触及这些元器件不仅可能造成烫伤，还可能有触电危险。(2)过热液体烫伤。电子装接工作中接触到的主要有熔化
27、状态的焊锡及加热的溶液(如腐蚀印制板时加热腐蚀液)。(3)电弧烫伤。准确地讲应称为“烧伤”，因为电弧温度可达数千摄氏度，对人体损伤极为严重。电弧烧伤常发生在操作电气设备过程中，例如图1.17所示较大功率电器不通过启动装置而直接接到刀闸开关上，当操作者用手去断开刀闸时，由于电路感应电动势(特别是电感性负载，例如电机、变压器等)在刀闸开关之间可产生数千甚至上万伏高电压，因此击穿空气而产生的强烈电弧容易烧伤操作者。图1.17 电弧烧伤 1.6 触电急救与电气消防触电急救与电气消防 1.触电急救触电急救 发生触电事故，千万不要惊慌失措，必须用最快的速度使触电者脱离电源。要记住当触电者未脱离电源前本身就
28、是带电体，同样会使抢救者触电。脱离电源最有效的措施是拉闸或拔出电源插头，如果一时找不到或来不及找的情况下可用绝缘物(如带绝缘柄的工具、木棒、塑料管等)移开或切断电源线。关键是：一要快，二要不使自己触电。一两秒的迟缓都可能造成无可挽救的后果。脱离电源后如果病人呼吸、心跳尚存，应尽快送医院抢救。若心跳停止应采用人工心脏挤压法维持血液循环；若呼吸停止应立即做口对口的人工呼吸。若心跳、呼吸全停，则应同时采用上述两个方法，并向医院告急求救。2电气消防(1)发现电子装置、电气设备、电缆等冒烟起火，要尽快切断电源(拉开总开关或失火电路开关)。(2)使用砂土、二氧化碳或四氯化碳等不导电灭火介质，忌用泡沫或水进
29、行灭火。(3)灭火时不可将身体或灭火工具触及导线和电气设备。第2章 焊 接 技 术 2.1 焊接的基础知识焊接的基础知识 2.2 焊接工具与材料焊接工具与材料 2.3 手工焊接工艺手工焊接工艺 2.4 浸焊与波峰焊浸焊与波峰焊 2.5 表面安装技术表面安装技术 2.6 无锡焊接技术无锡焊接技术 2.1 焊接的基础知识焊接的基础知识 1.概述概述 在电子产品整机装配过程中，焊接是连接各电子元器件及导线的主要手段。利用加热或加压，或两者并用来加速工件金属原子间的扩散，依靠原子间的内聚力，在工件金属连接处形成牢固的合金层，从而将工件金属永久地结合在一起。焊接通常分为熔焊、钎焊及接触焊三大类，在电子装
30、配中主要使用的是钎焊。钎焊可以这样定义：在已加热的工件金属之间，熔入低于工件金属熔点的焊料，借助焊剂的作用，依靠毛细现象，使焊料浸润工件金属表面，并发生化学变化，生成合金层，从而使工件金属与焊料结合为一体。钎焊按照使用焊料熔点的不同分为硬焊(焊料熔点高于450)和软焊(焊料熔点低于450)。采用锡铅焊料进行焊接称为锡铅焊，简称锡焊，它是软焊的一种。除了含有大量铬和铝等合金的金属不易焊接外，其他金属一般都可以采用锡焊焊接。锡焊方法简便，整修焊点、拆换元器件、重新焊接都较容易，所用工具简单(电烙铁)。此外，还具有成本低，易实现自动化等优点。在电子装配中，它是使用最早，适用范围最广和当前仍占较大比重
31、的一种焊接方法。2.锡焊的机理锡焊的机理(1)浸润。加热后呈熔融状态的焊料(锡铅合金)，沿着工件金属的凹凸表面，靠毛细管的作用扩展。如果焊料和工件金属表面足够清洁，焊料原子与工件金属原子就可以接近到能够相互结合的距离，即接近到原子引力互相起作用的距离，上述过程为焊料的浸润。(2)扩散。由于金属原子在晶格点阵中呈热振动状态，因此在温度升高时，它会从一个晶格点阵自动地转移到其他晶格点阵，这个现象称为扩散。锡焊时，焊料和工件金属表面的温度较高，焊料与工件金属表面的原子相互扩散，在两者界面形成新的合金。(3)界面层的结晶与凝固。焊接后焊点降温到室温，在焊接处形成由焊料层、合金层和工件金属表层组成的结合
32、结构。在焊料和工件金属界面上形成合金层，称“界面层”。冷却时，界面层首先以适当的合金状态开始凝固，形成金属结晶，而后结晶向未凝固的焊料生长。3锡焊的工艺要素(1)工件金属材料应具有良好的可焊性。可焊性即可浸润性，是指在适当的温度下，工件金属表面与焊料在助焊剂的作用下能形成良好的结合，生成合金层的性能。铜是导电性能良好且易于焊接的金属材料，常用元器件的引线、导线及接点等都采用铜材料制成。其他金属如金、银的可焊性好，但价格较贵，而铁、镍的可焊性较差。为提高可焊性，通常在铁、镍合金的表面先镀上一层锡、铜、金或银等金属，以提高其可焊性。(2)工件金属表面应洁净。工件金属表面如果存在氧化物或污垢，会严重
33、影响与焊料在界面上形成合金层，造成虚、假焊。轻度的氧化物或污垢可通过助焊剂来清除，较严重的要通过化学或机械的方式来清除。(3)正确选用助焊剂。助焊剂是一种略带酸性的易熔物质，在焊接过程中可以溶解工件金属表面的氧化物和污垢，并提高焊料的流动性，有利于焊料浸润和扩散的进行，在工件金属与焊料的界面上形成牢固的合金层，保证了焊点的质量。助焊剂种类很多，效果也不一样，使用时必须根据工件金属材料、焊点表面状况和焊接方式来选用。(4)正确选用焊料。焊料的成分及性能与工件金属材料的可焊性、焊接的温度及时间、焊点的机械强度等相适应，锡焊工艺中使用的焊料是锡铅合金，根据锡铅的比例及含有其他少量金属成分的不同，其焊
34、接特性也有所不同，应根据不同的要求正确选用焊料。(5)控制焊接温度和时间。热能是进行焊接必不可少的条件。热能的作用是熔化焊料，提高工件金属的温度，加速原子运动，使焊料浸润工件金属界面，并扩散到工件金属界面的晶格中去，形成合金层。温度过低，会造成虚焊。温度过高，会损坏元器件和印制电路板。合适的温度是保证焊点质量的重要因素。在手工焊接时，控制温度的关键是选用具有适当功率的电烙铁和掌握焊接时间。电烙铁功率较大时应适当缩短焊接时间，电烙铁功率较小时可适当延长焊接时间。根据焊接面积的大小，经过反复多次实践才能把握好焊接工艺的这两个要素。焊接时间过短，会使温度太低，焊接时间过长，会使温度太高。一般情况下，
35、焊接时间应不超过3 s。4焊点的质量要求(1)电气性能良好。高质量的焊点应是焊料与工件金属界面形成牢固的合金层，才能保证良好的导电性能。不能简单地将焊料堆附在工件金属表面而形成虚焊，这是焊接工艺中的大忌。(2)具有一定的机械强度。焊点的作用是连接两个或两个以上的元器件，并使电气接触良好。电子设备有时要工作在振动的环境中，为使焊件不松动或脱落，焊点必须具有一定的机械强度。锡铅焊料中的锡和铅的强度都比较低，有时在焊接较大和较重的元器件时，为了增加强度，可根据需要增加焊接面积，或将元器件引线、导线先行网绕、绞合、钩接在接点上再行焊接。所以采用锡焊的焊点一般都是一个被锡铅焊料包围的接点。(3)焊点上的
36、焊料要适量。焊点上的焊料过少，不仅降低机械强度，而且由于表面氧化层逐渐加深，会导致焊点早期失效。焊点上的焊料过多，既增加成本，又容易造成焊点桥连(短路)，也会掩盖焊接缺陷，所以焊点上的焊料要适量。印制电路板焊接时，焊料布满焊盘呈裙状展开时最为适宜。(4)焊点表面应光亮且均匀。良好的焊点表面应光亮且色泽均匀。这主要是由助焊剂中未完全挥发的树脂成分形成的薄膜覆盖在焊点表面，能防止焊点表面的氧化。如果使用了消光剂，则对焊接点的光泽不作要求。(5)焊点不应有毛刺、空隙。焊点表面存在毛剌、空隙不仅不美观，还会给电子产品带来危害，尤其在高压电路部分，将会产生尖端放电而损坏电子设备。(6)焊点表面必须清洁。
37、焊点表面的污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，如果不及时清除，酸性物质会腐蚀元器件引线、接点及印制电路，吸潮会造成漏电甚至短路燃烧等，从而带来严重隐患。2.2 焊接工具与材料焊接工具与材料 2.2.1 电烙铁电烙铁 1外热式电烙铁外热式电烙铁 外热式电烙铁的外形如图2.1所示，由烙铁头、烙铁芯、外壳、手柄、电源线和插头等各部分组成。电阻丝绕在薄云母片绝缘的圆筒上，组成烙铁芯。烙铁头装在烙铁芯里面，电阻丝通电后产生的热量传送到烙铁头上，使烙铁头温度升高，故称为外热式电烙铁。外热式电烙铁结构简单，价格较低，使用寿命长，但其体积较大，升温较慢，热效率低。图2.1 外热式电烙铁 2内热式电烙铁内热式电烙铁
38、 内热式电烙铁的外形如图2.2所示。由于烙铁芯装在烙铁头里面，故称为内热式电烙铁。内热式电烙铁的烙铁芯是采用极细的镍铬电阻丝绕在瓷管上制成的，外面再套上耐热绝缘瓷管。烙铁头的一端是空心的，它套在芯子外面，用弹簧夹紧固。由于烙铁芯装在烙铁头内部，热量完全传到烙铁头上，升温快，因此热效率高达85%90%，烙铁头部温度可达350左右。20 W内热式电烙铁的实用功率相当于2540 W的外热式电烙铁。内热式电烙铁具有体积小、重量轻、升温快和热效率高等优点，因而在电子装配工艺中得到了广泛的应用。图2.2 内热式电烙铁 3恒温电烙铁恒温电烙铁 目前使用的外热式和内热式电烙铁的温度一般都超过300，这对焊接晶
39、体管、集成电路等是不利的。在质量要求较高的场合，通常需要恒温电烙铁。恒温电烙铁有电控和磁控两种。电控是用热电偶作为传感元件来检测和控制烙铁头的温度。当烙铁头温度低于规定值时，温控装置内的电子电路控制半导体开关元件或继电器接通电源，给电烙铁供电，使电烙铁温度上升。温度一旦达到预定值，温控装置自动切断电源。如此反复动作，使烙铁头基本保持恒温。由于恒温电烙铁的价格较贵，因此目前较普遍使用的是磁控恒温电烙铁。图2.3 磁控恒温电烙铁结构示意图 图2.4 磁控恒温电烙铁外形图 在烙铁头1的右端镶有一块软磁金属2，烙铁头放在加热器3的中间，非磁性金属圆管 5底部装有一块永久磁铁4，再用小轴7与接触簧片9连
40、起来而构成磁性开关，电源未接通时，永久磁铁4被软磁金属吸引，小轴7带动接触簧片9与接点8闭合。当电烙铁接通电源后，加热器使烙铁头升温，在达到预定温度时(达到软磁金属的居里点)，软磁金属失去磁性，永久磁铁4在支架6的吸引下离开软磁金属，通过小轴7使接点8与接触簧片9分开，加热器断开，于是烙铁头温度下降，当降到低于居里点时，软磁金属又恢复磁性，永久磁铁又被吸引回来，加热器又恢复加热，如此反复动作，使烙铁头的温度保持在一定范围内。4感应式烙铁感应式烙铁 感应式烙铁也叫速热烙铁，俗称焊枪。它里面实际是一个变压器，这个变压器的次级实际只有13匝，当初级通电时，次级感应出大电流通过加热体，使同它相连的烙铁
41、头迅速达到焊接所需温度。其结构如图2.5所示。图2.5 感应式烙铁结构示意图 5其他电烙铁其他电烙铁 除上述几种烙铁外，新近研制成的一种储能式烙铁，是适应集成电路，特别是对电荷敏感的MOS电路的焊接工具。烙铁本身不接电源，当把烙铁插到配套的供电器上时，烙铁处于储能状态，焊接时拿下烙铁，靠储存在烙铁中的能量完成焊接，一次可焊若干焊点。还有用蓄电池供电的碳弧烙铁；可同时除去焊件氧化膜的超声波烙铁；具有自动送进焊锡装置的自动烙铁等。6电烙铁的使用与保养(1)电烙铁的电源线最好选用纤维编织花线或橡皮软线，这两种线不易被烫坏。(2)使用前，先用万用表测量一下电烙铁插头两端是否短路或开路，正常时20 W内
42、热式电烙铁阻值约为2.4 k左右(烙铁芯的电阻值)。再测量插头与外壳是否漏电或短路，正常时阻值应为无穷大。(3)新烙铁刃口表面镀有一层铬，不易沾锡。使用前先用铿刀或砂纸将镀铬层去掉，通电加热后涂上少许焊剂，待烙铁头上的焊剂冒烟时，即上焊锡，使烙铁头的刃口镀上一层锡，这时电烙铁就可以使用了。(4)在使用间歇中，电烙铁应搁在金属的烙铁架上，这样既保证安全，又可适当散热，避免烙铁头“烧死”。对已“烧死”的烙铁头，应按新烙铁的要求重新上锡。(5)烙铁头使用较长时间后会出现凹槽或豁口，应及时用锉刀修整，否则会影响焊点质量。对经多次修整已较短的烙铁头，应及时调换，否则会使烙铁头温度过高。(6)在使用过程中
43、，电烙铁应避免敲打碰跌，因为在高温时的振动，最易使烙铁芯损坏。2.2.2 焊料焊料凡是用来焊接两种或两种以上的金属面，使之成为一个整体的金属或合金都叫焊料。焊料的种类很多，按其组成成分，焊料有锡铅焊料、银焊料和铜焊料等。按其熔点可分为软焊料(熔点在450以下)和硬焊料(熔点在450以上)。电子产品装配中，一般都选用锡铅焊料，它是一种软焊料。锡可以与其他金属组成二元合金、三元合金或四元合金。1.锡铅共晶合金 锡铅合金的特性随锡铅成分配比的不同而异。图2.6是不同配比的锡铅合金在不同温度时的状态图。图2.6 锡铅合金状态图 如图2.6中B点所示，含锡量为63%，含铅量为37%时，锡铅合金的熔点为1
44、83。此时合金可由固态直接变为液态，或由液态直接变为固态，这时的合金称为共晶合金，按共晶合金配制成的锡铅焊料称为共晶焊锡。采用共晶焊锡进行焊接有以下优点：(1)熔点最低。降低了焊接温度，减少了元器件受热损坏的机会。尤其是对温度敏感的元器件影响较小。(2)熔流点一致。共晶焊锡只有一个熔流点，由液体直接变成固体，结晶迅速，这样可以减少元器件的虚焊现象。(3)流动性好，表面张力小。焊料能很好地填满焊缝，并对工件有较好的浸润作用，使焊点结合紧密光亮。(4)抗拉强度和剪切强度高，导电性能好，电阻率低。(5)抗腐蚀性能好。锡和铅的化学稳定性比其他金属好，抗大气腐蚀能力强，而共晶焊锡的抗腐蚀能力更好。2杂质
45、对焊接的影响 锡铅焊料中往往会含有少量杂质，有些是出于某种需要而人为掺入的，有些则是在运输、储存和使用过程中无意混入的，这些杂质对焊料的性能有较大的影响。表2-1列出了各种杂质对焊料性能的影响情况。表表2-1 杂质对焊料性能的影响杂质对焊料性能的影响 杂质种类 机构特性 焊接性能 熔化温度变化 其 他 锑 抗拉强度增大，变脆 润湿性、流动性降低 熔化区变窄 电阻变大 铋 变脆 熔点降低 冷却时产生裂缝 锌 润湿性、流动性降低 多孔，表面晶粒粗大 铁 不易操作 熔点提高 带磁，易附在铁上 铝 结合力减弱 流动性降低 易氧化、腐蚀 砷 脆而硬 流动性提高一些 形成水泡状、针状结晶 镉 变脆 影响光
46、泽，流动性降低 熔化区变宽 多孔，白色 铜 脆而硬 熔点提高 粒状，不易熔 镍 变脆 焊接性能降低 熔点提高 形成水泡状结晶 银 超过 5%易产生气体 需活性焊剂 熔点提高 耐热性增加 金 变脆 失去光泽 呈白色 3常用锡铅焊料常用锡铅焊料(1)管状焊锡丝。在手工焊接时，为了方便，常将焊锡制成管状，中空部分注入由特级松香和少量活化剂组成的助焊剂，这种焊锡称为焊锡丝。有时在焊锡丝中还添加1%2%的锑，可适当增加焊料的机械强度。焊锡丝的直径有0.5、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0 mm等多种规格。也有制成扁带状的，规格也有很多种。(2)抗氧化焊锡。由
47、于浸焊和波峰焊使用的锡槽都有大面积的高温表面，焊料液体暴露在大气中，很容易被氧化而影响焊接质量，使焊点产生虚焊，因此在锡铅合金中加入少量的活性金属，能使氧化锡、氧化铅还原，并漂浮在焊锡表面形成致密复盖层，从而使焊锡不被继续氧化。这类焊锡在浸焊与波峰焊中已得到了普遍使用。(3)含银焊锡。电子元器件与导电结构件中，有不少是镀银件。使用普通焊锡，镀银层易被焊锡溶解，而使元器件的高频性能变坏。在焊锡中添加0.5%2.0%的银，可减少镀银件中的银在焊锡中的溶解量，并可降低焊锡的熔点。(4)焊膏。焊膏是表面安装技术中的一种重要贴装材料，由焊粉(焊料制成粉末状)、有机物和溶剂组成，制成糊状物，能方便地用丝网
48、、模板或涂膏机涂在印制电路板上。(5)不同配比的锡铅焊料。因为被焊工件的材料、焊接的特殊要求及价格等因素，在锡焊工艺中也常使用一些其他配比的锡铅焊料。常见焊锡的特性及用途见表2-2。表表2-2 常见焊锡的特性及用途常见焊锡的特性及用途 主要成分(%)名称 牌号 锡 锑 铅 熔点/杂质 电阻率/m 抗拉 强度 主要用途 10 锡铅焊料 HISnPb10 89-91 0.15 余 220 铜、铋、砷 用于钎焊食品器皿及医药卫生物品 39 锡铅焊料 HISnPb39 59-61 0.8 量 183 铁、硫、锌、铝 0.145 4.7 用于钎焊无线电元器件等 58-2 锡铅焊料 HISnPb58-2
49、39-41 1.5-2 235 0.170 3.8 用于钎焊无线电元器件、导线、钢皮镀铸件等 682 锡铅焊料 HISnPb68-2 29-31 1.5-2 256 0.182 3.3 用于钎焊电缆金属护套、铝管等 90-6 锡铅焊料 HISnPb90-6 3-4 5-6 256 5.9 用于钎焊黄铜和铜 2.2.3 助焊剂助焊剂1助焊剂的作用助焊剂的作用(1)除去氧化物。为了使焊料与工件表面的原子能够充分接近，必须将妨碍两金属原子接近的氧化物和污染物去除，助焊剂正具有溶解这些氧化物、氢氧化物或使其剥离的功能。(2)防止工件和焊料加热时氧化。焊接时，助焊剂先于焊料之前熔化，在焊料和工件的表面形
50、成一层薄膜，使之与外界空气隔绝，起到在加热过程中防止工件氧化的作用。(3)降低焊料表面的张力。使用助焊剂可以减小熔化后焊料的表面张力，增加其流动性，有利于浸润。2对助焊剂的要求对助焊剂的要求(1)常温下必须稳定，熔点应低于焊料。(2)在焊接过程中具有较高的活化性，较低的表面张力，粘度和比重应小于焊料。(3)不产生有刺激性的气味和有害气体，熔化时不产生飞溅或飞沫。(4)绝缘好、无腐蚀性、残留物无副作用，焊接后的残留物易清洗。(5)形成的膜光亮(加消光剂的除外)、致密、干燥快、不吸潮、热稳定性好，具有保护工件表面的作用。3.常用助焊剂简介 助焊剂一般可分为有机、无机和树脂三大类(如图2.7所示)。
