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烙铁头的物理结构及其失效分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-01-06  浏览次数:66

烙铁头的物理结构
一般的烙铁头是由以下部分构成(见图1):
 
因为铜导热快,能够 有效地将加热体的热量传递 到被焊接元件的管脚,所以烙铁头的芯体采用铜。

过去大多数烙铁头为 有铅材料,现在一些供应 商为了适应市场的需要, 已经将其改为无铅成分。 烙铁头的失效模式 烙铁头的失效模式主要有四种:

1. 表面镀层破裂损坏:只要正常使用,这种损坏不常发生;

2. 腐蚀:这是不可避免的,下面将进行重点分析;

3. 不沾锡(dewetting):这种实效的原因是烙铁头 表层产生了氧化物,由于氧化物是隔热层,阻碍了 烙铁头的传热,当你感觉烙铁头不热时,常常就是 烙铁头出现了不沾锡(其现象是焊锡像水银一样在 烙铁头形成球状);

4. 磨损:正常使用中只要烙铁头与被焊接管脚接触, 磨损就会发生,如果是拖焊,磨损会加剧。

烙铁头的腐蚀失效分析
烙铁头在正常使用过程中会不断被腐蚀,这是无法避 免的,而且在无铅焊接条件下,无铅合金焊料(与其配合 使用的助焊剂)还会加速这种腐蚀,使烙铁头的更换更加 频繁。

解决这个问题的关键在于降低烙铁头的最高和平均温度。 烙铁头里面含有锡,因为锡是一种比铁更活跃的金 属,自然容易侵蚀烙铁头的铁镀层。不管是有铅焊接还是 无铅焊接,锡都是不能缺少的。因此,采用无铅焊接会加 快烙铁头的腐蚀,使烙铁头的寿命有所下降。因为:

1. 锡的含量增大,而锡会腐蚀烙铁头中铁的涂层;

2. 无铅合金的熔点较高。烙铁头被腐蚀的速度与温度成比例;
3. 铁的涂层有较高的氧化率;
4. 助焊剂有更强的腐蚀性。

 

由于材料本身的特性, 所有烙 铁头的涂层表面都有缺陷存在,如图2a所示的裂缝。

焊锡熔化以后势必沿着这些裂缝向铁镀层内渗透。这 种损坏被称为初始的损伤,大部分使用时间(约90%)会导致烙铁头的这种损伤,如图2b所示。

一旦熔化的焊锡穿透铁镀层进入到铜芯的内部,铜材 料就会迅速地被破坏,烙铁头的寿命就终止了。10%的使用时间导致烙铁头这种损坏,如图2c所示。

铁镀层厚度与热传导特性
增加铁镀层厚度虽然可以增加烙铁头的使用寿命, 但将导致烙铁的热传导特性的下降,所以并不是镀层厚度 越厚越好,如图3所示。

烙铁头的镀层质 量和正确的使用维护 方法,直接影响到烙 铁头的热传导特性与使用寿命。

 
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