第八章 錫焊檢測方法
8．1 錫焊檢查的意義
錫焊的最終工序是進(jìn)行檢查。由于錫焊部分存在缺陷，所以檢查是完全必要的。通過嚴(yán)格的檢查僅要發(fā)現(xiàn)所有的缺陷，而且要針對(duì)發(fā)生缺陷的原因采取相應(yīng)的預(yù)防措施。
焊接的檢查大致有兩種：一是焊前檢查，即檢查母材表面、焊料、助焊劑等是否滿足適當(dāng)?shù)暮附訔l件；二是焊后檢查，即檢查焊接是否確實(shí)可靠，有無焊接的缺陷。
8．2 可焊性的檢查方法
迄今為止，可焊性有種種評(píng)價(jià)方法，如圖8-1所示，大致可分為定量表示的基礎(chǔ)評(píng)值法和實(shí)用的應(yīng)用評(píng)值法。無論哪一種評(píng)值法，都是要測定焊料的潤濕性。其測定量有：擴(kuò)展面積、潤濕接觸角、潤濕狀態(tài)(日視)、潤濕時(shí)間、附著張力等。因此，每種評(píng)值法所得出的值都有不同的意義。根據(jù)某一種評(píng)值法的結(jié)果，并不能判斷可焊性的一切，所以應(yīng)采用適合于測定目的的評(píng)值法。
在一定條件下，對(duì)焊接的各元器件進(jìn)行可焊性測定不僅具有焊前檢查的意義，而且對(duì)焊接下序管理也有用處。這種有意義的檢查，希望在焊接前進(jìn)行。
8．2．1．?dāng)U展試驗(yàn)
它是測定焊料在母材平板上的擴(kuò)展性，是測定熔融焊料潤濕性最普通的方法。用擴(kuò)展試驗(yàn)對(duì)可焊性的評(píng)值法有擴(kuò)展面積、擴(kuò)展率(焊球高度和擴(kuò)展高度之比)、接觸角等。
1．?dāng)U展面積法，擴(kuò)展面積法是把一定量的焊料在規(guī)定的母材板上擴(kuò)展以測定擴(kuò)展面積。擴(kuò)展面積越大表示可焊性越好。評(píng)值法有兩種：一定體積(或重量)的焊料的擴(kuò)展面積的對(duì)比。
本法的優(yōu)點(diǎn)是不用特殊試驗(yàn)裝置就能簡便地定量評(píng)定可焊性的數(shù)值，也可應(yīng)用于助焊劑的性能試驗(yàn)。
2．?dāng)U展率法(ASTM-B-545)。擴(kuò)展率法是用一定量的焊料在母材板上擴(kuò)展，如圖8-2所示。擴(kuò)展率是特?cái)U(kuò)散焊料作為一個(gè)球的直徑和焊料擴(kuò)展中心高度之比，可用下式求得：
擴(kuò)展率(％)=(D-H)／D×100
式中，H為擴(kuò)展后焊料中心高度(mm)；D為試驗(yàn)用“焊球”的直徑(mm)。
用擴(kuò)展面積法評(píng)值，可焊性可以和一定量的焊料對(duì)比表示出來。用擴(kuò)展率評(píng)值，有能定量表示的優(yōu)點(diǎn)。但是也有缺點(diǎn)，焊料擴(kuò)展不均勻時(shí)，測定H就很困難。
ASTM規(guī)定的測定溫度為250±5℃。
3．接觸角法。焊料潤濕接觸角測定法可采取擴(kuò)展試驗(yàn)后的試片，沿?cái)U(kuò)展面積中心作垂直切斷后研磨，然后用放大投影儀或顯微鏡來進(jìn)行直接測定，如圖8-3所示，將焊料擴(kuò)展看作不完整的球形而間接求得其接觸角θ。
接觸角(θ)=2tan-lh/X
式中,h為擴(kuò)展焊料的高度；x為擴(kuò)展焊料的半徑。
θ越小，則焊料的擴(kuò)展性越大，即可焊性越好。美國RCA公司提出用目視接觸角測定法來評(píng)定元器件引線可焊性的方法，如圖8-4所示。把共晶焊錫絲(Φ
0．25mm)在引線上繞一圈，除去多余的線，然后將焊錫線圈浸入聚乙烯二醇恒溫液中熔化，用目視法測定熔化在引線上的焊料接觸角。
8．2．2．表面張力測定試驗(yàn)
表面張力法是利用母材與焊料之間所作用的表面張力來測定可焊性的方法。
潤濕稱量法是能定量地直接記錄焊料潤濕過程的唯一方法，不僅可作可焊性試驗(yàn)，并且可以應(yīng)用于分析潤濕現(xiàn)象。
1．原理。金屬試驗(yàn)片垂直浸入熔化焊料，焊料潤濕試驗(yàn)片則附著張力沿直線方向產(chǎn)生作用。由于附著力是接觸角的函數(shù)，表示潤濕的尺度，因此如能定量測定這個(gè)附著張力，便能定量求得焊料的潤濕性，用新月圖法定量測定附著張力，可間接求得接觸角的時(shí)間變化。焊接過程則可用定量來表示。其測量方法如圖8-5所示。將試驗(yàn)片(板、線材)的一端浸入熔化的焊料中，根據(jù)焊料的潤濕情況來正確測定試驗(yàn)片(板、線材)上作用的附著張力隨時(shí)間的變化，以評(píng)定可焊性，如圖8-6所示。試驗(yàn)片(棒狀)上所作用的潤濕力，由于附著張力向下拉，浮力向上推，故潤濕力為上述二力之差，于是得出以下列關(guān)系式：
F=rifcosθ·2πr-πr2ρgh
式中，F(xiàn)為試驗(yàn)片上的作用(潤濕力)；rif為焊料的表面張力(焊料—助焊劑的表面張力)；θ為接觸角;r為試驗(yàn)片的半徑；ρ為焊料的密度；g是重力加速度；h為浸入深度。
當(dāng)h→0，則F=rifcosθ·2πr：K·cosθ(K：常數(shù))
由于F只是θ的函數(shù)，因此只要測定F即可間接求得表示潤濕度的接觸角9的變化。
試驗(yàn)片從浸入熔融焊料后到取出的一段時(shí)間內(nèi)，隨時(shí)間變化的F值和接觸角的關(guān)系如圖8-7所示。
2．裝置新月圖法的裝置由3部分組成：一種是把焊料槽固定，讓試驗(yàn)片和應(yīng)力檢測器成為一體而上下移動(dòng)；另一種是固定試驗(yàn)片，讓焊料槽作上下移動(dòng)。
潤濕力檢測裝置是新月圖法最重要的裝置。能否精密測出微小應(yīng)力的變化，取決于該裝置的精密度。潤濕檢測法如圖8-8所示，用彈簧(板、線圈)或用電子天平來檢測潤濕力。前者是利用彈簧的楊氏模量和用微小變位計(jì)讀得變位而求得應(yīng)力。后者在天平秤的一端懸掛試驗(yàn)片，由于加力于試驗(yàn)片產(chǎn)生微小的變位，將它檢波放大送至天平秤另一端的一個(gè)機(jī)構(gòu)中，作為傳動(dòng)線圈的動(dòng)力而起負(fù)反饋?zhàn)饔?。因?qū)υ囼?yàn)片作用的潤濕力和電流成正比例，故記錄線圈電流的時(shí)間變化，便得知潤濕的過程。圖8-9為電子天平秤試驗(yàn)裝置方框圖。
3．求值法 潤濕稱量的可焊性求值法，是將 表示潤濕力和時(shí)間兩者關(guān)系的新月圖曲線進(jìn)行分析得到可焊性數(shù)值。
根據(jù)分析方法的不同，各自的意義也不同。因此，對(duì)可焊性的數(shù)值也帶來了不同意義，潤濕稱重典型的潤濕曲線如圖8-10所示，它的過程可以分為3個(gè)階段。
第1階段(t0-t3)，從浸入到開始潤濕的一段時(shí)間(浮力對(duì)試驗(yàn)片產(chǎn)生作用》第2階段(t3-t2)，進(jìn)行潤濕時(shí)間觸角逐漸減小，潤濕力增大)；第3階段(＞t2)潤濕力達(dá)到最大值。這些階段各有其意義，解釋方法不同，焊性數(shù)值也不同。
潤濕稱量法的分析方法大致有兩種情況：一是測定曲線特定點(diǎn)的代表值；二是對(duì)曲線的全過程月求值。 求圖形曲線的代表值，即在圖形曲線上規(guī)定采用有一定的潤濕力數(shù)值和潤濕力為0的時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)值,然后對(duì)試驗(yàn)片的可焊性進(jìn)行研究。如圖8-10所示，它在假定t1和PW值的情況下測定時(shí)間t2以及W值，采用MIL規(guī)格。按MIL-STD-883D規(guī)格將PW規(guī)定為300dyne／cm，t1為0．59秒，t2在1秒鐘以下。這種求值在實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)中已經(jīng)使用，并廣泛應(yīng)用于元器件可焊性的前期檢查
