Σίδερα συγκόλλησης και σταθμοί συγκόλλησης

Η συγκόλληση είναι η διαδικασία σύνδεσης μερών με εισαγωγή τετηγμένου υλικού μεταξύ τους - συγκολλητική ύλη, η θερμοκρασία της οποίας είναι, κατά κανόνα, χαμηλότερη από τη θερμοκρασία τήξης των μερών που πρόκειται να συνδεθούν. Ο σκοπός της συγκόλλησης είναι η επίτευξη μηχανικής σύνδεσης ή ηλεκτρικής επαφής. Παρακάτω, θα εξετάσουμε κυρίως τη συγκόλληση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Λίγη ιστορία

Η συγκόλληση των μετάλλων χρησιμοποιήθηκε στην αρχαιότητα. Πιστεύεται ότι αυτή η τεχνολογική λειτουργία υπήρξε για τουλάχιστον 5000 χρόνια. Ακόμη και όταν η ανθρωπότητα δεν γνώριζε τον σίδηρο και τον χάλυβα, ο χαλκός, ο χρυσός και τα κράματά του έγιναν ευρέως διαδεδομένα. Αλλά ακόμα και τότε, οι κύριοι κυνηγοί χρησιμοποίησαν τη σύνδεση μερών προϊόντων με συγκόλληση.

Οι αρχαιολόγοι βρήκαν χρυσά αγγεία, οι λαβές των οποίων είχαν κολληθεί με χρυσό, καθώς και κράματα χρυσού και αργύρου. Χρυσά αντικείμενα με ίχνη συγκόλλησης βρέθηκαν κατά τις ανασκαφές των τάφων της αρχαίας Βαβυλώνας. Οι επιστήμονες χρονολογούνται 3200 π.Χ.

Στο Αιγυπτιακό πυραμίδες βρέθηκαν επίσης μπρελόκ κοσμήματα. Το γεγονός αυτό αποδεικνύει ότι η τέχνη της συγκόλλησης ήταν γνωστή στην αρχαία Αίγυπτο τη δεύτερη χιλιετία π.Χ. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι οι Αιγύπτιοι δεν συγκόλλησαν με καθαρό χρυσό, αλλά εφευρέθηκαν ένας τρόπος για να μειωθεί το σημείο τήξης του συγκολλητικού χρυσού.

Για το σκοπό αυτό, η σκόνη χρυσού ανοπτήθηκε σε σκόνη άνθρακα. Ως αποτέλεσμα, το επιφανειακό στρώμα του χρυσού ήταν κορεσμένο με άνθρακα (στην τεχνολογία των μετάλλων, αυτή η διαδικασία καλείται τσιμεντοποίηση), και ένα κράμα χρυσού-άνθρακα ελήφθη. Το σημείο τήξης αυτού του κράματος ήταν ελαφρώς χαμηλότερο από εκείνο του καθαρού χρυσού. Τέτοια κράματα καλούνται στερεά.

Μαλακά συγκολλητικά με βάση το κασσίτερο και το μόλυβδο αναφέρονται στα γραπτά του Ρωμαίου συγγραφέα και επιστήμονα Πλίνι - ο μεγαλύτερος, ο οποίος έζησε τον 1ο αιώνα μ.Χ. Έτσι, στο δοκίμιο «Ιστορία της Φύσης» αναφέρεται η χρήση δύο συγκολλητών κασσίτερου - τετραρίου (2/3 μολύβδου, 1/3 κασσίτερου) και αργεντάρια (50% μολύβδου και 50% κασσίτερος). Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτά τα κράματα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται. Ο πρώτος από αυτούς συχνά ονομάζεται τριτογενής και το δεύτερο μισό.

Κατά τη διάρκεια των ανασκαφών της Πομπηίας που πέθαναν κατά τη διάρκεια της έκρηξης του ηφαιστείου Βεζούβιου, οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν μολύβδινους σωλήνες νερού, η σύνδεση των οποίων έγινε με τη συγκόλληση συγκολλητών κασσίτερου-μολύβδου. Οι ίδιοι σωλήνες βρέθηκαν σε ανασκαφές στη Λιβύη και τη Νούβια.

Κατά τις ανασκαφές των οικισμών του 4ου-5ου αιώνα μ.Χ. βρέθηκαν αντικείμενα στην επικράτεια της περιοχής της Άνω Βόλγας, ιδιαίτερα τα μαχαίρια με χαλκό. Στη Ρωσία της Κιέβου, οι δάσκαλοι κολλήθηκαν κλειδαριές, κλειδιά, μαχαίρια με χαλκό με συγκόλληση, γεγονός που δείχνει την υψηλή τεχνική γνώση των κυρίων αυτών των αρχαίων χρόνων.

Χειροποίητα συγκολλητικά σιδερώματα

Έτσι, μπορεί να θεωρηθεί ότι η συγκόλληση του σιδήρου, του χαλκού και των κραμάτων του, καθώς και του αλουμινίου, εμφανίστηκε μόνο μετά την συγκόλληση των πολύτιμων μετάλλων. Αργότερα, εμφανίστηκαν εργαλεία για χειροκίνητη συγκόλληση. Τέτοια σίδερα συγκόλλησης ονομάζονταν θερμαντήρες και θερμάνθηκαν σε φούρνο.

Αργότερα, άρχισαν να χρησιμοποιούνται βεντινοφωτισμοί για τους σκοπούς αυτούς. Τα θερμαντικά σίδερα χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα, και μπορείτε να αγοράσετε ένα τέτοιο συγκολλητικό σίδερο ακόμα και σε ηλεκτρονικά καταστήματα. Η εμφάνιση του θερμοσυγκολλητικού σιδήρου φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Θερμόκολλα

Ηλεκτρικό συγκολλητικό

Και μόνο το 1921 δημιουργήθηκε ηλεκτρικό συγκολλητικό σίδερο. Ο Ernst Sachs, αργότερα ο ιδρυτής της ERSA, έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση. Χάρη στην εφευρετικότητα του εφευρέτη, ένας ηλεκτρικός συγκολλητικός χάλυβας αποκτούσε γρήγορα παγκόσμια συμπάθεια, αποτελώντας πρωτότυπο για τη δημιουργία διαφόρων σχεδίων εργαλείων συγκόλλησης. Αποδεικνύεται ότι αυτή τη στιγμή ο ηλεκτρικός συγκολλητικός σίδηρος έχει μια πολύ σεβαστή ηλικία 93 ετών. Ο πρώτος ηλεκτρικός συγκολλητικός χάλυβας παρουσιάζεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2. Το πρώτο ηλεκτρικό συγκολλητικό σίδερο

Το συγκολλητικό σίδερο είχε σχήμα καλαμιού, ήταν παρόμοιο με ένα συγκολλητικό θερμότητας και προοριζόταν κυρίως για εργασίες κονιοποίησης. Παρόμοια σιδερένια σίδερα υπάρχουν μέχρι σήμερα. Η ισχύς αυτών των σίδερων συγκόλλησης κυμαίνεται από 500 ... 800 Watt. Χρησιμοποιούνται κυρίως για τη συγκόλληση μεγάλων εξαρτημάτων, όπως θερμαντικά σώματα αυτοκινήτων, δοχεία ποτίσματος κήπων, κουβάδες κ.λπ.

Πώς είναι ηλεκτρικό συγκολλητικό

Η αρχή της λειτουργίας ενός ηλεκτρικού συγκολλητικού είναι πολύ απλή. Γύρω από τη ράβδο συγκόλλησης, η οποία συχνά αποκαλείται τσίμπημα, είναι μια σπείρα σύρματος με υψηλή ειδική αντίσταση. Όταν διέρχεται από μια τρέχουσα σπείρα, θερμαίνεται και η θερμότητα που λαμβάνεται δίνεται στη ράβδο συγκόλλησης. Φυσικά, η σπείρα απομονώνεται από την άκρη και από το σώμα από έναν ανθεκτικό στη θερμότητα μονωτήρα. Ως μονωτήρας, η μίκα χρησιμοποιείται συχνότερα. Αυτό είναι το κλασικό σχέδιο ενός συγκολλητικού σιδήρου που έχει επιζήσει μέχρι σήμερα.

Σίδερα συγκόλλησης σοβιετικής εποχής

Κατά τη σοβιετική εποχή, η βιομηχανία παρήγαγε πολλά διαφορετικά σίδερα συγκόλλησης. Στην ερασιτεχνική ραδιοφωνική πρακτική, οι σειρές συγκόλλησης σειράς EPSN με ισχύ 25 ... 100W χρησιμοποιήθηκαν συχνότερα και εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται. Στο διαβατήριο που επισυνάπτεται στα σίδερα συγκόλλησης γράφτηκε: "Ο σχεδιασμός του συγκολλητικού σιδήρου δεν είναι διαχωρίσιμος". Είναι αλήθεια ότι για την πίστη των κατασκευαστών πρέπει να ειπωθεί ότι αυτά τα σίδερα συγκόλλησης εξυπηρετούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η εμφάνιση αυτών των σίδερων συγκόλλησης φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3. Σίδερα συγκόλλησης της σειράς EPSN

Αλλά όλα δεν είναι τόσο κακά και σκληρά. Σε μερικά σίδερα συγκόλλησης, η σπείρα τοποθετείται σε έναν κεραμικό πυρήνα με ένα αυλάκι, ο πυρήνας, με τη σειρά του, εισάγεται σε ένα κεραμικό κύπελλο. Μια ράβδος συγκόλλησης εισάγεται στην κεντρική οπή του πυρήνα - ένα τσίμπημα, και δεν υπάρχει μίκα. Ο συναρμολογημένος θερμαντήρας εισάγεται σε μεταλλική θήκη με ξύλινη λαβή. Το πλεονέκτημα αυτού του σχεδιασμού είναι ότι είναι πτυσσόμενο, οπότε ετοίμαζε ένα εφεδρικό σπιράλ στο κιτ.

Λίγο αργότερα για την πώληση εμφανίστηκαν μικροσκοπικά σίδερα συγκόλλησης της σειράς ERA, χωρητικότητας 18 και 25 W, τα οποία κέρδισαν γρήγορα τη δημοτικότητα μεταξύ ραδιοερασιτεχνών και τηλεματικών. Η εμφάνιση του συγκολλητικού σιδήρου φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Σειρά συγκόλλησης Σειρά ERA

Με τη βοήθεια τέτοιων σίδερων συγκόλλησης, ήταν αρκετά άνετο να συγκολλούνται τρανζίστορ, καθώς και μικροκυκλώματα σε περιπτώσεις όπως DIP και τα παρόμοια με πίσσα 2,54 mm. Για να εξασφαλίσετε την απαιτούμενη θερμοκρασία συγκόλλησης, συνιστάται να ενεργοποιήσετε αυτά τα σίδερα συγκόλλησης μέσω ενός ρυθμιστή ισχύος θυρίστορ. Με αυτή την ένταξη, η ποιότητα των συγκολλημένων αρμών εξαρτάται κυρίως από τα προσόντα, ούτε καν από την τέχνη, από τον εγκαταστάτη.

Οι μάρκες στα πακέτα DIP είναι ήδη ένα πράγμα του παρελθόντος. Τώρα σχεδόν όλο το ηλεκτρονικό εξοπλισμό κατασκευάζεται με εξαρτήματα SMD, οι διαστάσεις των οποίων είναι πολύ μικρές. Ως εκ τούτου, είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί η συγκόλληση υψηλής ποιότητας με τα σίδερα συγκόλλησης που περιγράφηκαν παραπάνω. Τα σύγχρονα σίδερα συγκόλλησης χρησιμοποιούνται, κατά κανόνα, ως μέρος των συγκολλητικών σταθμών.

Διαβάστε περισσότερα για τους σταθμούς συγκόλλησης εδώ:Πώς να επιλέξετε έναν σταθμό συγκόλλησης

Τα στοιχεία θέρμανσης είναι κατασκευασμένα από κεραμικά και έχουν ενσωματωμένο θερμοστοιχείο, η οποία σε συνδυασμό με μια ψηφιακή οθόνη σας επιτρέπει να διατηρείτε μια δεδομένη θερμοκρασία σε ένα ευρύ φάσμα, επιπλέον, με μεγάλη ακρίβεια. Ορισμένα σίδερα συγκόλλησης έχουν θερμοστάτες ενσωματωμένους στη λαβή. Ένα παράδειγμα τέτοιου συγκολλητικού σιδήρου είναι ο συγκολλητικός σίδηρος CT-96 που κατασκευάζεται από τα CT-Εργαλεία. Η εμφάνιση του συγκολλητικού σιδήρου φαίνεται στο σχήμα 5.

Σχήμα 5. Σίδερο συγκόλλησης CT-96

Το Σχ. 6. Στατικό συγκόλλησης

Η θερμοκρασία συγκόλλησης εξαρτάται κυρίως από το σημείο τήξης των συγκολλητικών. Κατά την εγκατάσταση και επισκευή του ηλεκτρονικού εξοπλισμού, κατά κανόνα χρησιμοποιούνται μαλακά συγκολλητικά.

Τύποι συνδετήρων

Όλα τα συγκολλητικά μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: σκληρά και μαλακά. Τα κράματα συγκόλλησης έχουν υψηλό σημείο τήξης - πάνω από 300 ° C, και παρέχουν υψηλή μηχανική αντοχή της σύνδεσης. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι τα συμπαγή κράματα χαλκού-ψευδαργύρου της μάρκας PMC και κράματα με βάση το ασήμι PSR, τα οποία είναι κράματα με διαφορετικά πρόσθετα.

Η θερμοκρασία τήξης της ποιότητος συγκολλήσεως Ρδρ-70 780 ° C, Ρδρ-10 830 ° C, ΡΜδ-36 825 ° C, ΡΜδ-51 870 ° C.Είναι προφανές ότι τέτοια συγκολλητικά είναι εντελώς ακατάλληλα για συγκόλληση ηλεκτρονικών πλακών.

Ως εκ τούτου, μαλακά συγκολλητικά χρησιμοποιούνται για την εγκατάσταση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, η θερμοκρασία τήξης των οποίων δεν υπερβαίνει τους 300 ° C. Χρησιμοποιούνται κυρίως οι συγκολλητές κασσίτερου-μολύβδου της μάρκας POS-61. POS-63, το σημείο τήξης του οποίου είναι 190 ° C. Αυτά τα συγκολλητικά είναι ευτηκτικά, δηλαδή έχουν τις ίδιες θερμοκρασίες τήξης και κρυστάλλωσης.

Το ίδιο το όνομα μιλά για τη χημική σύνθεση αυτών των συγκολλητικών: το POS-61 περιέχει κασσίτερο 61%, το υπόλοιπο είναι μόλυβδος, POS-63, αντίστοιχα, 63% κασσίτερος, το υπόλοιπο είναι μόλυβδος. Αυτά τα συγκολλητικά χρησιμοποιούνται μόνο για χειροκίνητη συγκόλληση και παρέχουν αρμούς συγκόλλησης καλής ποιότητας. Γράφτηκε στα διαβατήρια των σίδερων συγκόλλησης: "Η συγκόλληση πρέπει να είναι λαμπρή, περίγραμμα".

Τα κολλητά POS έχουν υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, υψηλή ρευστότητα στην τετηγμένη κατάσταση και επαρκή μηχανική αντοχή. Ο συνδυασμός αυτών των ιδιοτήτων επιτρέπει τη συγκόλληση πλακέτων τυπωμένων κυκλωμάτων υψηλής ποιότητας, τις ελατηριωτές αναρτήσεις των οργάνων μέτρησης, τα πολύπλευρα σύρματα υψηλής συχνότητας τύπου Litzendrat, καθώς και κρίσιμα εξαρτήματα κατασκευασμένα από χαλκό, χαλκό, ορείχαλκο, χάλυβα. Όταν χρησιμοποιείτε ροές για τη συγκόλληση αλουμινίου, τα εξαρτήματα από αλουμίνιο είναι επίσης καλά συγκολλημένα, για παράδειγμα περιελίξεις μετασχηματιστών και τσοκ σε οικιακές συσκευές.

Σε περιπτώσεις όπου η υπερθέρμανση των συγκολλημένων εξαρτημάτων είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητη, χρησιμοποιούνται συγκολλητικά χαμηλής θερμοκρασίας. Ένα από αυτά είναι το κράμα ξύλου: κασσίτερος - 12,5%, μόλυβδος - 25%, βισμούθιο - 50% και κάδμιο - 12,5%. Το σημείο τήξης αυτού του συγκολλητικού είναι μόνο 70 ° C. Αυτή η θερμοκρασία ονομάζεται ιδιαίτερα χαμηλή. Το κράμα ξύλου χρησιμοποιείται επίσης ως πρόσθετο για τη μείωση του σημείου τήξης των συγκολλητικών χωρίς μόλυβδο κατά την συγκόλληση εξαρτημάτων από τυπωμένα κυκλώματα. Ένα τέτοιο πρόσθετο σας επιτρέπει να κολλήσετε στοιχεία χωρίς να καταστρέψετε την πλακέτα κυκλώματος και το ίδιο το μέρος.

Ο μόλυβδος, όπως γνωρίζετε, θεωρείται μεταλλικό δηλητηριώδες, οι ατμοί του είναι εξαιρετικά επιβλαβείς για το ανθρώπινο σώμα. Επομένως, πρόσφατα, τα συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο για τη συγκόλληση ηλεκτρονικού εξοπλισμού, ιδιαίτερα των οικιακών. Τα συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο είναι ένα αφιέρωμα στις απαιτήσεις της οικολογίας και της προστασίας της εργασίας.

Επικεφαλής ελεύθεροι πυροσβέστες

Το πιο φιλικό προς το περιβάλλον και ασφαλές συγκόλλησης πρέπει να θεωρείται, προφανώς, καθαρός κασσίτερος. Είναι κασσίτερος που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων για κονσέρβες κονσέρβες - κασσίτερος. Αλλά, δυστυχώς, ενοχλητικά ελαττώματα είναι εγγενή σε μια τέτοια συγκόλληση. Πρώτα απ 'όλα, είναι η "πανούκλα πανούργος".

Σε θερμοκρασίες κάτω από 13,2 ° C, ο συγκεκριμένος όγκος καθαρού κασσίτερου αυξάνεται κατά περισσότερο από 25%, πράγμα που οδηγεί στο σχηματισμό μιας άλλης φάσης της ουσίας, του λεγόμενου γκρι κασσίτερου. Επιπλέον, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο έντονη είναι η διαδικασία μετατροπής. Σε θερμοκρασία -33 ° C, ο κασσίτερος μετατρέπεται σε γκρίζα σκόνη, οι μερίδες απλώς καταρρέουν. Είναι σαφές ότι μια τέτοια συγκόλληση δεν είναι καλό.

Αλλά όχι μόνο οι σιτηρέσιες καταρρέουν. Έτσι, το 1912, ήταν η πανούκλα που προκάλεσε το θάνατο της αποστολής του Ρόμπερτ Φάλκον Σκοτ ​​στο Νότιο Πόλο. Η αποστολή έμεινε χωρίς καύσιμο, η οποία διέρρευσε μέσω συγκολλημένων ραφών στις δεξαμενές καυσίμων.

Λόγω της πανώλης των κασσίτερων, πολλές πολιτιστικές αξίες, ιδίως, οι συλλογές στρατιωτών κασσίτερου, πέθαναν. Για παράδειγμα, στις αποθήκες του Μουσείου Αλέξανδρου Σουβόροφ στην Αγία Πετρούπολη, αρκετές δεκάδες στρατιώτες κασσίτερου απλώς κατέρρευσαν στη σκόνη εξαιτίας μιας καινοτομίας στη θέρμανση. Αυτό συνέβη σε άλλα μουσεία σε όλο τον κόσμο.

Για να δημιουργηθούν συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο με βάση κασσίτερο, προστίθενται διάφορα συστατικά: χαλκός, ψευδάργυρος, ασήμι, χρυσός, ίνδιο. Αυτά τα πρόσθετα σας επιτρέπουν να αποφύγετε το σχηματισμό γκρι κασσίτερου, προστατεύστε τον εαυτό σας από πανώλη κασσίτερου

Οι συνδετήρες των ακόλουθων συνθέσεων χρησιμοποιούνται συχνότερα για συγκόλληση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων: κασσίτερο - 52%, ινδίου - 48%. κασσίτερος - 91%, ψευδάργυρος - 9%. κασσίτερος - 97%, άργυρος - 2,3%, χαλκός - 0,7%. Δεν παρατηρούνται επιβλαβή μέταλλα. Το σημείο τήξης αυτών των συγκολλητικών ουσιών βρίσκεται στην περιοχή των 300 ° C, η οποία είναι σημαντικά υψηλότερη από εκείνη των συγκολλητικών ουσιών από κράματα κασσιτέρου και μολύβδου.Όποιος έχει επιδιορθώσει ποτέ σύγχρονα ηλεκτρονικά γνωρίζει πολύ καλά.

Η τιμή για την αβλαβότητα είναι ότι όλα τα συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο έχουν μικρότερη ρευστότητα στην τετηγμένη κατάσταση και χαμηλότερη διαβρεξιμότητα των συγκολλημένων επιφανειών. Οι ειδικές ροές που χρησιμοποιούνται για τη συγκόλληση με συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο βοηθούν στην προστασία από αυτό το μειονέκτημα. Παρόλα αυτά, η ποιότητα μιας ραφής που γίνεται με συγκολλητικά χωρίς μόλυβδο είναι χειρότερη από τη χρήση συγκολλητικών κασσίτερου-μολύβδου. Αλλά η επιστήμη δεν παραμένει ακίνητη, διεξάγεται συνεχώς έρευνα για τη βελτίωση της ποιότητας των συγκολλητικών χωρίς μόλυβδο, έτσι ώστε η αντικατάσταση να είναι ισοδύναμη.

Πολλά σύγχρονα μικροκυκλώματα είναι διαθέσιμα σε περιπτώσεις BGA (English Ball grid array - μια σειρά μπάλες). Τα συνηθισμένα συμπεράσματα - τα πόδια αυτών των μικροκυκλωμάτων δεν το κάνουν. Ο ρόλος τους παίζεται από μπάλες από συγκολλητική ουσία που εναποτίθενται πάνω στα τακάκια επαφής στο κάτω μέρος του σώματος. Για τη συγκόλληση τέτοιων μικροκυκλωμάτων εμφανίστηκαν νέοι τύποι συγκολλήσεων - οι πάστες συγκόλλησης που εφαρμόζονται με τη μέθοδο της οθόνης.

Οι πάστες συγκόλλησης αποτελούνται από διάφορα συστατικά: το ίδιο το συγκολλητικό υλικό σε μορφή λεπτόκοκκης σκόνης, στερεά σωματίδια ροής του ίδιου μεγέθους. Αυτά τα συστατικά καθίστανται πάστα λόγω της παρουσίας συνδετικών υλικών, κυρίως συνιστωσών υγρής ροής και πτητικών διαλυτών.

Είναι σαφές ότι τέτοια μικροκυκλώματα δεν μπορούν να συγκολληθούν με ένα συνηθισμένο συγκολλητικό σίδερο. Αυτό απαιτεί τη χρήση ειδικών μεθόδων συγκόλλησης στις οποίες η θέρμανση πραγματοποιείται με θερμό αέρα ή υπέρυθρη ακτινοβολία. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται σταθμοί συγκόλλησης με ζεστό αέρα ή υπερύθρες.

Συνέχεια του άρθρου: Ηλεκτρικά σίδερα συγκόλλησης. Τύποι και σχέδια