高频感应焊锡技术创新研究

叶惠能

1选题依据

1.1研究背景

随着科学技术的快速发展，焊锡成为我国航空航天制造中关键的工艺之一，而且在许多的电子产品中也需要运用到焊锡工艺，在电子产品的电路板焊接工艺中，部分零件会因为在工艺上不方便通过波峰或者是回流焊工艺很好的焊接在电路板上，这时就需要运用传统的烙铁焊锡工艺，有的时候也需要运用感应圈进行焊锡[1]。但是不管是传统的焊接工艺还是高频感应圈焊锡工艺，两者都有不同的优缺点，传统的焊锡工艺焊接一致性较差，焊接的效率与质量也比较低，耗材成本高，但是运用激光焊锡机就会增加投入成本，激光焊锡机的价格比较昂贵，耗材的成本也比较高，一般情况下不使用[2]。目前市场上的各种焊接技术，包括激光，都是利用外部的能量使焊接点被动发热，这种焊点被动发热的焊接方式或多或少的都会造成“冷焊”的现象，因为外部热源（烙铁嘴）或能量（激光）使锡丝熔化后包围在焊盘和零件脚上，然而焊盘和零件脚可能还没达到焊接所需的温度，从而造成俗称的“冷焊”或“虚焊”，“冷焊”或“虚焊”是电子电器的严重缺陷，可以想象，汽车或其他交通工具的控制板有“冷焊”现象的话，极有可能造成严重事故。

在实际生活中，也有使用感应圈加热焊锡的工艺，但是很容易让焊接位置附件的范围同时加热，这种用感应圈直接加热焊锡的工艺方式只适合于极少数大焊点的场合。经研究想要解决这个问题就需要在感应圈当中设置好磁棒，使用较小直径的磁棒来完成传导感应磁场的工作，从而减小发热点，提高焊接的精准度。但是在实际开展焊接工作时，磁棒的工作温度会显著提升，在短时间内达到居里点温度，直接导致焊接工作不能连续进行，焊接的效率与质量也会受到影响[3]。根据实际研究，目前的风冷方式不能让磁棒的工作温度显著下降。所以需要对现有的感应焊接机构进行改造，针对现有技术存在的问题，提供一种焊接机构，通过设置具有腔体的冷却护套，让冷却介质通过第一导电管进入腔体内部，使得感应圈与磁棒进行降温冷却，然后通过第二导电管流出腔体，使感应圈与磁棒同时降温，这样可以让磁棒在工作过程中有效地散热降温，使焊接工作可以连续进行，提高焊接工作的效率[4]。

1.2研究价值

通过对高频感应焊锡技术创新进行全面研究，利用集磁棒感应发热进行焊锡的方法及装置，这项研究不仅涉及到了电子电器及机电行业，还涉及到焊接行业，需要运用焊锡工艺。通过对高频感应焊锡技术创新进行全面研究，解决了目前使用烙铁焊锡工艺开展焊接工作时出现的问题，本次研究采用高频电源为感应线圈提供高频工作电源，然后让感应线圈内部产生高频交变磁场，最后再使用集磁棒将感应线圈内部的高频交变磁场能量传递到焊接位置和焊接的锡线中。通过对高频感应焊锡技术创新进行全面研究，需要采用电磁原理，利用磁力线在金属表面形成涡流所产生的热能进行焊接。这样让焊接一致性更好、有效提高生产效率、让能量可以更加集中传递、更加节能、减少耗材量、节约生产成本、利用高频焊接工艺能够连续生产、提高生产效率与质量，从而促进焊锡领域工艺技术的更新换代。

2研究内容

本项目研究的高频感应焊锡，是通过电磁感应使焊盘和零件脚主动发热，焊盘或零件脚达到焊接温度后送锡丝焊接，如果焊盘温度没有达到焊接温度，锡丝是不会融化的，如果送丝到焊盘正常融化，则证明焊盘已经达到焊接温度，因此，这种焊盘焊点主动发热的焊接方式，提出情况下是不会出现“冷焊”的，因此，感应焊锡是更可靠的焊锡技术。本次研究需要采用下述技术方案。焊接结构由冷却介质可以通过的第一导电管、第二导电管、感应圈、磁棒以及冷却护套组成。第一导电管需要与第二导电管彼此间隔设置；冷却护套需要与第一导电管和第二导电管端部相连，在冷却护套的内部具有腔体；第一导电管和第二导电管端部又与腔体连通，然后冷却介质从第一导电管流入腔体，从第二导电管流出腔体；感应线圈与第一导电管和第二导电管端部在腔体内连接；磁棒需要装置在冷却护套上，从上端伸入感应圈。具体而言，上述第一导电管和第二导电管外部与内部的管体结构都设计为半圆形，第一导电管和第二导电管拼凑时是圆柱形，这样可以让焊接机构整体的结构更加的美观紧凑，还可以有效提高冷却介质的流量，大大降低感应圈与磁棒的热量，使得降温效率显著提升，焊接机构的工作能够连续进行。

本次研究主要目的是解决其它焊锡工艺进行焊接时存在的问题。利用集磁棒感应发热开展焊锡工作，利用集磁棒感应发热开展焊锡工作需要有高频电源，高频电源连接有穿插集磁棒的感应线圈；线圈支撑座，高频电源的高频头电路设置在线圈支撑座当中；自动送锡装置。其中感应线圈需要通过安装头安装在线圈支撑座上，集磁棒需要通过架体与线圈支撑座进行相对固定安装，感应线圈穿插的集磁棒不止一个，多个以上的需要每个集磁棒与感应线圈之间的间隙配合，而且本次研究所用到的感应线圈的形状应该为圆形或者是椭圆形。

3具体研究方法

3.1焊接机构具体的实施方式

首先利用不同的数字代表不同的焊接机构组成部分。10号第一导电管、20号第二导电管、30号感应圈、31号圈体、32号连接臂、40号磁棒、50号冷却护套、51号腔体、52号通孔、53号接入孔、54环形连接孔、60号隔离片、70号固定件。如图1、图2、图3、图4、图5所示。

一种焊接机构主要有能够让冷却介质通过的10号第一导电管与20号第二导电管、30号感应圈、40号磁棒以及50号冷却护套，10号第一导电管与20号第二导电管两者之间需要并排间隔放置，通过60号隔离片把10号第一导电管与20号第二导电管隔开，还需要利用70号固定件把10号第一导电管与20号第二导电管进行相对固定，10号第一导电管与20号第二导电管之间需要留有间隙。在具体实施过程中，30号感应圈不是完全封闭的，感应圈当中的31号圈体的两端需要与32号连接臂相连，让40号磁棒伸入31号圈体的内部，把32号连接臂对应焊接到10号第一导电管与20号第二导电管，焊接的部位可以是两个导电管端部的外壁、内壁、端面上，使得散热效果更理想。

图1

图2

图3

50号冷却护套需要与两个导电管的外壁密封连接，50号冷却护套上端与53号孔相连，两个导电管的端部插入53号孔中，51号腔体在50号冷却护套内部中，两个导电管通过53号孔与51号腔体相连。40号磁棒又装到50号冷却护套上，它的上端伸入30号感应圈中，下端与50号冷却护套的下端齐平，这样可以让40号磁棒更靠近加热点，使得加热效率显著提高，还可以把40号磁棒隐藏在52号通孔当中，利用非金属材料堵住52号通孔的下端，提高整体的密封性能。需要把圆柱形的40号磁棒放入31号圈体内侧，40号磁棒的直径比31号圈体小，需要留有一定的缝隙让冷却介质通过，40号磁棒与30号感应圈利用绝缘胶水相连。

图4

图5

图6

3.2具体实施方式

本次研究的工作原理是在加热程序开后，第一导电管10和第二导电管20与感应圈30形成闭合回路,感应圈30产生的感应磁场通过磁棒40进行传递,对应磁棒40前方的焊点被加热；具体焊接作业时，将磁棒40下端对准待焊接元件的焊接位置，磁棒40对焊接位置加热，在设定的预热时间后，通过自动送锡机构对焊接点送锡，送锡完成后，程序停止加热焊接完成。该焊接机构可用于各种金属材料的焊接，还可以用于透热、熔炼、热处理等工艺。

第一导电管10和第二导电管20均呈半圆形，第一导电管10和第二导电管20内部管体结构也呈半圆形；该第一导电管10和第二导电管20彼此拼凑呈圆柱状，并于第一导电管10和第二导电管20之间设置有将两者彼此隔开的隔离片60，该隔离片60可以为一片或多片的形式。该感应圈30包括圈体31和连接于圈体31两端的连接臂32，上述磁棒40上端伸入圈体31内，两连接臂32对应焊接固定于第一导电管10和第二导电管20内壁上。由于第一导电管10和第二导电管20内部管体结构呈半圆形，管体截面积较大，将两连接臂32分别设计为片状，并伸入管体内平面内壁上焊接固连，把连接臂32全部没入冷却介质中，且连接臂32为片状结构，可更快散热，从而使感应圈30加速降温。连接臂32根据需要连接于第一导电管10和第二导电管20之外壁、内壁或管体端面上。当需要对两个距离较近的相邻焊点进行焊接操作时,可以对应每个焊点分别设置一根磁棒40，两根磁棒40均位于圈体31内侧，磁棒40与焊点一一对应，第一导电管10和第二导电管20端部连接于该环形连接孔54中，可以采用螺纹连接方式或者是胶水将第一导电管10和第二导电管20与冷却护套50紧固连接固定。在环形连接孔54底部设置有用于密封第一导电管10、第二导电管20端部与腔体51之间缝隙的密封圈80。将第一导电管10和第二导电管20外形和内部管体均设计为半圆形，第一导电管10和第二导电管20可以拼凑呈圆柱状，使焊接机构整体结构更加紧凑，同时半圆形的管体构造可以容纳更大流量的冷却介质，加快焊接机构的散热效率。导线和冷却液导管彼此分开，然后采用一根软管将两者套在软管内。

图7

4研究的创新点

本次利用集磁棒感应发热开展焊锡工作，突破传统的烙铁焊锡工艺理论单方面的研究，提高焊接可靠性，解决生产效率低、焊接一致性差、成产成本高、耗材量大的等等问题，具有非常重要的实践价值。

参考文献：

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