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波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

2019-05-05 11:30
可靠性杂坛
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(钎料:Sn44Pb)溶解强化:当少量的合金元素加入到合金晶格时,会产生某种物理的内应力使合金强化,称为溶解强化现象。Nightingale和Hudson通过试验研究,归纳出可用于表示接头厚度和焊接温度之间关系的公式,并得出了对应最大接头强度下的接头厚度-焊接温度的平滑曲线,如图14所示。该曲线极近似于双曲线,因而得出了如下的实用公式:(T-t)S=K (7)式中 T——焊接温度;t——SnPb合金的固相线温度;S——接头厚度;K——由经验求出的常数,K=0.34。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图14接头强度最高条件下的焊接温度与接头厚度的关系

图14中表示的理论曲线和实验曲线极为相似,以至于可以把它看做有关接头最高强度、接头厚度和焊接温度三者的关系定律。对于SnPb低共熔成分的钎料来说,K值可能是相同的,而且与被焊材料无关,但可能与所采用的助焊剂有关。低温焊接接头和间隙较小的接头几乎总是具有助焊剂杂质。显然,在较高焊接温度下可采用厚度较小的接头,因为高温下钎料的流动性好,而在较低温度下较黏的钎料不能较好地填充和渗入所要填充的间隙。当温度超出了图14所示的讨论范围时,则不能再使用此曲线,因为在较低的温度下钎料不易润湿基体金属。而当温度过高时,由于氧化和助焊剂等因素的干扰,也可能得出错误的结论。

5. 接头强度随钎料合金成分和基体金属的变化剪切和拉伸强度所代表的接头强度取决于被焊的基体金属,因为基体金属具有作为溶解强化元素的作用。在图15所示的实用范围内,Hudson和Nightingale证实了基体金属对钎料接头的影响。在图15中可比较出接头性能随钎料体成分的变化情况。该图表明,当溶解强化效应起作用时,它成比例地以纯钎料体强度曲线同样的形式影响钎料强度。图15中,曲线1表示SnPb钎料的性能,曲线2表示SnPbSb钎料的性能。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图15 焊接接头强度随钎料合金成分和基体金属的变化

6 .钎料接头的蠕变强度不同钎料成分的焊接接头的抗蠕变强度与温度的关系如图16所示。在高温下抗蠕变强度显著变小,例如,在SnPb钎料中添加少量的Cu、Sb元素,即可有效地改善其抗蠕变能力。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图16 焊接接头的抗蠕变强度与温度的关系

Baker 的研究工作比较了应力-寿命曲线,给出了应力和该应力作用下接头至断裂所经历时间的关系曲线,如图17和图18所示。Baker也比较了由应力-寿命曲线导出的对应于500天寿命的应力,如表4所示。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图17 剪切应力,室温下单搭接接头的耐久性

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图18 剪切应力,在80℃下单搭接钎接接头的耐久性

表4 室温下钎料和钎料接头耐蠕变性能的比较

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

从以上分析可知,对于焊接铜和黄铜来说,纯钎料合金和不太纯的钎料合金之间的差别显著减小。这是因为从基体金属溶解下来的铜扩散到钎料晶格中,并将其本身的性能赋予了钎料。从黄铜上溶解下来的锌元素对接头性能的改善作用甚至于比铜还强,因此黄铜的焊接强度比较高,仅从此点看,在SnPb钎料中添加锌元素是有益的,但锌元素对钎料的其他性能是特别有害的。根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编

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