1、焊接技术发展水平及无铅焊接技术研究学号：10382038 姓名：苏留金摘要：随着现代工业和现代制造业的高速发展，焊接技术在基础行业建设以及经济发展方面起到了越来越重要的作用。在焊接技术不断更新的今天，我国的焊接技术相比国外发达国家还是有一定差距，因此，要促进我国经济持续高数发展，对焊接技术的研究显得尤为重要。本人经过收集大量的资料，对当前我国内外的焊接技术发展水平进行仔细研究，也对当前的焊接热点研究技术无铅焊接技术进行深入研究，给出了无铅焊接的相关信息，以供参考。关键字：焊接技术，发展水平，无铅焊接引言：随着经济全球化的进一步发展，各国的经济在不断的发展中，国际竞争日趋激烈。伴随着现代工业和现
2、代制造业的高速发展，焊接技术已经日渐广泛的运用在宇航、航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业部门中，不断显示出它的重要意义。可以说，焊接技术的高低将会成为衡量一个国家综合国力强弱的一个技术要素。对焊接技术的研究已是迫不及待的事，也将是大势所趋。一 当前焊接技术发展水平1国际焊接技术发展水平世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程数字化 、自动化、智能化控制为特征。据有关资料介绍，全世界钢铁产量中约有 50%左右是通过焊接加工由原材料变成成品的。目前，很多焊接作业已采用机械化、自动化、数控、人工智能等很多高新技术。据有关资料不完全统计，在一些工业发达国家焊接机械化的平均水平已达 70%8
3、0% 。焊接工人在国外的发展状况是专业化程度提高，而操作日趋简便化、自动化、一体化，这是与国外电焊技术高度发展相对应的。国外普遍采用自动电焊设备，其自动化程度及控制精度高，焊接质量稳定。所以，电焊工不但要掌握电焊方面的基础知识和专业技能，还要能使用和操作各类先进、精密的电焊设备和控制、检测仪器。2我国焊接技术的整体发展水平我国的焊接自动化率只有 20左右，国家从上个世纪末开始逐渐在各个行业推广体保护焊，取代手工电弧焊，现已初见成效。在国内，无论是从目前焊接设备 和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术和发展方向上看，我国现化焊接技术已有很大发展, 部分产品技 术已达到或接近国
4、外先进水平，特别是逆变式焊机技术。今年我国现代焊接技术将继续向着高效、智能节能环保、机电一体化和成套焊接 设备以及规模生产方面发展。（一）逆变式焊机技术已成熟，正在全国推广应用 逆变式焊机节能 20%-30、省材 80-90%，易实现多功能、自动化和智能化等突出的优点，而且我国研发和生产技术已成熟，产量和品种发展很快，国家已经把它列入高科技产品目录，根据不完全统计，连续两年以 43-45的速度增长，占各门类焊机总数的 7%-9%，即接近 110。逆变式焊接技术与发展的大体水平，可归纳如下几点： 1.1 大功率逆变技术增大至 1000A 埋弧以及 630A 的手工弧焊/TIG，电弧气刨以及250
5、A 级的空气等离子切割等工艺已成熟应用。 1.2 逆变式 CO2 焊机技术推广打开了一个新局面：逆变式 CO2MAG/MIG 直流、脉冲、交流方波焊接设备，通过增大功率（最大 630A） 、波形控制、一元化调节，引弧收弧控制等技术的引入，减少了飞溅，改善了成型，可以部分满足高档焊接结构的需要。 1.3 以 DSP 为代表的数字化控制技术：已有报道，少数厂家有展出和进入市场。这标志着我国逆变式高性能焊机技术正逐步与国际水平接轨，但技术水平和性能有差距。（二）波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展 自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备条件，2000
6、2002 年 CO2MIG/MAG 焊机产量，占总产量 11%-13，比上年增长 26-63，埋弧焊产量增长 107-150%。2000 年我国点弧焊机器人已达到 980 台。 通过模糊控制、神经网络、传感器、数据库（专家系统） 、IC 卡、数字化控制对焊接电流进行精细和智能调节，把焊接“粗活”做细、做精、做快等等，科研水平达到或接近国外先进水平，但在实际应用上，与国外的差距较大。 （三）成套、专用焊接设备整体制造能力与水平较大提高，发展出现较好的势头 近年来，由于用户更高的要求，我国成套、专用焊接设备不仅整体制造能力与水平较大提高，还在基础件、配套件的选用方面下了功夫，并有许多新突破，通用产
7、品部分已接近或达到国外水的水平，但是特种焊接设备和重大装备的生产水平不能满足国内用户的需求，进口额度有增无减，达近 3 亿美元，与我国焊机年产总值相当。（四）焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大 我国焊丝产量从 1995-2000 年的 63 万吨增至 109 万吨，其中，实芯焊丝从 6 万吨增至 11 万吨；埋弧焊丝从 2.3 万吨增至 6 万吨。可见，焊丝生产与焊条比有较大幅度的增长，从而推动了半自动、自动焊方法的推广。尤其是大型或特大焊接结构厂，焊丝和自动化使用已达 78。2000 年我国焊丝用量为 109 万吨，完成的焊接结构 4590 万吨，占钢材产量的 35，焊材产量与钢材产量
8、之比为 0.83，大于世界发展中国家的比例（ 0.65-0.8） 。二 焊接技术研究热点- 无铅焊接技术1.无铅焊接各个研究点（一）无铅焊料的研究焊料的机械特性在测定焊接后组件的长期行为是非常关键的，焊料合金在“高温”下会受到粘塑性施加应力的作用，也可能会“老化” 。（二）无铅装配和焊剂的要求研究要综合考虑技术组合，函告试验标准和规范，波峰焊焊剂标准三大要素，无铅焊膏要鉴定，焊接接头的机械验证（三）无铅装配产品的评定从锡铅装配到无铅装配时，对于 SMT 贴装的 DFM 没必要做太大的改变。无铅通孔焊接比锡铅通孔焊接更具有挑战性，评定步骤要可靠（四）无铅制造成本原料和设备的成本，培训及工艺改良费
9、用，材料采购及与工艺有关的成本，基础设施及总体成本12.暂时存在的问题或者是有待考虑的问题（一）无铅焊接的可靠性问题值得关注1.1 由于有铅和无铅混用时,特别是当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时,会发生严重的可靠性问题1.2 因为铅是比较软的，容易变形，因此无铅焊点的硬度比 Sn/Pb 高,无铅焊点的强度也比Sn/Pb 高 ,无铅焊点的变形比 Sn/Pb 焊点小,但是这些并不等于无铅的可靠性好 1.3 由于无铅焊料的润湿性差,因此空洞移位立碑等焊接缺陷比较多,另外由于熔点高,如果助焊剂的活化温度不能配合高熔点,由于助焊剂浸润区的温度高时间长,会使焊接面在高温下重新氧化而不能发生浸润和扩
10、散,不能形成良好的界面合金层, 其结果导致焊点界面结合强度( 抗拉强度)差而降低可靠性1.4 有铅焊料与无铅焊端混用时,有铅焊料先熔, 而无铅焊端( 球)不能完全熔化,使元件一侧的界面不能生成金属间合金层,BGACSP 一侧原来的结构被破坏而造成失效,有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差BGA CSP 无铅焊球是不能用到有铅工艺中的1.5 无铅焊料的返修相当困难,主要原因是无铅焊料合金润湿性差温度高工艺窗口小（二）正处在有铅向无铅过渡期，理论应用各类综合指标不成熟完善1.1 电子制造正处于从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段,无铅材料印制板元器件检测可靠性等方面都没有标准1.2 无铅工艺对元器件的挑战首先是耐高温，必须考虑元器件能否耐高温的问题1.3 考虑高温对器件内部连接的影响无铅元器件的内部连接材料也要符合无铅焊接的要求1.4 有铅元器件的焊端绝大多数是 Sn/Pb 镀层,而无铅元器件焊端表面镀层的种类很多究竟哪一种镀层最好,目前还没有结论, 因此还有待无铅元器件标准的完善1.5 无铅工艺对助焊剂的要求,首先由于焊剂与合金表面之间有化学反应,因此不同合金成分要选择不同无铅工艺对助焊剂的要求,首先由于焊剂与合金表面之间有化学反应,因此不同合金成分要选择不同参考文献1 Sammy G.Shina 著，张永平译。 绿色电子-产品设计与制造 北京：人民邮电出版社 2009
