工件碱性镀锡后焊接性差的原因分析资料.docx

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工件碱性镀锡后焊接性差的原因分析资料

工件碱性镀锡后焊接性差的原因分析

导弹、子弹及引信产品电路部件中，接电片/柱、铆钉、接线柱等小零件镀锡非常常见，这些镀锡零件除应具备良好的导电性外，还应有优异的焊接性。

但近几年，笔者所在单位多次得到客户反馈，镀锡零件存在不挂锡、焊接性较差的现象。

经统计，承担的镀锡零件有200 余种，曾出现焊接性差的零件有10 种，占5%，问题相当严重。

因此立即开展了工件碱性镀锡后焊接性差的原因分析。

1·工艺流程

镀前处理─镀铜（CuCN 15 ~ 35 g/L，NaCN 20 ~45 g/L）─水洗2 道─活化（HCl 60 ~ 100 g/L）─水洗2 道─碱性镀锡（Na2SnO3·3H2O 20 ~ 30 g/L，NaOH 10 ~16 g/L）─热水洗（60 ~ 100 °C）─冷水洗─硫酸中和（H2SO4 40 ~ 60 g/L）─纯水洗2 道─吹干、烘干─包装。

  钢件镀锡按上述流程进行，铜及铜合金零件镀锡不需进行镀铜和活化。

  2·原因分析

  从人、机、料、法、环、测六方面对焊接性问题进行详细分析。

（1）人员方面。

操作过程中，操作人员没有严格按照工艺要求执行，可能会影响镀锡层焊接性，主要表现为操作人员为省时、省力，碱性镀锡完毕后，不进行硫酸中和工序，使零件表面残留镀液，造成镀锡层污染，影响镀锡层焊接性。

（2）材料方面。

所用化工材料纯度不高时，杂质与锡共沉积，造成镀锡层杂质含量过高，也会影响镀锡层的焊接性。

（3）工艺方面。

对统计的10 种问题零件进行整理后，发现焊接性差的零件材料均为H62（Cu 60.5% ~63.5%，Zn 余量）和HPb59-1（Cu 60.5% ~ 63.5%，Pb0.8% ~ 1.9%，Zn 余量），其他材料（包括紫铜和钢）的零件没有焊接性差的现象。

从工艺流程看，铜与铜合金零件的工艺流程完全相同，前处理后直接镀锡，而钢件镀锡前需镀厚度为2 μm 以上的紫铜，并且镀锡层厚度因零件不同而各异，因此当零件材料为H62 和HPb59-1 时，中间层和镀锡层厚度均可能影响镀锡层的焊接性。

  （4）环境方面。

零件电镀完毕并非马上进行装配，因此贮存环境和时间也可能使焊接性降低。

  （5）设备和测量方面。

生产过程中用到的设备、仪器仪表均鉴定合格，在有效期内，对焊接性不会造成影响，焊接性与测量之间的关系也不大。

  因此，焊接性的影响因素主要有：

中间镀层，镀锡层厚度，中和，化工材料品质，以及贮存环境和时间。

针对上述5 种原因，通过实验使问题再现，以准确寻找原因。

  3· 实验过程

  3. 1 实验内容

  根据原因分析，将实验内容确定为六方面：

中间镀层、镀锡层厚度、中和、化工材料品质、长贮性及最后的焊接性验证。

选用H62 为研究对象。

  3. 1. 1 考察有无中间镀层的影响

  从原因分析里不难看出，铜和钢件镀锡后，锡层与紫铜直接接触，而铜合金零件镀锡后，锡镀层直接与铜合金接触。

因此，针对铜合金零件材料，在镀锡前增加铜镀层，并与实际生产过程中无中间镀层时的情况进行对比，考察中间镀层对焊接性的影响。

  3. 1. 2 考察镀锡层厚度的影响

 根据图纸和标准要求，镀锡零件的锡层厚度一般控制在2 ~ 5 μm 范围内，试验时选取镀层厚度的上限和下限进行对比，考察镀锡层厚度对焊接性的影响。

  3. 1. 3 考察中和的影响

  在其他参数和方法均相同的情况下，将零件分成2 组，一组严格按照工艺流程进行中和工序，另一组特意省去中和工序，两者进行对比，考察中和工序对焊接性的影响。

  3. 1. 4 考察化工材料品质的影响

  工艺中用到的化工材料主要有锡酸钠、氢氧化钠及阳极锡锭，均有原厂合格证，并经过入厂验收，符合电镀级使用标准；但阳极锡锭必须进行二次加工，浇铸成锡条后不再理化分析，直接投入生产。

因此，对生产使用的两批锡条进行取样分析。

  3. 1. 5 考察贮存时间的影响

  主要考察不同工艺状态下，贮存时间对焊接性的影响。

  3. 1. 6 焊接性验证

  通过分析，找出影响镀锡层焊接性的因素，再在不同条件下制成实物，最后通过问题再现方式，验证理论分析结果的正确性，得出影响因素中的主要因素、次要因素及无关因素。

  3. 2 实验方法

  3. 2. 1 方案设计

  考虑到各因素之间的关联性，将分析出的 4 种影响因素设计成16 种试验方案（化工材料品质除外），具体见图1。

  3. 2. 2 方案编码

  为消除主观因素干扰，在焊接性验证实验之前，先对16 种方案进行编码，具体见表1。

  3. 2. 3 焊接性验证

  实验 1：

聘请高级焊工进行手工导线焊接性试验，见图2。

  实验 2：

按照GB/T 16745–1997《金属覆盖层产品钎焊性的标准试验方法》进行焊接性试验，装置见图3。

  3. 3 数据分析

  理化分析结果表明，锡锭经二次加工后所得锡条的锡含量分别为95%和98%，远低于GB/T 2056– 2005《电镀用铜、锌、镉、镍、锡阳极板》的要求（Sn2 中锡含量不低于99.8%，Sn3 中锡含量不低于99.5%）。

  因此，现场使用的两批锡条不符合标准要求，电镀锡层中夹杂了较多异金属杂质。

  将2种不同的焊接试验结果进行汇总、分析，并评选出优、差。

95%以上试验面的焊料覆盖层附着牢固、光亮、平滑、均匀为优，反之为差。

具体结果见表2。

  对表2 的实验情况进行统计、整理、分析，见表3、和图4（图中的优、差是2 组不同焊接性实验结果之和）。

  4· 结语

（1） 锡条阳极不符合标准要求是导致焊接性差的原因之一。

应购买符合标准的阳极锡条并直接使用，尽量不要二次加工。

若必须进行二次加工，则一定要将熔锡炉和模具清洗干净。

（2） 对基体材料为 H62、HPb59-1 等黄铜类零件而言，中间镀层是影响其焊接性能的主要因素。

电镀锡之前，应镀2.5 μm 厚以上的紫铜为底层。

  （3） 镀锡层厚度为5 μm时的焊接性明显优于厚度为2 μm 的锡镀层，镀锡后有焊接要求的零件，镀锡层厚度在5 μm 以上较好。

因此，锡镀层厚度也是影响焊接性的主要因素。

  （4） 中和与否对焊接性的影响较小，可以认为中和是影响焊接性的次要因素。

  （5） 贮存时间在 3 个月内，对焊接性的影响不明显。

因此贮存时间是影响焊接性的次要因素。

[ 编辑：

周新莉 ]