Συγκόλληση απομυθοποιημένη: Κατανόηση των βασικών για την επιτυχία στη συγκόλληση

Η συγκόλληση είναι μια εκπληκτικά εύκολη ικανότητα να αποκτήσετε, αρκεί να γνωρίζετε τι κάνετε. Το τελευταίο είναι κρίσιμο επειδή το σκάφος περιλαμβάνει χειρισμό εξαρτημάτων που έχουν βαθμολογία για να αντέχουν το πολύ 250 ° F με ένα εργαλείο που λειτουργεί στους 650 ° F.

Το περιθώριο σφάλματος εδώ είναι πολύ μικρό και τα λάθη είναι συχνά καταστροφικά και ακριβά, γεγονός που αποθαρρύνει τους περισσότερους αρχάριους να επιμείνουν μέσω των αρχικών αποτυχιών. Ωστόσο, αυτό μπορεί να αποφευχθεί εντελώς, αν λάβετε τα βασικά από την αρχή.

Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε τις βασικές αρχές της συγκόλλησης και γλιτώστε από τη φρίκη των απανθρακωμένων ηλεκτρονικών και των σπασμένων ονείρων.

Γιατί πρέπει να ενοχλήσετε τη συγκόλληση;

Στο πιο βασικό επίπεδο, η συγκόλληση δημιουργεί αξιόπιστες ηλεκτρικές (και κατά συνέπεια μηχανικές) συνδέσεις μεταξύ αγώγιμων μεταλλικών εξαρτημάτων. Αυτό περιλαμβάνει τη σύνδεση ενός ζεύγους καλωδίων ή ενός ηλεκτρονικού εξαρτήματος σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB).

Οι κρίσιμοι στοχαστές μεταξύ σας μπορεί να αναρωτιούνται γιατί όχι απλά να στρίψετε τα καλώδια μεταξύ τους ή να συνδέσετε εξαρτήματα σε PCB χρησιμοποιώντας παξιμάδια και μπουλόνια. Υπάρχουν δύο βασικά προβλήματα με αυτήν την προσέγγιση. Για αρχή, τέτοιες συνδέσεις δεν είναι μηχανικά σταθερές υπό κίνηση ή κραδασμούς. Δεύτερον, αν και μηχανικά υγιείς, οι συνδετήρες δεν είναι καθόλου ηλεκτρικά σταθεροί.

Αναζητήσαμε εισροές από Δρ Lakshmi Narayan Ramasubramanian από το Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών στο Ινδικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Δελχί, για λόγους σαφήνειας σε ορισμένες από τις πιο τεχνικές πτυχές της συγκόλλησης.

Τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά χρειάζονται απολύτως ηλεκτρικές συνδέσεις χαμηλής αντίστασης για να διατηρήσουν σταθερή αγωγιμότητα καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί με απλό ζευγάρωμα εξαρτημάτων με συνδετήρες. Το αναπόφευκτο κενό αέρα μεταξύ των συστατικών σε τέτοιες αρθρώσεις οδηγεί σε οξείδωση (ή σκουριά για σιδηρούχα μέταλλα), γεγονός που μειώνει σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτά τα εμπόδια καθιστούν τη συγκόλληση απαραίτητη για εφαρμογές ηλεκτρονικής ακριβείας χαμηλής τάσης.

Σχετίζεται με: Πώς να αναβαθμίσετε τον τρισδιάστατο εκτυπωτή Ender-3

Όταν κολλάτε δύο εξαρτήματα, η ίδια η συγκόλληση συνδυάζεται με το μέταλλο (συνήθως χαλκό) για να σχηματίσει ένα εντελώς νέο κράμα. Η συγκόλληση συνδέει ουσιαστικά τα συστατικά σε μοριακό επίπεδο, αφήνοντας κανένα κενό αέρα και εξαλείφοντας έτσι την πιθανότητα οξείδωσης. Η πρόσθετη μηχανική σταθερότητα είναι ένα ευπρόσδεκτο μπόνους.

Η συγκόλληση μετάλλων με την τήξη τους είναι μια επικίνδυνη πρόταση, λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο με τον οποίο τα περισσότερα ημιαγωγικά εξαρτήματα λειτουργούν σε μέγιστη θερμοκρασία 250 ° F. Η χρήση θερμότητας για την τήξη των αγωγών ενός ενσωματωμένου τσιπ με τα τακάκια σε ένα PCB δεν είναι εφικτή αφού ο χαλκός λιώνει σε ένα εντυπωσιακό μάτι 1984 ° F. Πρέπει να τηγανίσετε το εξάρτημα πολύ πριν δημιουργήσετε μια αξιόπιστη ένωση.

Εδώ μπαίνει στο προσκήνιο η μοναδική σύνθεση και οι θερμοδυναμικές ιδιότητες του συγκολλητικού.

Το συγκολλητικό είναι ένα ευτηκτικό κράμα που αποτελείται από μόλυβδο και κασσίτερο. Το ευτηκτικό κομμάτι είναι σημαντικό επειδή επιτρέπει στο κράμα να λιώσει σε σημαντικά χαμηλότερη θερμοκρασία σε σύγκριση με τα συστατικά του μέταλλα. Ενώ ο καθαρός μόλυβδος και ο κασσίτερος λιώνουν στους 620 ° F και 450 ° F, αντίστοιχα, ένα κράμα συγκόλλησης που αποτελείται από αυτά τα δύο μέταλλα αναμεμειγμένο σε αναλογία 63:37 αρχίζει να ρέει σε μόλις 361 ° F.

Ενώ η συγκόλληση μπορεί να φαίνεται ότι περιλαμβάνει τήξη καλωδίων χαλκού ή καλωδίων εξαρτημάτων σε ένα PCB, στην πραγματικότητα, η διαδικασία λειτουργεί αξιοποιώντας τη δράση του συγκολλητικού διαλύτη μετάλλου. Όταν εισάγεται θερμή συγκόλληση στα καλώδια των συστατικών του χαλκού, λειτουργεί ως διαλύτης που διεισδύει και διαλύει τις εκτεθειμένες επιφάνειες χαλκού. Αυτή η διαλυτική δράση τα λιώνει σε μοριακό επίπεδο για να σχηματίσει ένα εντελώς νέο κράμα στο διαμεταλλικό στρώμα.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται δράση διαβροχής και είναι απολύτως κρίσιμο για τη διαδικασία του συγκόλληση - δηλαδή μετατροπή διαφορετικών συστατικών σε ένα συνεχές και ηλεκτρικά αγώγιμο σώμα υβριδικό κράμα.

Σχετίζεται με: Συναρπαστικά έργα DIY Electronics για αντιμετώπιση κάτω από $ 15

Νικήστε την οξείδωση με τη ροή

Η μεταλλική διαλυτική δράση της συγκόλλησης είναι το θεμέλιο των επιτυχημένων συγκολλητικών αρμών. Ωστόσο, σε πρακτικούς όρους, το συγκολλητικό δεν μπορεί να ξεκινήσει από μόνο του τη δράση διαβροχής. Αυτή η διαδικασία καταλύεται με την παροχή θερμότητας τόσο στους αγωγούς συγκόλλησης όσο και στους χαλκούς.

Αυτό είναι ένα πρόβλημα επειδή η θερμότητα προκαλεί επίσης την γρήγορη οξείδωση των εκτεθειμένων επιφανειών χαλκού παρουσία αέρα. Το επακόλουθο οριακό στρώμα οξειδίου λειτουργεί ως φράγμα που καθιστά αδύνατη τη διαβροχή. Το πρόβλημα επιδεινώνεται με τη βρωμιά, τη βρωμιά, τα λάδια των δακτύλων, το λίπος και άλλους ρύπους που υπάρχουν στις επιφάνειες των συστατικών. Αυτά αναστέλλουν περαιτέρω τη δράση του διαλύτη μετάλλου που απαιτείται για μια επιτυχημένη συγκόλληση.

Μπορείτε να δοκιμάσετε να καθαρίσετε τις επιφάνειες, αλλά θα συναντήσετε ένα ολοκαίνουργιο στρώμα οξειδίου τη στιγμή που θα εφαρμόσετε ξανά θερμότητα στους αγωγούς χαλκού. Αν υπήρχε τρόπος να αφαιρεθεί το στρώμα οξειδίου κατά τη συγκόλληση. Λοιπόν, αυτό ακριβώς κάνει το flux.

Η ροή αποτελείται από κολοφώνιο, η οποία είναι μια στερεή μορφή ρητίνης που λαμβάνεται από τα φυτά. Για τους ηλεκτρονικούς σκοπούς, το κολοφώνιο είτε χρησιμοποιείται μόνο του είτε συνδυάζεται με ήπιους ενεργοποιητές που επιτρέπουν στην προκύπτουσα ροή να παραμείνει μη διαβρωτική και μη αγώγιμη σε θερμοκρασία δωματίου. Το ίδιο γίνεται αρκετά ενεργό για να καθαρίσει χημικά τα οξείδια και άλλους ρύπους όταν τροφοδοτείται με αρκετή θερμότητα.

Όταν καλύπτετε επιφάνειες που πρόκειται να συγκολληθούν με ροή, η θερμότητα που εφαρμόζεται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης καταλύει τη ροή και απομακρύνει τις ακαθαρσίες. Αυτό εκθέτει καθαρό χαλκό και καθιστά δυνατή τη διαβροχή. Η ροή μπορεί να εφαρμοστεί σε εξαρτήματα πριν από τη συγκόλληση, αλλά εισάγεται επίσης κατά τη διαδικασία μέσω του ίδιου του σύρματος συγκόλλησης.

Τα περισσότερα σύγχρονα σύρματα συγκόλλησης έχουν έναν εσωτερικό πυρήνα γεμάτο με ροή κολοφώνιο που διανέμεται αυτόματα κατά τη συγκόλληση.

Πότε να κολλήσετε και πότε να μην κολλήσετε

Τώρα που έχουμε καταλάβει την επιστήμη πίσω από τη συγκόλληση, είναι εξίσου σημαντικό να γνωρίζουμε πότε πρέπει να κολλήσουμε και πότε είναι κακή ιδέα να το κάνουμε. Οτιδήποτε περιλαμβάνει PCB είναι συγκολλημένο σχεδόν αποκλειστικά. Η διαδικασία προσφέρει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα και ικανοποιητικό βαθμό μηχανικής στερέωσης, ενώ μειώνει σημαντικά το συνολικό μέγεθος των έργων ηλεκτρονικής σας.

Ωστόσο, μερικές φορές αξίζει να γνωρίζετε ακριβώς πότε δεν πρέπει να καταφύγετε στη συγκόλληση.

Ενώ τα καλώδια μπορούν είτε να κολληθούν μεταξύ τους είτε σε PCB, πρέπει να το ξανασκεφτείτε όποτε η επιθυμητή εφαρμογή περιλαμβάνει οποιονδήποτε βαθμό κίνησης ή δόνησης. Οι εφαρμογές αυτοκινήτου, ρομποτικής και τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι εξαιρετικά παραδείγματα όπου η συγκόλληση περιορίζεται συνήθως σε PCB και αποφεύγεται κατηγορηματικά για όλους τους τερματισμούς καλωδίων.

Αυτό συμβαίνει επειδή οι κολλημένες αρθρώσεις είναι σκληρές, αλλά εύθραυστες και ως εκ τούτου ευάλωτες στην κόπωση κάμψης. Σίγουρα δεν είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό για ηλεκτρικούς αρμούς που υπόκεινται σε συνεχείς κραδασμούς και κινήσεις. Συγκολλημένα καλώδια σε τέτοιες εφαρμογές για να υποστούν κόπωση κάμψης και κατά συνέπεια να αποτύχουν στις εύθραυστες αρθρώσεις.

Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο οι τερματισμοί καλωδίων που υπόκεινται σε τέτοιες δυνάμεις είναι πτυχωμένοι αντί να συγκολλούνται σε αυτές τις εφαρμογές.

Παρόλο που αυτό μπορεί να ακούγεται αντιληπτό, η συγκόλληση δεν είναι ο μόνος τρόπος για να επιτευχθούν αρμοί στεγανές, ανθεκτικές στην οξείδωση. Η τεράστια πίεση που δημιουργείται κατά τη σύσφιξη ασφαλίζει αγωγούς χαλκού σε μοριακό επίπεδο, γεγονός που τα καθιστά τέλεια στεγανά σε αέρια.

Στην πραγματικότητα, οι πτυχωμένοι σύνδεσμοι είναι μηχανικά και ηλεκτρικά ανώτεροι από τους συγκολλημένους ομολόγους τους, ενώ είναι επίσης ανθεκτικοί στην κόπωση κάμψης. Ο Δρ Ramasubramanian αναφέρει την απουσία διαμεταλλικών σε πτυχωμένες συνδέσεις ως τον κύριο λόγο για την καθαρή διεπιφάνεια χαλκού που παρουσιάζει βελτιωμένη αγωγιμότητα έναντι των συγκολλημένων αρμών.

Εξηγεί επίσης ότι η σύνδεση χαλκού-χαλκού των πτυχωμένων αρμών είναι εγγενώς ισχυρότερη επειδή παρόμοια άτομα τείνουν να σχηματίζουν ισχυρούς, σταθερούς δεσμούς. Από την άλλη πλευρά, τα ανόμοια άτομα χαλκού, μολύβδου και κασσίτερου που βρίσκονται σε συγκολλημένες συνδέσεις σχηματίζονται σχετικά ασθενέστεροι δεσμοί που βρίσκονται υπό συνεχή καταπόνηση, η οποία με τη σειρά της επιταχύνει το σπάσιμο κόπωσης κάτω από μηχανική στρες.

Σχετίζεται με: Οδηγός για αρχάριους για DIY 3D εκτυπωτές Voron

Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο δεν θα βρείτε ούτε έναν τερματισμό συγκολλημένου καλωδίου στο χώρο κινητήρα του οχήματός σας. Ditto για τρισδιάστατους εκτυπωτές και οποιαδήποτε άλλη συσκευή υπόκειται σε συνεχείς κραδασμούς και κινήσεις.

Όσα περισσότερα γνωρίζετε

Η γνώση των υποκείμενων μηχανικών της συγκόλλησης και πότε είναι σκόπιμο να την εφαρμόσετε στα έργα σας θα κάνει τη διαφορά μεταξύ επιτυχίας και εκατοντάδων δολαρίων σε κατεστραμμένα ηλεκτρονικά.

Τα 9 καλύτερα σίδερα συγκόλλησης για αρχάριους

Εάν ενδιαφέρεστε για τα ηλεκτρονικά, θα χρειαστείτε ένα συγκολλητικό σίδερο. Εδώ είναι τα καλύτερα σίδερα συγκόλλησης για εσάς.

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα