糖分對溫控器用無鉛助焊劑的影響分析*

周志平，謝湘娜

1.廣東省工業(yè)分析檢測中心，廣東 廣州 510650；2.廣東檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，廣東 廣州510623

溫控器廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冰箱等行業(yè)，它由感溫筒、毛細(xì)管和膜盒組成[1]，如圖1所示.圖1中波紋管和底盤材料為黃銅或紫銅，這兩個部件需要焊接.通常采用感應(yīng)加熱方法焊接，焊接工作溫度為280 ℃左右，焊接時間為30 s.焊接需要使用EA-35助焊劑和無鉛焊料.焊接要求助焊劑活性強(qiáng)、焊料流動性好，焊縫平滑、無凹坑及無氣孔.焊接完畢后，需要對波紋管內(nèi)部進(jìn)行灌充氣體工質(zhì)并保持密封狀態(tài)，要求內(nèi)存的殘留物對內(nèi)部密封環(huán)境的工質(zhì)氣體的化學(xué)影響較低[1].廠家要求焊后不良率不能超過0.050%.

圖1 波紋管示意圖Fig.1 Diagrammatic of corrugated pipe

最近，使用廠家反映EA-35助焊劑出現(xiàn)了不正常的現(xiàn)象，助焊劑顏色變深和焊接質(zhì)量變差.正常產(chǎn)品應(yīng)為淡黃色的透明粘稠液體，近期產(chǎn)品在存儲和使用過程中顏色變成淡紅色甚至棕色.客戶用這種變色的助焊劑焊接后不良品率明顯上升.為了查出原因，對生產(chǎn)助焊劑的所有原料進(jìn)行了嚴(yán)格檢驗(yàn)和排查.EA-35助焊劑是以甘油為主溶劑，產(chǎn)品中甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上.甘油的品質(zhì)直接影響助焊劑的性能穩(wěn)定性，所以重點(diǎn)考察了甘油.甘油的生產(chǎn)方法主要有三種[2]：一是從天然油脂中提取甘油，它包括皂化法和油脂水解法；二是以糖類物質(zhì)為原料，用微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油，即發(fā)酵法，它包括糖蜜和淀粉質(zhì)等原料的發(fā)酵法；三是以石油化工產(chǎn)品為原料，用化學(xué)方法合成甘油，即合成法，它包括氯化法、丙烯醛法和氧化丙烯法等[3].用不同方法生產(chǎn)的甘油，其糖分含量不同，即使用同一種方法生產(chǎn)甘油也可能因產(chǎn)地和批次不同，其糖分也會有所不同.

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

天然油脂提取甘油：A(馬來西亞椰樹)；B(印尼春金)；C(日本花王)；D(中國康源)；E(中國泰科)；蔗糖(太古糖業(yè)中國有限公司廣州分公司)；葡萄糖(汕頭市英吉利生物科技有限公司)；鹽酸(AR，廣州化學(xué)試劑廠)；磷酸(AR)；硫酸(AR).

費(fèi)林溶液：溶液a的配制——將34.6 g CuSO4·5H2O溶于200 mL水中，用0.5 mL濃硫酸酸化后，再用水稀釋到500 mL待用.溶液b的配制——取173 g酒石酸鉀鈉KNaC4H4O6·5H2O，50 g NaOH固體溶于水中，再稀釋到500 mL，用精制石棉過濾.使用時將a和b兩種溶液等體積混合為費(fèi)林溶液(用時現(xiàn)配)[3].

萬用電爐1000型(滄州泰鼎恒業(yè)試驗(yàn)儀器有限公司)，YH-A3002型0.1 g精準(zhǔn)電子天平(瑞安英衡有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料甘油中糖分的定性實(shí)驗(yàn)

取50 mL(62.5 g)甘油溶于水，稀釋至100 mL，混勻.取10 mL該溶液，加1 mL稀硫酸(20%)，水浴加熱5 min，然后依次加2 mL氫氧化鈉溶液(100 g/L)及5 mL新配費(fèi)林溶液，再加熱10 min.如果樣品中不含或含很少蔗糖或葡萄糖，溶液為澄清透明；當(dāng)樣品中蔗糖或葡萄糖含量較高時，溶液會呈現(xiàn)渾濁或產(chǎn)生沉淀[4].

1.2.2 不同助焊劑焊接質(zhì)量的測試

廠家反饋助焊劑經(jīng)過一段時間倉儲后會發(fā)生顏色變化.現(xiàn)按圖2所示的流程進(jìn)行助焊劑模擬生產(chǎn)及存儲試驗(yàn)，試驗(yàn)中觀察其顏色變化，并將試驗(yàn)樣品送到生產(chǎn)現(xiàn)場以檢驗(yàn)焊接質(zhì)量.

圖2 助焊劑生產(chǎn)流程圖Fig.2 Flow chart of flux production

焊接效果可以歸納為三種情況：①焊料流動性好，焊縫平滑，光亮；②焊料流動性略差，焊縫有輕微的凹凸?fàn)?，無可見縫隙；③焊料流動性差，焊縫有凹坑、氣孔和堆積不均勻.將上述試驗(yàn)產(chǎn)品送到佛山某廠進(jìn)行焊接效果測試，并統(tǒng)計(jì)出焊接不良率[5]，焊接不良率超過0.050%視為不合格.

1.2.3 原料甘油品質(zhì)控制(糖分允許含量的測定)

取50mL甘油A分別加入不同量的蔗糖和葡萄糖[6]，按照EA-35助焊劑生產(chǎn)工藝配制成助焊劑，觀察樣品顏色變化，并將樣品送到佛山某廠進(jìn)行焊接測試，同時統(tǒng)計(jì)焊后不良率.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同廠家生產(chǎn)的甘油中糖分含量比較

按照實(shí)驗(yàn)方法，用新配制的費(fèi)林溶液定性檢測不同廠家生產(chǎn)的甘油中糖分含量高低.在試驗(yàn)過程中，甘油A、B始終保持清澈透亮的狀態(tài)；甘油C、D開始保持透亮，加熱10 min后出現(xiàn)渾濁，其中甘油C比甘油D較快出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象；甘油E在10 min后開始出現(xiàn)渾濁，13 min后產(chǎn)生明顯的沉淀物.測定結(jié)果證明不同廠家生產(chǎn)的甘油產(chǎn)品中糖分含量差異很大.被檢測的五種甘油中糖分含量從高到低的順序?yàn)镋，C，D，B，A.

2.2 助焊劑中糖分含量對顏色以及焊接質(zhì)量的影響

將不同廠家生產(chǎn)的甘油按相同的工藝配方分別配制成EA-35助焊劑樣品，然后觀察助焊劑樣品顏色的變化，并將樣品進(jìn)行焊接試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果列于表1.

表1不同廠家甘油配制的助焊劑顏色差異及焊接效果
Table1Thecolorandweldabilityoffluxfromdifferentmanufators

甘油種類 助焊劑顏色焊接效果焊后不良率/%甘油A淡黃好0.02甘油B淡黃好0.03甘油C紅差0.12甘油D微紅中0.05甘油E棕差0.38

用甘油A和甘油B生產(chǎn)的助焊劑均為淡黃色透明液體，長時間存放后未見明顯的顏色變化.用甘油C配制的助焊劑，開始也是淡黃色透明液體，但存放約10天后變成紅色液體，透明度下降.用甘油D配制的助焊劑，剛開始也是淡黃色透明液體，存放15天后變成微紅色，透明度基本不變.用甘油E配制的助焊劑，其顏色變化最快，在生產(chǎn)過程中加入鹽酸時，產(chǎn)品就變?yōu)榘导t色，在存儲2天后，呈棕色.實(shí)驗(yàn)說明甘油中糖含量越高，助焊劑變色越快、顏色越深.

將配制的5個助焊劑樣品送至佛山某廠進(jìn)行焊接測試，用甘油A和甘油B分別配制的助焊劑的焊接效果較好，不良率分別為0.02%和0.03%，在合格范圍內(nèi).用甘油C配制的助焊劑焊接后，存在肉眼可視的不良品特征，充氣實(shí)驗(yàn)表明漏氣不良率達(dá)到0.12%，超標(biāo)約20倍.用甘油D配制的助焊劑的焊接不良率為0.05%，達(dá)到廠家標(biāo)準(zhǔn)的上限.用甘油E配制的助焊劑，其焊接不良率超標(biāo)近60倍，氣孔現(xiàn)象、焊料流動性不足造成堆積明顯.實(shí)驗(yàn)證明，隨甘油中糖分含量的增加，焊接不良率大幅上升，助焊劑顏色變化加快，并逐漸變深.

2.3 助焊劑中最高允許糖分含量的探索性試驗(yàn)

為了考察甘油中糖分含量對助焊劑顏色和焊接性能的影響，選擇糖分含量最低的甘油A為助焊劑的原料，按照實(shí)驗(yàn)方法1.2.3在EA-35助焊劑中分別添加蔗糖和葡萄糖進(jìn)行焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別列于表2和表3.

表2蔗糖含量與助焊劑色度和焊后不良率的關(guān)系
Table2Relationshipbetweensucrosecontent，chromaticityoffluxandbadrateafterwelding

助焊劑添加蔗糖/g蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%顏色焊后不良率/%1號00淡黃0.022號0.100.16微紅0.053號0.500.79淺棕0.284號1.001.57深棕0.40

由表2可知，當(dāng)助焊劑中蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.16%時，助焊劑的顏色就開始產(chǎn)生變化，不良率上升.當(dāng)蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.79%時，焊接產(chǎn)品不合格率嚴(yán)重超標(biāo).這說明助焊劑中蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高不能超過0.16%.

表3葡萄糖含量與助焊劑色度和焊后不良率的關(guān)系
Table3Relationshipbetweenglucosecontent，chromaticityoffluxandbadrateafterwelding

助焊劑添加葡萄糖/g葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%顏色焊后不良率/%1號00淡黃色0.022號0.600.96微紅0.053號0.801.00棕色0.394號1.001.30深棕0.60

由表3可知，當(dāng)助焊劑中葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.96%時，助焊劑的顏色開始發(fā)生變化，不良率上升.與蔗糖相比，葡萄糖含量對助焊劑顏色的影響較小.當(dāng)葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.00%時，焊接產(chǎn)品不合格率嚴(yán)重超標(biāo).這說明助焊劑中葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高不能超過0.96%.

2.4 結(jié)果討論

由于以前用甘油生產(chǎn)EA-35助焊劑時，參考的GB/T 13206-2011 甘油 沒有糖分檢測項(xiàng)目[7]，從而忽略了糖分含量對助焊劑顏色和焊接效果的影響，導(dǎo)致有很長一段時間找不到助焊劑顏色加深和焊接效果變差的原因.實(shí)際上即使采用同一工藝生產(chǎn)的甘油，其糖分含量還是存在差異的.當(dāng)使用糖分含量偏高的甘油配制助焊劑時，甘油中的糖分在生產(chǎn)過程中受高溫以及強(qiáng)酸和其他化學(xué)物品的影響會產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，生成的物質(zhì)不僅會導(dǎo)致助焊劑的顏色變深，而且還會影響助焊劑的活性，產(chǎn)生焊接缺陷，使焊后不良率上升.當(dāng)甘油中糖分達(dá)到一定含量時，助焊劑產(chǎn)品中的含糖量也會相應(yīng)上升(如助焊劑含蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.16%)，盡管新配制的助焊劑顏色正常，但是存儲過程中氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致助焊劑顏色逐步加深和焊接效果變差.當(dāng)甘油中糖分含量較高時，在助焊劑的配制過程中就會產(chǎn)生明顯的顏色變化，而且在存儲和使用過程中顏色還會進(jìn)一步加深.由于無鉛焊接溫度高達(dá)280 ℃，焊接時間30 s，糖分及其氧化還原產(chǎn)物遇到高溫后會進(jìn)一步分解和碳化，生成成分復(fù)雜的阻焊性物質(zhì)，造成焊料與底盤潤濕性變差，焊后產(chǎn)品工質(zhì)泄漏、工作不穩(wěn)定等問題.因此，生產(chǎn)這類助焊劑的原料甘油必須檢測糖分含量后才能用于生產(chǎn)，以確保助焊劑的性能穩(wěn)定和焊接質(zhì)量.

3 結(jié) 論

當(dāng)甘油中糖分超過一定含量，使配制的助焊劑蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.16%，或萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.96%，就會導(dǎo)致助焊劑產(chǎn)品的顏色變深以及焊接質(zhì)量變差，使焊后不良率升高.配制助焊劑所用的甘油，一定要嚴(yán)格監(jiān)控糖分指標(biāo)，確保助焊劑的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量.

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