糖分对温控器用无铅助焊剂的影响分析*

2018-07-09周志平谢湘娜

材料研究与应用 2018年2期

周志平，谢湘娜

1.广东省工业分析检测中心，广东广州 510650；2.广东检验检疫技术中心，广东广州510623

温控器广泛应用于空调、冰箱等行业，它由感温筒、毛细管和膜盒组成[1]，如图1所示.图1中波纹管和底盘材料为黄铜或紫铜，这两个部件需要焊接.通常采用感应加热方法焊接，焊接工作温度为280 ℃左右，焊接时间为30 s.焊接需要使用EA-35助焊剂和无铅焊料.焊接要求助焊剂活性强、焊料流动性好，焊缝平滑、无凹坑及无气孔.焊接完毕后，需要对波纹管内部进行灌充气体工质并保持密封状态，要求内存的残留物对内部密封环境的工质气体的化学影响较低[1].厂家要求焊后不良率不能超过0.050%.

图1 波纹管示意图Fig.1 Diagrammatic of corrugated pipe

最近，使用厂家反映EA-35助焊剂出现了不正常的现象，助焊剂颜色变深和焊接质量变差.正常产品应为淡黄色的透明粘稠液体，近期产品在存储和使用过程中颜色变成淡红色甚至棕色.客户用这种变色的助焊剂焊接后不良品率明显上升.为了查出原因，对生产助焊剂的所有原料进行了严格检验和排查.EA-35助焊剂是以甘油为主溶剂，产品中甘油质量分数高达90%以上.甘油的品质直接影响助焊剂的性能稳定性，所以重点考察了甘油.甘油的生产方法主要有三种[2]：一是从天然油脂中提取甘油，它包括皂化法和油脂水解法；二是以糖类物质为原料，用微生物发酵生产甘油，即发酵法，它包括糖蜜和淀粉质等原料的发酵法；三是以石油化工产品为原料，用化学方法合成甘油，即合成法，它包括氯化法、丙烯醛法和氧化丙烯法等[3].用不同方法生产的甘油，其糖分含量不同，即使用同一种方法生产甘油也可能因产地和批次不同，其糖分也会有所不同.

1 试验部分

1.1 主要试剂和仪器

天然油脂提取甘油：A(马来西亚椰树)；B(印尼春金)；C(日本花王)；D(中国康源)；E(中国泰科)；蔗糖(太古糖业中国有限公司广州分公司)；葡萄糖(汕头市英吉利生物科技有限公司)；盐酸(AR，广州化学试剂厂)；磷酸(AR)；硫酸(AR).

费林溶液：溶液a的配制——将34.6 g CuSO4·5H2O溶于200 mL水中，用0.5 mL浓硫酸酸化后，再用水稀释到500 mL待用.溶液b的配制——取173 g酒石酸钾钠KNaC4H4O6·5H2O，50 g NaOH固体溶于水中，再稀释到500 mL，用精制石棉过滤.使用时将a和b两种溶液等体积混合为费林溶液(用时现配)[3].

万用电炉1000型(沧州泰鼎恒业试验仪器有限公司)，YH-A3002型0.1 g精准电子天平(瑞安英衡有限公司).

1.2 实验方法

1.2.1 原料甘油中糖分的定性实验

取50 mL(62.5 g)甘油溶于水，稀释至100 mL，混匀.取10 mL该溶液，加1 mL稀硫酸(20%)，水浴加热5 min，然后依次加2 mL氢氧化钠溶液(100 g/L)及5 mL新配费林溶液，再加热10 min.如果样品中不含或含很少蔗糖或葡萄糖，溶液为澄清透明；当样品中蔗糖或葡萄糖含量较高时，溶液会呈现浑浊或产生沉淀[4].

1.2.2 不同助焊剂焊接质量的测试

厂家反馈助焊剂经过一段时间仓储后会发生颜色变化.现按图2所示的流程进行助焊剂模拟生产及存储试验，试验中观察其颜色变化，并将试验样品送到生产现场以检验焊接质量.

图2 助焊剂生产流程图Fig.2 Flow chart of flux production

焊接效果可以归纳为三种情况：①焊料流动性好，焊缝平滑，光亮；②焊料流动性略差，焊缝有轻微的凹凸状，无可见缝隙；③焊料流动性差，焊缝有凹坑、气孔和堆积不均匀.将上述试验产品送到佛山某厂进行焊接效果测试，并统计出焊接不良率[5]，焊接不良率超过0.050%视为不合格.

1.2.3 原料甘油品质控制(糖分允许含量的测定)

取50mL甘油A分别加入不同量的蔗糖和葡萄糖[6]，按照EA-35助焊剂生产工艺配制成助焊剂，观察样品颜色变化，并将样品送到佛山某厂进行焊接测试，同时统计焊后不良率.

2 试验结果与讨论

2.1 不同厂家生产的甘油中糖分含量比较

按照实验方法，用新配制的费林溶液定性检测不同厂家生产的甘油中糖分含量高低.在试验过程中，甘油A、B始终保持清澈透亮的状态；甘油C、D开始保持透亮，加热10 min后出现浑浊，其中甘油C比甘油D较快出现浑浊现象；甘油E在10 min后开始出现浑浊，13 min后产生明显的沉淀物.测定结果证明不同厂家生产的甘油产品中糖分含量差异很大.被检测的五种甘油中糖分含量从高到低的顺序为E，C，D，B，A.

2.2 助焊剂中糖分含量对颜色以及焊接质量的影响

将不同厂家生产的甘油按相同的工艺配方分别配制成EA-35助焊剂样品，然后观察助焊剂样品颜色的变化，并将样品进行焊接试验.试验结果列于表1.

表1不同厂家甘油配制的助焊剂颜色差异及焊接效果
Table1Thecolorandweldabilityoffluxfromdifferentmanufators

甘油种类助焊剂颜色焊接效果焊后不良率/%甘油A淡黄好0.02甘油B淡黄好0.03甘油C红差0.12甘油D微红中0.05甘油E棕差0.38

用甘油A和甘油B生产的助焊剂均为淡黄色透明液体，长时间存放后未见明显的颜色变化.用甘油C配制的助焊剂，开始也是淡黄色透明液体，但存放约10天后变成红色液体，透明度下降.用甘油D配制的助焊剂，刚开始也是淡黄色透明液体，存放15天后变成微红色，透明度基本不变.用甘油E配制的助焊剂，其颜色变化最快，在生产过程中加入盐酸时，产品就变为暗红色，在存储2天后，呈棕色.实验说明甘油中糖含量越高，助焊剂变色越快、颜色越深.

将配制的5个助焊剂样品送至佛山某厂进行焊接测试，用甘油A和甘油B分别配制的助焊剂的焊接效果较好，不良率分别为0.02%和0.03%，在合格范围内.用甘油C配制的助焊剂焊接后，存在肉眼可视的不良品特征，充气实验表明漏气不良率达到0.12%，超标约20倍.用甘油D配制的助焊剂的焊接不良率为0.05%，达到厂家标准的上限.用甘油E配制的助焊剂，其焊接不良率超标近60倍，气孔现象、焊料流动性不足造成堆积明显.实验证明，随甘油中糖分含量的增加，焊接不良率大幅上升，助焊剂颜色变化加快，并逐渐变深.

2.3 助焊剂中最高允许糖分含量的探索性试验

为了考察甘油中糖分含量对助焊剂颜色和焊接性能的影响，选择糖分含量最低的甘油A为助焊剂的原料，按照实验方法1.2.3在EA-35助焊剂中分别添加蔗糖和葡萄糖进行焊接试验，试验结果分别列于表2和表3.

表2蔗糖含量与助焊剂色度和焊后不良率的关系
Table2Relationshipbetweensucrosecontent，chromaticityoffluxandbadrateafterwelding

助焊剂添加蔗糖/g蔗糖质量分数/%颜色焊后不良率/%1号00淡黄0.022号0.100.16微红0.053号0.500.79浅棕0.284号1.001.57深棕0.40

由表2可知，当助焊剂中蔗糖质量分数达到0.16%时，助焊剂的颜色就开始产生变化，不良率上升.当蔗糖质量分数达到0.79%时，焊接产品不合格率严重超标.这说明助焊剂中蔗糖质量分数最高不能超过0.16%.

表3葡萄糖含量与助焊剂色度和焊后不良率的关系
Table3Relationshipbetweenglucosecontent，chromaticityoffluxandbadrateafterwelding

助焊剂添加葡萄糖/g葡萄糖质量分数/%颜色焊后不良率/%1号00淡黄色0.022号0.600.96微红0.053号0.801.00棕色0.394号1.001.30深棕0.60

由表3可知，当助焊剂中葡萄糖质量分数达到0.96%时，助焊剂的颜色开始发生变化，不良率上升.与蔗糖相比，葡萄糖含量对助焊剂颜色的影响较小.当葡萄糖质量分数达到1.00%时，焊接产品不合格率严重超标.这说明助焊剂中葡萄糖质量分数最高不能超过0.96%.

2.4 结果讨论

由于以前用甘油生产EA-35助焊剂时，参考的GB/T 13206-2011 甘油没有糖分检测项目[7]，从而忽略了糖分含量对助焊剂颜色和焊接效果的影响，导致有很长一段时间找不到助焊剂颜色加深和焊接效果变差的原因.实际上即使采用同一工艺生产的甘油，其糖分含量还是存在差异的.当使用糖分含量偏高的甘油配制助焊剂时，甘油中的糖分在生产过程中受高温以及强酸和其他化学物品的影响会产生氧化还原反应，生成的物质不仅会导致助焊剂的颜色变深，而且还会影响助焊剂的活性，产生焊接缺陷，使焊后不良率上升.当甘油中糖分达到一定含量时，助焊剂产品中的含糖量也会相应上升(如助焊剂含蔗糖质量分数大于0.16%)，尽管新配制的助焊剂颜色正常，但是存储过程中氧化还原反应持续进行，导致助焊剂颜色逐步加深和焊接效果变差.当甘油中糖分含量较高时，在助焊剂的配制过程中就会产生明显的颜色变化，而且在存储和使用过程中颜色还会进一步加深.由于无铅焊接温度高达280 ℃，焊接时间30 s，糖分及其氧化还原产物遇到高温后会进一步分解和碳化，生成成分复杂的阻焊性物质，造成焊料与底盘润湿性变差，焊后产品工质泄漏、工作不稳定等问题.因此，生产这类助焊剂的原料甘油必须检测糖分含量后才能用于生产，以确保助焊剂的性能稳定和焊接质量.