يعد اللحام مهارة سهلة بشكل مدهش لاكتسابها بشرط أن تعرف ما تفعله. هذا الأخير مهم لأن المركبة تتضمن التلاعب بالمكونات المصنفة لتحمل 250 درجة فهرنهايت كحد أقصى بأداة تعمل عند 650 درجة فهرنهايت.
هامش الخطأ هنا ضئيل للغاية وغالبًا ما تكون الأخطاء كارثية ومكلفة ، مما يثني معظم المبتدئين عن الاستمرار في الفشل الأولي. ومع ذلك ، يمكن تجنب ذلك تمامًا من خلال الحصول على الأساسيات بشكل صحيح في البداية.
تابع القراءة لتتعلم أساسيات اللحام وتنقذ نفسك من ويلات الإلكترونيات المتفحمة والأحلام المحطمة.
لماذا يجب أن تهتم باللحام؟
على المستوى الأساسي ، ينشئ اللحام وصلات كهربائية (وبالتالي ميكانيكية) موثوقة بين المكونات المعدنية الموصلة. يتضمن ذلك ربط زوج من الأسلاك أو مكون إلكتروني بلوحة دائرة مطبوعة (PCB).
قد يتساءل المفكرون الناقدون بينكم عن سبب عدم مجرد لف الأسلاك معًا أو ربط المكونات بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام الصواميل والمسامير. هناك مشكلتان رئيسيتان مع هذا النهج. بالنسبة للمبتدئين ، لا تكون هذه الوصلات مستقرة ميكانيكيًا في ظل الحركة أو الاهتزاز. ثانيًا ، على الرغم من أنها سليمة ميكانيكيًا ، إلا أن أدوات التثبيت ليست مستقرة كهربائيًا على الإطلاق.
سعينا للحصول على مدخلات من د. لاكشمي نارايان راماسوبرامانيان من قسم علوم وهندسة المواد في المعهد الهندي للتكنولوجيا دلهي، لتوضيح بعض الجوانب الأكثر تقنية للحام.
تحتاج الإلكترونيات الحساسة تمامًا إلى توصيلات كهربائية منخفضة المقاومة من أجل الحفاظ على توصيل ثابت طوال عمر المنتج. من الصعب تحقيق ذلك بمجرد تزاوج المكونات مع السحابات. تؤدي الفجوة الهوائية التي لا مفر منها بين المكونات في هذه المفاصل إلى الأكسدة (أو الصدأ للمعادن الحديدية) ، مما يقلل بشكل كبير من التوصيل الكهربائي. هذه العقبات تجعل اللحام لا غنى عنه لتطبيقات الإلكترونيات الدقيقة ذات الجهد المنخفض.
متعلق ب: كيفية ترقية طابعة Ender-3 ثلاثية الأبعاد
عندما تقوم بلحام مكونين ، يتحد اللحام نفسه مع المعدن (النحاس عادةً) لتشكيل سبيكة جديدة تمامًا. يربط اللحام بشكل أساسي المكونات على المستوى الجزيئي ، ولا يترك فجوة هوائية وبالتالي يلغي إمكانية الأكسدة. الاستقرار الميكانيكي الإضافي مكافأة ترحيب.
يعد ربط المعادن عن طريق صهرها معًا اقتراحًا محفوفًا بالمخاطر بالنظر إلى كيفية تصنيف معظم مكونات أشباه الموصلات للعمل عند درجة حرارة قصوى تبلغ 250 درجة فهرنهايت. إن استخدام الحرارة لدمج خيوط شريحة مدمجة مع الوسادات الموجودة على PCB غير ممكن لأن النحاس يذوب عند درجة حرارة 1984 درجة فهرنهايت. أنت ملزم بقلي المكون قبل وقت طويل من إنشاء مفصل موثوق.
هذا هو المكان الذي تلعب فيه التركيبة الفريدة والخصائص الديناميكية الحرارية للجندى.
اللحيم عبارة عن سبيكة سهلة الانصهار تتكون من الرصاص والقصدير. يعتبر البت سهل الانصهار مهمًا لأنه يسمح للسبيكة بالذوبان عند درجة حرارة أقل بكثير مقارنة بالمعادن المكونة لها. بينما يذوب الرصاص والقصدير النقي عند 620 درجة فهرنهايت و 450 درجة فهرنهايت ، على التوالي ، تبدأ سبيكة اللحام المكونة من هذين المعدنين الممزوجين بنسبة 63:37 في التدفق عند 361 درجة فهرنهايت فقط.
في حين أن اللحام قد يبدو وكأنه ينطوي على ذوبان الأسلاك النحاسية أو المكونات النحاسية إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، في الواقع ، تعمل العملية من خلال الاستفادة من عمل المذيبات المعدنية للحام. عندما يتم إدخال لحام ساخن على خيوط المكون النحاسي ، فإنه يعمل كمذيب يخترق ويذوب الأسطح النحاسية المكشوفة. يقوم هذا المذيب بدمجها على المستوى الجزيئي لتشكيل سبيكة جديدة تمامًا في الطبقة البينية المعدنية.
هذه الظاهرة تسمى عمل الترطيب وهي بالغة الأهمية لعملية اللحام - أي تحويل المكونات المتباينة إلى جسم مستمر وموصل كهربائيًا لـ سبيكة هجينة.
متعلق ب: مشاريع إلكترونيات مثيرة DIY للتعامل مع أقل من 15 دولارًا
هزيمة الأكسدة مع الجريان
إن عمل مذيب المعدن للحام هو أساس الوصلات الملحومة الناجحة. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، لا يمكن للجندى الشروع في إجراءات التبليل من تلقاء نفسه. يتم تحفيز هذه العملية عن طريق توفير الحرارة لكل من أسلاك اللحام وكذلك خيوط مكونات النحاس.
هذه مشكلة لأن الحرارة تتسبب أيضًا في تأكسد الأسطح النحاسية المكشوفة بسرعة في وجود الهواء. طبقة حد الأكسيد اللاحقة تعمل كحاجز يجعل الترطيب مستحيلاً. تزداد المشكلة سوءًا مع الأوساخ والأوساخ وزيوت الأصابع والشحوم وغيرها من الملوثات الموجودة على أسطح المكونات. هذه تمنع أيضًا عمل المذيب المعدني المطلوب لمفصل ملحوم ناجح.
يمكنك محاولة تنظيف الأسطح ، لكنك ستواجه طبقة أكسيد جديدة تمامًا في اللحظة التي تعيد فيها تسخين الأسلاك النحاسية. إذا كان هناك فقط طريقة لإزالة طبقة الأكسيد أثناء اللحام. حسنًا ، هذا بالضبط ما يفعله التمويه.
يتكون التدفق من الصنوبري ، وهو شكل صلب من الراتنج يتم الحصول عليه من النباتات. لغرض الإلكترونيات ، يتم استخدام الصنوبري إما بمفرده أو مع المنشطات الخفيفة التي تسمح للتدفق الناتج بالبقاء غير قابل للتآكل وغير موصل في درجة حرارة الغرفة. يصبح نفس الشيء نشطًا بدرجة كافية لتنظيف الأكاسيد والملوثات الأخرى كيميائيًا عند تزويده بالحرارة الكافية.
عندما تقوم بطلاء الأسطح التي من المفترض أن يتم لحامها بالتدفق ، فإن الحرارة المطبقة أثناء عملية اللحام تحفز التدفق وتزيل الشوائب. هذا يفضح النحاس النقي ويجعل عملية التبليل ممكنة. يمكن تطبيق التدفق على المكونات قبل اللحام ، ولكن يتم تقديمه أيضًا أثناء العملية من خلال سلك اللحام نفسه.
تحتوي معظم أسلاك اللحام الحديثة على نواة داخلية مملوءة بتدفق الصنوبري الذي يتم الاستغناء عنه تلقائيًا أثناء اللحام.
متى اللحيم ومتى لا اللحيم
الآن بعد أن اكتشفنا العلم وراء اللحام ، من المهم بنفس القدر معرفة متى يجب اللحام ومتى يكون القيام بذلك فكرة سيئة. يتم لحام أي شيء يحتوي على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل حصري تقريبًا. توفر العملية موصلية كهربائية ممتازة ودرجة معقولة من التثبيت الميكانيكي ، مع تقليل الحجم الكلي لمشاريع الإلكترونيات بشكل كبير.
ومع ذلك ، في بعض الأحيان يكون من المفيد أن تعرف بالضبط متى لا يجب عليك اللجوء إلى اللحام.
بينما يمكن إما لحام الأسلاك ببعضها البعض أو على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب عليك إعادة النظر كلما اشتمل التطبيق المطلوب على أي درجة من الحركة أو الاهتزاز. تعد تطبيقات السيارات والروبوتات والطباعة ثلاثية الأبعاد أمثلة رائعة حيث يقتصر اللحام عادةً على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ويتم تجنبه بشكل قاطع لجميع نهايات الكابلات.
وذلك لأن المفاصل الملحومة صلبة ولكنها هشة وبالتالي فهي عرضة للتعب الانحناء. بالتأكيد ليست سمة مرغوبة للوصلات الكهربائية المعرضة للاهتزاز والحركة المستمرة. تخضع الكابلات الملحومة في مثل هذه التطبيقات لإجهاد الانحناء وبالتالي تفشل في المفاصل الهشة.
هذا هو بالضبط السبب في أن نهايات الكبلات الخاضعة لمثل هذه القوى يتم تثبيتها بدلاً من لحامها في هذه التطبيقات.
في حين أن هذا قد يبدو غير بديهي ، فإن اللحام ليس هو الطريقة الوحيدة لتحقيق وصلات مقاومة للأكسدة ومحكمة الغلق. الضغط الهائل المتولد أثناء العقص يدمج النحاس يؤدي على المستوى الجزيئي ، مما يجعلهم محكمين تمامًا للغاز.
في الواقع ، تكون الوصلات المجعدة متفوقة ميكانيكيًا وكهربائيًا على نظيراتها الملحومة ، في حين أنها أيضًا مقاومة للتعب الانحناء. يستشهد الدكتور راماسوبرامانيان بعدم وجود intermetallics في الوصلات المجعدة كسبب رئيسي للواجهة النحاسية النقية التي تُظهر موصلية محسّنة مقابل الوصلات الملحومة.
يشرح أيضًا أن اتصال النحاس بالنحاس للمفاصل المجعد أقوى بطبيعته لأن الذرات المتشابهة تميل إلى تكوين روابط قوية ومستقرة. على الجانب الآخر ، تتشكل نسبيًا ذرات النحاس والرصاص والقصدير المتباينة الموجودة في الوصلات الملحومة الروابط الأضعف التي تخضع لضغوط مستمرة ، والتي بدورها تسرع تشقق التعب تحت الضغط الميكانيكي ضغط عصبى.
متعلق ب: دليل المبتدئين لطابعات DIY Voron 3D
وهذا هو السبب أيضًا في أنك لن تجد طرف كابل ملحوم واحدًا في حجرة محرك سيارتك. كما هو الحال بالنسبة للطابعات ثلاثية الأبعاد وأي جهاز آخر يخضع للاهتزاز والحركة المستمرة.
كلما عرفت أكثر
إن معرفة الآليات الأساسية للحام ومتى يكون من المناسب تطبيقها على مشاريعك سيحدث فرقًا بين النجاح ومئة دولار في الإلكترونيات التالفة.
إذا كنت مهتمًا بالإلكترونيات ، فستحتاج إلى مكواة لحام. فيما يلي أفضل مكاوي اللحام لك.
اقرأ التالي
- افعلها بنفسك
- إلكترونيات
غطت Nachiket دقات تقنية متنوعة تتراوح من ألعاب الفيديو وأجهزة الكمبيوتر إلى الهواتف الذكية و DIY على مدار مهنة امتدت إلى 15 عامًا. يقول البعض أن مقالاته الخاصة بالأعمال اليدوية (DIY) بمثابة ذريعة لتمرير طابعته ثلاثية الأبعاد ولوحة المفاتيح المخصصة وإدمان RC على أنها "نفقات عمل" للزوجة.
اشترك في نشرتنا الإخبارية
انضم إلى النشرة الإخبارية لدينا للحصول على نصائح تقنية ومراجعات وكتب إلكترونية مجانية وصفقات حصرية!
انقر هنا للاشتراك
