·經(jīng)驗交流·

測井儀器虛焊故障分析原因及查找

王東生周曉妮謝金亭劉璐趙瑞飛

(中原石油工程有限公司地球物理測井公司河南濮陽457001)

摘要：虛焊是一種很難查找的儀器故障，它不同于儀器元器件的損壞，也不同于脫焊、斷焊和導(dǎo)線的絕緣不好。測井儀器由于經(jīng)常工作在高溫高壓、高震動的環(huán)境，虛焊引起的問題尤其突出，文章通過對虛焊的原因進(jìn)行分析，提出了其檢查的方法。

關(guān)鍵詞：測井儀器；虛焊；故障分析

作者簡介：第一王東生，男，1977年生，工程師，2002年畢業(yè)于長安大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)在中原石油工程有限公司地球物理測井公司工作。 E-mail：17835457@qq.com

文章編號：中圖法分類號：P631.4+3

收稿日期：(2015-03-13編輯：韓德林)

Analysis of Causes and Looking for Pseudo Soldering Fault in Logging InstrumentsWANG DongshengZHOU XiaoniXIE JintingLIU LuZHAO Ruifei

(ZPEBWirelineLoggingCompany,Puyang,Henan457001,China)

Abstract：Pseudo soldering fault is very difficult to find out, because it is different from the component damage,sealing-off,broken welding and bad insulation of wire.Logging instruments often work in high temperature, high pressure and high vibration environment, pseudo soldering problems especially prominent.The causes of producing pseudo soldering are analyzed, and the methods of how to check out the faults are provided.

Key word： logging instruments, pseudo soldering, fault anlysis

0引言

在使用測井儀器的過程中，儀器會出現(xiàn)各種各樣的故障，據(jù)儀器出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，有的直接就能找到故障出現(xiàn)的原因，有的需要通過簡單的測量就能找到故障原因，而虛焊是一種易被忽視而又不易查找的故障。為了查找虛焊點，需要查看儀器線路芯子外觀、測量信號、分析原因等大量繁雜的工作，下面以雙感應(yīng)八側(cè)向線路出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

1虛焊產(chǎn)生的原因分析

虛焊產(chǎn)生的主要原因有焊錫質(zhì)量差；助焊劑的還原反應(yīng)不良或用量不夠；被焊接處表面未預(yù)先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層；焊接時間太長或太短，掌握得不好；焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件松；元器件引腳氧化等。

當(dāng)待焊金屬表面出現(xiàn)上述情況時，它的焊點成為有接觸電阻的連接狀態(tài)，導(dǎo)致電路工作不正常，出現(xiàn)時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、使用和維護(hù)帶來重大隱患。此外，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，保持接觸尚好，因此不容易發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件作用下，接觸表面逐步被氧化慢慢地變得接觸不完全。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進(jìn)一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達(dá)幾年，其原理可以用“原電池”的概念來解釋：當(dāng)焊點受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液，虛焊點兩側(cè)的銅和鉛錫材料相當(dāng)于原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電子被氧化，銅材料得到電子被還原。在這樣的原電池結(jié)構(gòu)中，虛焊點內(nèi)發(fā)生金屬損耗性腐蝕，局部溫度升高加劇了化學(xué)反應(yīng)，機(jī)械振動讓其中的間隙不斷擴(kuò)大，直到惡性循環(huán)使虛焊點最終形成斷路[1]。

在測井儀器中，有的元器件的管腳在焊接過程中沒有焊透，在線路板的一面看起來焊接正常，而另一面卻沒有焊錫，這樣的焊點容易導(dǎo)致虛焊；在比較重的元器件中，由于儀器在使用過程中不斷震動，這樣元器件的管腳也容易虛焊；有些線路由于經(jīng)常單獨拿出來存放，經(jīng)常和空氣接觸，致使焊點或?qū)Ь€與空氣中的水蒸汽接觸，形成“原電池”形式的虛焊，如有些導(dǎo)線在焊接時沒有完全被焊錫包住，在多次加溫以后，裸露的尋線與空氣接觸，顏色變黑，如圖1所示。

圖1　“原電池”形式的虛焊

導(dǎo)致在常溫檢查時儀器正常，而在高溫時儀器不穩(wěn)定。后來把黑色部分減掉，重新焊接在常溫和高溫時查都正常。

2虛焊常見種類[2]

2.1虛焊點產(chǎn)生在焊點中間

這類現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在工作溫度比較高的元件周圍。產(chǎn)生的原因主要是因為焊點處用錫量比較少．焊接溫度太高(加速氧化)或太低，造成焊接質(zhì)量差。這種焊點周圍會有一圈比較明顯的塌陷，且焊點不光滑，焊點顏色呈暗灰，因此相對來說，還是比較容易發(fā)現(xiàn)的。

2.2虛焊部位在焊點與焊盤之間

產(chǎn)生這種虛焊現(xiàn)象的原因是雖然元件引腳處理得好，但線路板敷銅焊盤面上沒有處理好，導(dǎo)致焊接時吃錫不充分造成的。這種虛焊現(xiàn)象由于隱藏在焊點下面，一般不容易發(fā)現(xiàn)。

2.3焊點在元件引腳與焊點之間

產(chǎn)生的原因主要是元件引腳沒有得到較好的處理，導(dǎo)致引腳與焊點不能很好地熔合。日久后元件引腳氧化現(xiàn)象加劇，形成時通時不通的接觸不良現(xiàn)象。

在測井儀器中上述種類的虛焊比較常見，只要認(rèn)真的查找一般都能找到問題所在，然后做出相應(yīng)的處理，就能解決問題。

3檢查方法[3]

3.1直觀檢查法

一般先尋找發(fā)熱的元器件，如功率管、大電流二極管、大功率電阻、集成電路等，這些元件因為發(fā)熱容易出現(xiàn)虛焊，嚴(yán)重的直接可以看出，輕微的可以用放大鏡觀看。一般剛焊好的引腳是很光潤的。當(dāng)邊緣受到影響時，由于不斷地擠壓和拉伸，會變得粗糙無光澤，焊點周圍就會出現(xiàn)灰暗的圓圈，用高倍放大鏡看可以看到龜裂狀的細(xì)小的裂縫群，嚴(yán)重時就形成環(huán)狀的裂縫，即脫焊。所以，有環(huán)狀黑圈的地方，即使沒有脫焊，將來也是隱患。大面積補焊集成電路、發(fā)熱元件引腳是解決的方法之一。

3.2電壓檢測法

檢查電壓設(shè)定是否符合工藝規(guī)定，有無在產(chǎn)品負(fù)載變化時電壓設(shè)定沒有相應(yīng)隨之增加，使焊接中電流不足而產(chǎn)生焊接不良。

3.3晃動法

就是用手或攝子對低電壓元件逐個地進(jìn)行晃動，以感覺元件有無松動現(xiàn)象，這主要應(yīng)對比較大的元件進(jìn)行晃動。另外，在用這種方法之前，應(yīng)該對故障范圍進(jìn)行壓縮，確定出故障的大致范圍；否則面對眾多元件，逐個晃動是很不現(xiàn)實的。

3.4震動法

當(dāng)遇到虛焊現(xiàn)象時，可以采取敲擊的方法來證實，用螺絲刀手炳輕輕敲擊線路板，以確定虛焊點的位置。但在采用敲擊法時，應(yīng)保證人身安全，同時也要保證設(shè)備的安全，以免擴(kuò)大故障范圍。

3.5補焊法

補焊法是當(dāng)仔細(xì)檢查后仍舊不能發(fā)現(xiàn)故障時進(jìn)行的一種維修方法，就是對故障范圍內(nèi)的元件逐個進(jìn)行焊接。這樣，雖然沒有發(fā)現(xiàn)真正故障點，但卻能達(dá)到維修目的。

當(dāng)測井出現(xiàn)故障的時候，先根據(jù)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象初步查找儀器出現(xiàn)故障的原因，縮小查找故障的范圍。把目標(biāo)范圍鎖定并且確認(rèn)故障為虛焊以后，再按上述方法查找虛焊的位置，這樣就相對容易多了。

4雙感應(yīng)八側(cè)向線路出現(xiàn)的問題

4.1儀器檢查時的連接順序

雙感應(yīng)八側(cè)向測試盒+雙感應(yīng)八側(cè)向線路+地層模擬測試盒

4.2看到的故障現(xiàn)象

在給儀器正常供電后，深感應(yīng)零刻起始值為-177 mV，正刻值為330 mV，其它正常，當(dāng)連續(xù)供電1 h后正常。斷電12 h后再供電儀器刻度值跟上述一樣不正常，連續(xù)供電1 h左右后儀器恢復(fù)正常。

4.3查找故障原因

1)常規(guī)查找。檢查儀器芯子，查看外表沒有松動、斷線、破損、脫焊、燒壞的地方，然后供電檢查儀器的電源都正常，通過以上檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題。

2)換深感應(yīng)線路放大檢波電路線路板檢查。由于中感應(yīng)正常，而深感應(yīng)不正常，所以把一個好的深感應(yīng)放大檢波線路板換到該感應(yīng)的線路上，現(xiàn)象跟上述現(xiàn)象一樣，說明壞的地方不是在該線路板上，應(yīng)該繼續(xù)往后查找。

3)信號查找。如圖2所示，圖中虛線左側(cè)為雙感應(yīng)八側(cè)向的深感應(yīng)放大檢波電路線路板的輸出信號，虛線右側(cè)為雙感應(yīng)八側(cè)向(信號源電路和測量信號濾波電路中的)的深感應(yīng)部分電路，雙感應(yīng)八側(cè)向的中感應(yīng)電路板與深感應(yīng)電路板一樣，所以深中感應(yīng)信號可以對比檢查[4]。

圖2　深感應(yīng)信號源電路和測量信號濾波電路部分電路

給儀器供電把測試盒打到正刻檔,用萬用表測量放大檢波線路板上深感應(yīng)的輸出信號電壓為500 mV,信號正常；測量放大檢波線路板上中感應(yīng)的輸出信號電壓為499 mV，信號正常[4]。信號進(jìn)入雙感應(yīng)八側(cè)向的信號源電路和測量信號濾波電路板，測量該電路板上如圖2深感應(yīng)部分電路的輸入端與輸出端的電壓相等，說明該部分電路是正常工作的。而XP101-16兩端的深感應(yīng)信號電壓不一致，有非常小的變化。說明XP101-16中與深感應(yīng)信號有關(guān)的焊點出現(xiàn)虛焊故障，把該電路板上XP101-16有關(guān)深感應(yīng)信號的焊點重新焊接后供電檢查儀器工作正常。

5分析原因

該儀器的故障現(xiàn)象是在供電開始時不正常，在供電較長一段時間后儀器工作正常，通過檢查不是元器件出了問題。把信號源電路和測量信號濾波電路板上的XP101-16與深感應(yīng)相關(guān)的焊點點焊后供電檢查儀器正常，而該點又看不到脫焊、斷焊的跡象，確定是虛焊的問題[5]。

6結(jié)論

虛焊是一個在測井儀器中不容易發(fā)現(xiàn)而又容易出現(xiàn)的問題，由于在儀器使用和運輸?shù)倪^程中不斷震蕩焊錫表面氧化所導(dǎo)致，而焊點本身又沒有脫落斷開，而影響了線路的性能。所以為了減少虛焊的發(fā)生，應(yīng)該嚴(yán)格按照焊接工藝的操作規(guī)程進(jìn)行焊接，以最大限度的減少因個人原因造成的儀器前期或后期出現(xiàn)的虛焊問題，以減少以后維修的工作程序。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱延楓.手工焊接技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：27-29.

[2] 邵立群，臧華東.電子元器件焊接工藝教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014:85-86.

[3] 羅石芳.電子元器件產(chǎn)生虛焊的原因及對策[J].科技風(fēng)，2013，5(11)：33-36.

[4] 北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司.DILT雙感應(yīng)八側(cè)向測井儀使用維修手冊.2010(資料).

[5] 陳學(xué)平.電子元器件識別檢測與焊接[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013：128-129.