測(cè)井儀器虛焊故障分析原因及查找

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測(cè)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(cè)井公司河南濮陽(yáng)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(cè)井儀器由于經(jīng)常工作在高溫高壓、高震動(dòng)的環(huán)境，虛焊引起的問(wèn)題尤其突出，文章通過(guò)對(duì)虛焊的原因進(jìn)行分析，提出了其檢查的方法。

關(guān)鍵詞：測(cè)井儀器；虛焊；故障分析

作者簡(jiǎn)介：第一王東生，男，1977年生，工程師，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)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(cè)井公司工作。 E-mail：17835457@qq.com

文章編號(hào)：中圖法分類號(hào)：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(cè)井儀器的過(guò)程中，儀器會(huì)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(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)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(diǎn)，需要查看儀器線路芯子外觀、測(cè)量信號(hào)、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(wèn)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(guò)高或過(guò)低，表面有氧化層；焊接時(shí)間太長(zhǎng)或太短，掌握得不好；焊接中焊錫尚未凝固時(shí)，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(shí)，它的焊點(diǎn)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(shí)好時(shí)壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒(méi)有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、使用和維護(hù)帶來(lái)重大隱患。此外，也有一部分虛焊點(diǎn)在電路開(kāi)始工作的一段較長(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(diǎn)的接觸電阻會(huì)引起局部發(fā)熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點(diǎn)情況進(jìn)一步惡化，最終甚至使焊點(diǎn)脫落，電路完全不能正常工作。這一過(guò)程有時(shí)可長(zhǎng)達(dá)幾年，其原理可以用“原電池”的概念來(lái)解釋：當(dāng)焊點(diǎn)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(diǎn)兩側(cè)的銅和鉛錫材料相當(dāng)于原電池的兩個(gè)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(diǎn)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(dòng)讓其中的間隙不斷擴(kuò)大，直到惡性循環(huán)使虛焊點(diǎn)最終形成斷路[1]。

在測(cè)井儀器中，有的元器件的管腳在焊接過(guò)程中沒(méi)有焊透，在線路板的一面看起來(lái)焊接正常，而另一面卻沒(méi)有焊錫，這樣的焊點(diǎn)容易導(dǎo)致虛焊；在比較重的元器件中，由于儀器在使用過(guò)程中不斷震動(dòng)，這樣元器件的管腳也容易虛焊；有些線路由于經(jīng)常單獨(dú)拿出來(lái)存放，經(jīng)常和空氣接觸，致使焊點(diǎn)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(shí)沒(méi)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(shí)儀器正常，而在高溫時(shí)儀器不穩(wěn)定。后來(lái)把黑色部分減掉，重新焊接在常溫和高溫時(shí)查都正常。

2虛焊常見(jiàn)種類[2]

2.1虛焊點(diǎn)產(chǎn)生在焊點(diǎn)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?yàn)楹更c(diǎn)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(diǎn)周圍會(huì)有一圈比較明顯的塌陷，且焊點(diǎn)不光滑，焊點(diǎn)顏色呈暗灰，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)，還是比較容易發(fā)現(xiàn)的。

2.2虛焊部位在焊點(diǎn)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(méi)有處理好，導(dǎo)致焊接時(shí)吃錫不充分造成的。這種虛焊現(xiàn)象由于隱藏在焊點(diǎn)下面，一般不容易發(fā)現(xiàn)。

2.3焊點(diǎn)在元件引腳與焊點(diǎn)之間

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

在測(cè)井儀器中上述種類的虛焊比較常見(jiàn)，只要認(rèn)真的查找一般都能找到問(wèn)題所在，然后做出相應(yīng)的處理，就能解決問(wèn)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?yàn)榘l(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(rùn)的。當(dāng)邊緣受到影響時(shí)，由于不斷地?cái)D壓和拉伸，會(huì)變得粗糙無(wú)光澤，焊點(diǎn)周圍就會(huì)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(shí)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(méi)有脫焊，將來(lái)也是隱患。大面積補(bǔ)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(cè)法

檢查電壓設(shè)定是否符合工藝規(guī)定，有無(wú)在產(chǎn)品負(fù)載變化時(shí)電壓設(shè)定沒(méi)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(dòng)法

就是用手或攝子對(duì)低電壓元件逐個(gè)地進(jìn)行晃動(dòng)，以感覺(jué)元件有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，這主要應(yīng)對(duì)比較大的元件進(jìn)行晃動(dòng)。另外，在用這種方法之前，應(yīng)該對(duì)故障范圍進(jìn)行壓縮，確定出故障的大致范圍；否則面對(duì)眾多元件，逐個(gè)晃動(dòng)是很不現(xiàn)實(shí)的。

3.4震動(dòng)法

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

3.5補(bǔ)焊法

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

當(dāng)測(cè)井出現(xiàn)故障的時(shí)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(duì)容易多了。

4雙感應(yīng)八側(cè)向線路出現(xiàn)的問(wèn)題

4.1儀器檢查時(shí)的連接順序

雙感應(yīng)八側(cè)向測(cè)試盒+雙感應(yīng)八側(cè)向線路+地層模擬測(cè)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(méi)有松動(dòng)、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(guò)以上檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(gè)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(shuō)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(hào)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(hào)，虛線右側(cè)為雙感應(yīng)八側(cè)向(信號(hào)源電路和測(cè)量信號(hào)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(hào)可以對(duì)比檢查[4]。

圖2　深感應(yīng)信號(hào)源電路和測(cè)量信號(hào)濾波電路部分電路

給儀器供電把測(cè)試盒打到正刻檔,用萬(wàn)用表測(cè)量放大檢波線路板上深感應(yīng)的輸出信號(hào)電壓為500 mV,信號(hào)正常；測(cè)量放大檢波線路板上中感應(yīng)的輸出信號(hào)電壓為499 mV，信號(hào)正常[4]。信號(hào)進(jìn)入雙感應(yīng)八側(cè)向的信號(hào)源電路和測(cè)量信號(hào)濾波電路板，測(cè)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(shuō)明該部分電路是正常工作的。而XP101-16兩端的深感應(yīng)信號(hào)電壓不一致，有非常小的變化。說(shuō)明XP101-16中與深感應(yīng)信號(hào)有關(guān)的焊點(diǎn)出現(xiàn)虛焊故障，把該電路板上XP101-16有關(guān)深感應(yīng)信號(hào)的焊點(diǎn)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(kāi)始時(shí)不正常，在供電較長(zhǎng)一段時(shí)間后儀器工作正常，通過(guò)檢查不是元器件出了問(wèn)題。把信號(hào)源電路和測(cè)量信號(hào)濾波電路板上的XP101-16與深感應(yīng)相關(guān)的焊點(diǎn)點(diǎn)焊后供電檢查儀器正常，而該點(diǎn)又看不到脫焊、斷焊的跡象，確定是虛焊的問(wèn)題[5]。

6結(jié)論

虛焊是一個(gè)在測(cè)井儀器中不容易發(fā)現(xiàn)而又容易出現(xiàn)的問(wèn)題，由于在儀器使用和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不斷震蕩焊錫表面氧化所導(dǎo)致，而焊點(diǎn)本身又沒(méi)有脫落斷開(kāi)，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(gè)人原因造成的儀器前期或后期出現(xiàn)的虛焊問(wèn)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(duì)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(cè)井儀使用維修手冊(cè).2010(資料).

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