- 重點(diǎn)講述了一些手工無(wú)鉛焊接的實(shí)際問(wèn)題方案
- 使用無(wú)鉛合金制成的溶槽需要經(jīng)常進(jìn)行清潔保養(yǎng)來(lái)盡量保持使用周期
- 改善焊咀鍍層的厚度
隨著電子產(chǎn)品不斷的趨向環(huán)保化，”無(wú)鉛焊接”這個(gè)議題已經(jīng)在過(guò)去的10年被慢慢的重視起來(lái)。相對(duì)于不厭其煩地重復(fù)討論無(wú)鉛焊接的理論、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，我們會(huì)在這里提供一些針對(duì)手工無(wú)鉛焊接的實(shí)際問(wèn)題方案。
(1)無(wú)鉛焊錫與傳統(tǒng)有鉛焊錫有何差別?
無(wú)鉛焊錫內(nèi)不含鉛，且溶點(diǎn)比傳統(tǒng)(63%錫+37%鉛)焊錫高。常用的無(wú)鉛焊錫:
- Sn-Ag (錫+銀, 96-98%錫)
- Sn-Cu (錫+銅, 96%錫)
- Sn-Ag-Cu (錫+銀+銅, 93-96%錫)
- Sn-Ag-Bi (錫+銀+鉍, 90.5-94%錫)
- Sn-Ag-Bi-Cu (錫+銀+鉍+銅, 90-94%錫)
- 63/37有鉛焊錫溶點(diǎn)為183℃，凝固點(diǎn)同樣為183℃。注:此焊錫不會(huì)出現(xiàn)膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)的溫度點(diǎn)相同]。
- 60/40有鉛焊錫溶點(diǎn)為191℃，凝固點(diǎn)為183℃。注:此焊錫有8℃范圍形成膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)所需的溫度范圍]。
- 無(wú)鉛焊錫溶點(diǎn)范圍從217℃到226℃。
以下是一些進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)所遇到的問(wèn)題:
i. 高溫焊接會(huì)破壞一些電子組件，包括塑料連接器、繼電器、發(fā)光二極管、電解電容及多層陶瓷電容
ii. 高溫會(huì)使電路板彎曲，導(dǎo)致多層陶瓷電容損毀(常見(jiàn)損壞情況)
iii. 高溫焊接會(huì)對(duì)組件造成熱沖擊
iv. 高溫會(huì)使塑料組件溶解或變形
v. 高溫焊接會(huì)加速氧化，影響焊錫的擴(kuò)散性及潤(rùn)濕性
vi. 有需要使用活性較高(腐蝕性強(qiáng))的助焊劑
vii. 要提供較多熱量及焊接較長(zhǎng)時(shí)間才可以達(dá)到理想的焊接效果
viii. 容易產(chǎn)生錫橋及虛焊，且不易修正
ix. 容易產(chǎn)生錫球及助焊劑飛散
x. 縮短焊咀壽命
xi. 焊點(diǎn)顏色會(huì)較暗淡
xii. 操作人員會(huì)感到不適應(yīng)，憂(yōu)慮是否需要改變焊接模式
防止對(duì)組件造成熱沖擊
- ? 保持以往傳統(tǒng)焊錫所使用的溫度來(lái)焊接
- ? 嚴(yán)格控制焊咀溫度
- ? 使用高熱回復(fù)性的焊臺(tái)
- ? 使用大功率的焊臺(tái)
- ? 配合焊點(diǎn)大少的同時(shí)，應(yīng)盡量選擇較大的焊咀進(jìn)行焊接，因焊咀越大，設(shè)定溫度可以越低，熱量流失越少
提供特別培訓(xùn)給操作人員是不必要的，但當(dāng)他們進(jìn)行無(wú)鉛焊接之前，必須要清楚了解以下幾項(xiàng)事情:
進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)，焊咀必須要經(jīng)常保持清潔，原因是相比起63/37或60/40之傳統(tǒng)焊錫，無(wú)鉛焊錫是不能夠容忍雜質(zhì)污染的。
操作人員必須愿意接受焊接模式的改變，他們需要經(jīng)常清潔焊咀，而且要知道焊接時(shí)間會(huì)較使用63/37或60/40焊錫為長(zhǎng)。
重要事項(xiàng):
雖然無(wú)鉛焊錫的溶點(diǎn)較高，但這并不代表必須要使用較高的溫度來(lái)進(jìn)行焊接。請(qǐng)參考問(wèn)題3。
(3)由于無(wú)鉛焊錫的溶點(diǎn)較高，我們是否有必要提高白光焊臺(tái)的焊接溫度呢?
不一定需要的。提高焊接溫度有可能會(huì)造成焊接困難，因?yàn)楦邷貢?huì)加速氧化，影響溶錫的擴(kuò)散性及潤(rùn)濕性。雖然使用某些助焊劑可以有效改善焊接效果，但是會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，我們還是應(yīng)該偏向保護(hù)環(huán)境，使用”免清洗”助焊劑的。
大多數(shù)”免清洗”助焊劑的活動(dòng)時(shí)間都是很短暫的，在焊接過(guò)程中會(huì)很快進(jìn)入活動(dòng)期，而焊接完畢留下的殘?jiān)粠Цg性。但進(jìn)行無(wú)鉛焊接需要較長(zhǎng)的時(shí)間，所以在還未能完全促進(jìn)溶錫的擴(kuò)散性及潤(rùn)濕性前，”免清洗”助焊劑可能已經(jīng)結(jié)束他的活動(dòng)期了。
最好的解決方法是使用高熱回復(fù)性的焊臺(tái)來(lái)進(jìn)行無(wú)鉛焊接。這樣可以避免大幅提高焊接溫度的需要。
(4)應(yīng)該如何拆除無(wú)鉛焊錫?
要拆除無(wú)鉛焊錫并沒(méi)有甚么特別的要求。相比起拆除傳統(tǒng)焊錫，拆除無(wú)鉛焊錫只不過(guò)是需要較長(zhǎng)的除錫時(shí)間而已。
拆除無(wú)鉛焊錫時(shí)，應(yīng)該使用跟以往拆除傳統(tǒng)焊錫時(shí)的溫度一樣，不一定要提高，因?yàn)楦邷貢?huì)加速氧化，縮短吸咀壽命。
當(dāng)使用真空吸錫鎗時(shí)，不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度，且過(guò)濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。白光FM-2024吸錫鎗便能夠有效避免此問(wèn)題的發(fā)生。
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(5)白光FM-204吸錫鎗是否適用于拆除無(wú)鉛焊錫?
N1吸咀 傳統(tǒng)吸咀
正確，F(xiàn)M-204吸錫鎗絕對(duì)適用于拆除無(wú)鉛焊錫。FM-204所使用的N1系列吸咀特別針對(duì)處理無(wú)鉛焊錫而設(shè)計(jì)。N1系列吸咀咀身較短，吸入管內(nèi)徑較闊，可增加吸入量及減少堵塞現(xiàn)象。
請(qǐng)緊記不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度，且過(guò)濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。
(6)應(yīng)該如何使用白光FM-204吸錫鎗?
選擇合適的吸咀使焊點(diǎn)上的焊料可以回流1-2秒。
把吸咀套在組件腳上并加熱焊點(diǎn)(這時(shí)輕輕的擺動(dòng)吸咀讓熱量可以平均傳送到整個(gè)焊點(diǎn))。
當(dāng)焊料開(kāi)始回流(約1-2秒)便按下FM-204的板機(jī)吸錫，焊料會(huì)立即被吸入過(guò)濾管內(nèi)。當(dāng)過(guò)濾管被焊料填滿(mǎn)，可拆下棄置，并更換新的。
(7)使用氮?dú)饪梢詭椭止o(wú)鉛焊接嗎?
可以。白光焊臺(tái)有提供配合氮?dú)膺\(yùn)作的焊鐵型號(hào)，氮?dú)鈺?huì)從焊咀前端吹出送到焊接處。由于氣壓關(guān)系，所以氮?dú)鈺?huì)把氧氣從焊接處排開(kāi)，形成隔離區(qū)。這樣可以有效促進(jìn)隔離區(qū)內(nèi)溶錫的擴(kuò)散性及潤(rùn)濕性，焊點(diǎn)亦會(huì)因此而變得光澤。理論上，如果在焊接時(shí)有充足且穩(wěn)定的氮?dú)馓峁憧梢杂行ё韪粞鯕猓乐寡趸?br />
此外，從焊咀前端吹出的熱氮?dú)鈱?duì)焊接組件及焊接處也有預(yù)熱的作用。
下圖表示當(dāng)焊咀前端吹出氮?dú)夂蜎](méi)有使用氮?dú)鈺r(shí)，焊咀溫度變化的比較。由此可以證明在使用熱氮?dú)獾那闆r下，如果要把焊點(diǎn)提升到相同的溫度，焊咀便能夠設(shè)定較低的溫度進(jìn)行焊接。
由于氮?dú)庖龑?dǎo)管是連接在焊鐵內(nèi)，所以白光氮?dú)夂歌F的直徑會(huì)較大一點(diǎn)。在某些工作上，有可能會(huì)影響操作人員的使用習(xí)慣，這便需要作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。
白光FX-791氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)器可配合白光FX-780氮?dú)馍a(chǎn)器、FM-2026氮?dú)夂歌F及白光焊臺(tái): FX-950、FX-951、FM-203、FM-204一起使用。
白光氮?dú)夂附咏M合
使用氮?dú)夂附拥目偨Y(jié):1. 氮?dú)饪梢愿纳茲?rùn)濕性嗎? 可以，氮?dú)獠粏沃豢梢愿纳茲?rùn)濕性及擴(kuò)散性，而且可以防止氧化。
2. 使用氮?dú)馐欠穹铣杀拘б? 這需要根據(jù)每個(gè)焊接工作而定，例如焊接產(chǎn)品的種類(lèi)、焊接效果的要求、或工場(chǎng)環(huán)境的設(shè)計(jì)等。
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(8)應(yīng)用無(wú)鉛焊接后，為何焊咀壽命會(huì)大幅縮短?
現(xiàn)今市場(chǎng)上大多數(shù)無(wú)鉛焊錫的含錫比例都是很高的，所以我們必須要注意他們對(duì)焊咀造成的侵蝕影響。
圖1表示當(dāng)使用63/37傳統(tǒng)焊錫時(shí)是近乎不會(huì)產(chǎn)生混合金屬的，但當(dāng)使用錫+3.7銀+0.7銅的無(wú)鉛焊錫時(shí)便會(huì)產(chǎn)生15微米厚度的混合金屬了(圖2)。
混合金屬的產(chǎn)生速度會(huì)因應(yīng)不同的焊接溫度而改變。溫度越高，產(chǎn)生速度越快，特別在400℃或以上的情況下更為明顯。
(圖3) 新焊咀橫切面圖
(圖4) 侵蝕焊咀橫切面圖
進(jìn)行焊接時(shí)，錫跟鐵會(huì)不斷產(chǎn)生混合反應(yīng)，而由于所產(chǎn)生的混合金屬會(huì)從焊咀鍍層表面剝落，因此焊咀鍍層會(huì)逐漸被侵蝕掉，繼而錫會(huì)很快速地侵蝕焊咀內(nèi)的銅，最后會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)造成焊咀穿洞(圖4)。
相比起傳統(tǒng)的共晶焊錫(63/37焊錫)，在400℃的焊接溫度下，無(wú)鉛焊錫 錫+3.5銀+0.7銅 對(duì)焊咀的侵蝕速度要快3倍，而 錫+0.7銅更加要快4倍。
除了侵蝕以外，無(wú)鉛焊接還會(huì)加速焊咀氧化。 (請(qǐng)參考問(wèn)題16)
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(9)如何延長(zhǎng)焊咀壽命?
以下事項(xiàng)可以有效延長(zhǎng)焊咀壽命:
i. 盡可能使用低溫焊接 (360℃以下)
ii. 經(jīng)常以?xún)?yōu)質(zhì)潔咀器清潔焊咀 (例如白光599B)
iii. 焊鐵放回焊鐵架前請(qǐng)先把焊咀上錫
iv. 如果焊鐵不使用10分鐘或以上，請(qǐng)關(guān)上電源
白光599B潔咀器
使用白光599B潔咀器無(wú)需加水，清潔時(shí)不會(huì)降低焊咀溫度。金屬絲團(tuán)含有助焊劑，容易清除焊咀表面的氧化物。而且在清潔后，焊咀表面會(huì)殘留焊錫，防止焊咀鍍層氧化。(10)白光485電焊系統(tǒng)是否與無(wú)鉛兼容?
是的。葉輪及錫槽用特別涂層處理，能抵御高溫熔融錫的侵蝕。
(11)白光96熔錫爐是否與無(wú)鉛兼容?
由于無(wú)鉛焊錫含錫成份高，白光熔錫爐必須經(jīng)過(guò)特別涂層處理才可延長(zhǎng)熔槽壽命，故不建議使用未經(jīng)特別涂層處理的96熔錫爐于無(wú)鉛作業(yè)上。
白光FX-301B及FX-300熔錫爐備有特殊涂層熔槽,適合無(wú)鉛焊接使用。
FX-301B更加是數(shù)碼式控溫熔錫爐,針對(duì)常用之無(wú)鉛焊錫，預(yù)設(shè)四種加熱程序，適合不同種類(lèi)的無(wú)鉛焊錫及傳統(tǒng)焊錫使用。
(12)白光FG-100溫度計(jì)及FG-101焊鐵測(cè)試儀是否適用于無(wú)鉛焊錫?
標(biāo)準(zhǔn)的191-211傳感器是含鉛的，所以并不適用于無(wú)鉛焊錫。但可以改用191-212傳感器，因?yàn)?91-212是不含鉛的。
191-212傳感器
白光191-212傳感器的金屬絲沒(méi)有鍍錫，感測(cè)點(diǎn)是扭曲而非熔焊而成，傳感器的金屬絲不含鉛。
[page](13)使用不同品牌的焊咀進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的效率和壽命不一，為何白光焊咀較其它品牌耐用和好用?
白光焊咀鍍上較厚之鍍鐵(Fe)層，配合白光焊臺(tái)的強(qiáng)大回?zé)峁δ埽购妇赘陀茫矢摺?br /> 問(wèn)題: 以下是兩支不同大小的焊咀，其中一支回?zé)崴俣容^快，是A型還是B型?
A 型
B 型
答案是B型。由于B型焊咀比A型咀焊粗(銅的部份)，所以B型比A型的熱容量也較大和導(dǎo)熱性較快。雖然兩支焊咀形狀一樣(尖端部份)，但B型咀身比較粗，焊咀越粗，銅的部份越大，保持溫度穩(wěn)定的能力也越大。(請(qǐng)參考以下圖表)
(14)何時(shí)需要開(kāi)始生產(chǎn)無(wú)鉛產(chǎn)品?
RoHS是歐洲議會(huì)頒布的『禁止使用有害物質(zhì)』指令，禁止在電子電氣設(shè)備中使用鉛(Pb)、鎘(Cd)、水銀(Hg)、六價(jià)鉻(CrVI)、聚溴聯(lián)苯(PBBs)和聚溴二苯醚(PBDEs)等六種有害物質(zhì)。從2006年7月1日開(kāi)始，所有進(jìn)入歐洲的電器/電子產(chǎn)品必須符合該指令。
(15)白光焊咀是否與無(wú)鉛兼容?
是的。白光焊咀和吸咀都是鍍上無(wú)鉛焊錫
(16)為什么焊咀表面不能上錫?焊咀是否氧化?
- 當(dāng)焊咀長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫狀態(tài)，會(huì)容易產(chǎn)生錫和鐵的金屬間化合物，而且氧化迅速。所以焊鐵不使用10分鐘或以上，請(qǐng)關(guān)上電源。
- 焊咀是否沾滿(mǎn)碳化助焊劑 (碳化物及助焊劑殘?jiān)欠耩じ街冭F層)?
如果焊咀沾滿(mǎn)碳化助焊劑，焊咀便不能夠溶錫把足夠的熱量傳送到焊點(diǎn)上，因?yàn)楹妇资潜仨氁高^(guò)溶錫作為媒介傳送熱量的。此外，焊咀鍍鐵層會(huì)因?yàn)槿苠a不足而外露氧化，再加上錫和鐵的金屬間化合物氧化，焊咀便會(huì)迅速被損耗。在高溫情況下會(huì)容易產(chǎn)生此現(xiàn)象，所以應(yīng)盡量降低焊咀溫度。
- 不良鍍層所含的雜質(zhì)會(huì)容易產(chǎn)生氧化物，所以應(yīng)該選擇高質(zhì)量的焊咀。
(17)進(jìn)行無(wú)鉛焊接有可能需要使用較高溫度及較高活性之助焊劑，但這樣會(huì)對(duì)焊咀造成很大的損耗。即使焊咀鍍層仍然豐富，但因?yàn)楸砻娴难趸蚯治g情況嚴(yán)重而導(dǎo)致不能繼續(xù)使用。在這樣的情況下，有甚么方法可以令焊咀重生呢?
白光FT-700焊咀清潔器是可以有效解決以上情況，令焊咀重生的工具。
(18)白光吸煙系統(tǒng)是否可以吸收含鉛煙霧?
沒(méi)有此必要。焊接時(shí)所產(chǎn)生的煙霧只是助焊劑燃燒時(shí)的副產(chǎn)品，鉛在焊接溫度下是不會(huì)氣化的。
需要注意的是由于進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)有可能使用較高活性的助焊劑(但是會(huì)加速侵蝕焊咀)，因此會(huì)產(chǎn)生較多的有害物質(zhì)煙霧(包括免清洗型助焊劑)。所以白光見(jiàn)意應(yīng)盡量在空氣流通及使用吸煙儀器的環(huán)境下進(jìn)行焊接。
(19)是否可以使用熱風(fēng)返修無(wú)鉛電路板?
可以的。但請(qǐng)注意返修無(wú)鉛合金需要使用較高溫度，高溫會(huì)損壞組件的塑料部份或使電路板彎曲變形，引起焊接成品的問(wèn)題。由于很多組件和材料都不能承受高溫(>260℃)，因此了解無(wú)鉛合金如 錫+銀 合金、錫+銅 合金的溶點(diǎn)是很重要的。
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(20)為何無(wú)鉛焊接會(huì)產(chǎn)生很多焊錫和助焊劑飛散的現(xiàn)象?
助焊劑飛散跟它的成份有關(guān)系。一般無(wú)鉛焊錫都會(huì)采用活性很高的助焊劑來(lái)改善潤(rùn)濕性。這類(lèi)高活性的助焊劑對(duì)高溫產(chǎn)生反應(yīng)，就像在熱鍋里灑冷水的情況一樣，錫線(xiàn)里的助焊劑急速膨脹而導(dǎo)致飛散。一般含松香的助焊劑也會(huì)產(chǎn)生飛散，但大部份只會(huì)在高溫的情況下才會(huì)發(fā)生。而并非所有含松香助焊劑都會(huì)產(chǎn)生這現(xiàn)象，因每個(gè)生產(chǎn)商采用不同的化學(xué)配方和活化劑。不論使用那一種助焊劑，一般來(lái)說(shuō)溫度越高，飛散也越多。
(21)在無(wú)鉛焊接的情況下，白光936與FX-951焊臺(tái)之功能比較如何?
白光FX-951配置的FM-2025焊鐵采用發(fā)熱芯、傳感器復(fù)合式焊咀設(shè)計(jì)。這種復(fù)合式設(shè)計(jì)比較傳統(tǒng)936焊臺(tái)配置的907/908焊鐵小巧，而且焊咀回?zé)崴俣纫泊蟠蟮氐玫教嵘?br />
以下是FM-2025(FX-951焊臺(tái))與907及908(936焊臺(tái)) 之回?zé)崴俣缺容^。在電路板焊接位置的第 #1、#4、#7 三個(gè)焊點(diǎn)裝上溫度傳感器，分別使用FX-951、907及908進(jìn)行焊接，每3秒焊接一個(gè)焊點(diǎn)，連續(xù)焊接7個(gè)點(diǎn)，然后測(cè)試焊咀及焊點(diǎn)的溫度變化。(請(qǐng)參考下圖)
(22)從傳統(tǒng)焊接導(dǎo)入無(wú)鉛焊接，在財(cái)政方面會(huì)帶來(lái)怎樣的影響?
生產(chǎn)成本必定會(huì)上漲，也有可能會(huì)大幅提升。無(wú)鉛焊錫價(jià)格高昂，比較起傳統(tǒng)焊接，無(wú)鉛焊接便屬于高成本生產(chǎn)工業(yè)。除了需要改用對(duì)應(yīng)無(wú)鉛的電路板外，有可能還需要投資購(gòu)買(mǎi)對(duì)應(yīng)無(wú)鉛的各種各樣設(shè)備，如回流焊爐、氮?dú)庀到y(tǒng)、氣相系統(tǒng)、波峰焊爐、溶錫爐等…。雖然現(xiàn)今生產(chǎn)工業(yè)普遍趨向于積極控制源料采購(gòu)成本，但事實(shí)上，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)是必須要付出相對(duì)的金錢(qián)來(lái)?yè)Q取的。
波峰焊接
導(dǎo)入無(wú)鉛對(duì)波峰焊接的沖擊是最大的。因?yàn)?錫+銀+銅 及 錫+銅 合金是現(xiàn)今一般會(huì)使用的無(wú)鉛焊錫，而由于銅被分解后會(huì)殘留在無(wú)鉛合金當(dāng)中，所以使用無(wú)鉛合金制成的溶槽便需要經(jīng)常進(jìn)行清潔保養(yǎng)來(lái)盡量保持使用周期。
錫+鉛 焊錫所產(chǎn)生的混合金屬化合物會(huì)浮于溶槽表面，而且容易清潔。但是 錫+銅 焊錫所產(chǎn)生的混合金屬化合物卻會(huì)沈積并散布于溶槽內(nèi)，影響波峰質(zhì)素。此外，溶槽的壽命周期也會(huì)因?yàn)殂~的分解物質(zhì)而大大降低。如果工場(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)主要屬于波峰焊接類(lèi)型，那么更換溶槽的經(jīng)常性開(kāi)支便會(huì)大大提高。
由此可見(jiàn)，隨著無(wú)鉛工藝的不繼增加，越來(lái)越多的含銅物料會(huì)被使用，結(jié)果也會(huì)帶來(lái)越來(lái)越多的銅質(zhì)分解物黏附在溶槽內(nèi)，加速損耗溶槽。
另外，因?yàn)樾枰褂幂^高的溫度來(lái)進(jìn)行無(wú)鉛焊接，所以在能源消耗方面也會(huì)有所增加。有些工場(chǎng)可能會(huì)在能源消耗的開(kāi)支上增加約25%。
手工焊接
無(wú)鉛工藝也會(huì)增加手工焊接的生產(chǎn)成本。在之前的第2、8、9和13的問(wèn)題中已解釋了為何在導(dǎo)入無(wú)鉛焊接后，焊咀的使用壽命會(huì)大幅減少。
白光在針對(duì)此問(wèn)題的方案下，改善了焊咀鍍層的厚度，配合白光焊臺(tái)強(qiáng)大的回?zé)峁δ埽鳂I(yè)者可以盡量使用較低的溫度來(lái)進(jìn)行無(wú)鉛焊接。這樣便能夠有效減少焊咀的損耗，延長(zhǎng)焊咀壽命。必須注意的是進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)，焊咀的壽命肯定比較進(jìn)行傳統(tǒng)有鉛焊接的差很多。
在日常的焊接工作中，作業(yè)者可以通過(guò)經(jīng)常清潔焊咀的方法來(lái)保護(hù)焊咀，延長(zhǎng)焊咀壽命，減低生產(chǎn)成本。然而，這亦是只有作業(yè)者才可以控制的。
