测井仪器虚焊故障分析原因及查找

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测井仪器虚焊故障分析原因及查找

王东生周晓妮谢金亭刘璐赵瑞飞

(中原石油工程有限公司地球物理测井公司河南濮阳457001)

摘要：虚焊是一种很难查找的仪器故障，它不同于仪器元器件的损坏，也不同于脱焊、断焊和导线的绝缘不好。测井仪器由于经常工作在高温高压、高震动的环境，虚焊引起的问题尤其突出，文章通过对虚焊的原因进行分析，提出了其检查的方法。

关键词：测井仪器；虚焊；故障分析

作者简介：第一王东生，男，1977年生，工程师，2002年毕业于长安大学应用地球物理专业，现在中原石油工程有限公司地球物理测井公司工作。 E-mail：17835457@qq.com

文章编号：中图法分类号：P631.4+3

收稿日期：(2015-03-13编辑：韩德林)

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

在使用测井仪器的过程中，仪器会出现各种各样的故障，据仪器出现的故障现象，有的直接就能找到故障出现的原因，有的需要通过简单的测量就能找到故障原因，而虚焊是一种易被忽视而又不易查找的故障。为了查找虚焊点，需要查看仪器线路芯子外观、测量信号、分析原因等大量繁杂的工作，下面以双感应八侧向线路出现的问题进行分析。

1虚焊产生的原因分析

虚焊产生的主要原因有焊锡质量差；助焊剂的还原反应不良或用量不够；被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不牢；烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；焊接时间太长或太短，掌握得不好；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元件松；元器件引脚氧化等。

当待焊金属表面出现上述情况时，它的焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件作用下，接触表面逐步被氧化慢慢地变得接触不完全。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。这一过程有时可长达几年，其原理可以用“原电池”的概念来解释：当焊点受潮使水汽渗入间隙后，水分子溶解金属氧化物和污垢形成电解液，虚焊点两侧的铜和铅锡材料相当于原电池的两个电极，铅锡焊料失去电子被氧化，铜材料得到电子被还原。在这样的原电池结构中，虚焊点内发生金属损耗性腐蚀，局部温度升高加剧了化学反应，机械振动让其中的间隙不断扩大，直到恶性循环使虚焊点最终形成断路[1]。

在测井仪器中，有的元器件的管脚在焊接过程中没有焊透，在线路板的一面看起来焊接正常，而另一面却没有焊锡，这样的焊点容易导致虚焊；在比较重的元器件中，由于仪器在使用过程中不断震动，这样元器件的管脚也容易虚焊；有些线路由于经常单独拿出来存放，经常和空气接触，致使焊点或导线与空气中的水蒸汽接触，形成“原电池”形式的虚焊，如有些导线在焊接时没有完全被焊锡包住，在多次加温以后，裸露的寻线与空气接触，颜色变黑，如图1所示。

图1　“原电池”形式的虚焊

导致在常温检查时仪器正常，而在高温时仪器不稳定。后来把黑色部分减掉，重新焊接在常温和高温时查都正常。

2虚焊常见种类[2]

2.1虚焊点产生在焊点中间

这类现象经常出现在工作温度比较高的元件周围。产生的原因主要是因为焊点处用锡量比较少．焊接温度太高(加速氧化)或太低，造成焊接质量差。这种焊点周围会有一圈比较明显的塌陷，且焊点不光滑，焊点颜色呈暗灰，因此相对来说，还是比较容易发现的。

2.2虚焊部位在焊点与焊盘之间

产生这种虚焊现象的原因是虽然元件引脚处理得好，但线路板敷铜焊盘面上没有处理好，导致焊接时吃锡不充分造成的。这种虚焊现象由于隐藏在焊点下面，一般不容易发现。

2.3焊点在元件引脚与焊点之间

产生的原因主要是元件引脚没有得到较好的处理，导致引脚与焊点不能很好地熔合。日久后元件引脚氧化现象加剧，形成时通时不通的接触不良现象。

在测井仪器中上述种类的虚焊比较常见，只要认真的查找一般都能找到问题所在，然后做出相应的处理，就能解决问题。

3检查方法[3]

3.1直观检查法

一般先寻找发热的元器件，如功率管、大电流二极管、大功率电阻、集成电路等，这些元件因为发热容易出现虚焊，严重的直接可以看出，轻微的可以用放大镜观看。一般刚焊好的引脚是很光润的。当边缘受到影响时，由于不断地挤压和拉伸，会变得粗糙无光泽，焊点周围就会出现灰暗的圆圈，用高倍放大镜看可以看到龟裂状的细小的裂缝群，严重时就形成环状的裂缝，即脱焊。所以，有环状黑圈的地方，即使没有脱焊，将来也是隐患。大面积补焊集成电路、发热元件引脚是解决的方法之一。

3.2电压检测法

检查电压设定是否符合工艺规定，有无在产品负载变化时电压设定没有相应随之增加，使焊接中电流不足而产生焊接不良。

3.3晃动法

就是用手或摄子对低电压元件逐个地进行晃动，以感觉元件有无松动现象，这主要应对比较大的元件进行晃动。另外，在用这种方法之前，应该对故障范围进行压缩，确定出故障的大致范围；否则面对众多元件，逐个晃动是很不现实的。

3.4震动法

当遇到虚焊现象时，可以采取敲击的方法来证实，用螺丝刀手炳轻轻敲击线路板，以确定虚焊点的位置。但在采用敲击法时，应保证人身安全，同时也要保证设备的安全，以免扩大故障范围。

3.5补焊法

补焊法是当仔细检查后仍旧不能发现故障时进行的一种维修方法，就是对故障范围内的元件逐个进行焊接。这样，虽然没有发现真正故障点，但却能达到维修目的。

当测井出现故障的时候，先根据出现的故障现象初步查找仪器出现故障的原因，缩小查找故障的范围。把目标范围锁定并且确认故障为虚焊以后，再按上述方法查找虚焊的位置，这样就相对容易多了。

4双感应八侧向线路出现的问题

4.1仪器检查时的连接顺序

双感应八侧向测试盒+双感应八侧向线路+地层模拟测试盒

4.2看到的故障现象

在给仪器正常供电后，深感应零刻起始值为-177 mV，正刻值为330 mV，其它正常，当连续供电1 h后正常。断电12 h后再供电仪器刻度值跟上述一样不正常，连续供电1 h左右后仪器恢复正常。

4.3查找故障原因

1)常规查找。检查仪器芯子，查看外表没有松动、断线、破损、脱焊、烧坏的地方，然后供电检查仪器的电源都正常，通过以上检查，没有发现问题。

2)换深感应线路放大检波电路线路板检查。由于中感应正常，而深感应不正常，所以把一个好的深感应放大检波线路板换到该感应的线路上，现象跟上述现象一样，说明坏的地方不是在该线路板上，应该继续往后查找。

3)信号查找。如图2所示，图中虚线左侧为双感应八侧向的深感应放大检波电路线路板的输出信号，虚线右侧为双感应八侧向(信号源电路和测量信号滤波电路中的)的深感应部分电路，双感应八侧向的中感应电路板与深感应电路板一样，所以深中感应信号可以对比检查[4]。

图2　深感应信号源电路和测量信号滤波电路部分电路

给仪器供电把测试盒打到正刻档,用万用表测量放大检波线路板上深感应的输出信号电压为500 mV,信号正常；测量放大检波线路板上中感应的输出信号电压为499 mV，信号正常[4]。信号进入双感应八侧向的信号源电路和测量信号滤波电路板，测量该电路板上如图2深感应部分电路的输入端与输出端的电压相等，说明该部分电路是正常工作的。而XP101-16两端的深感应信号电压不一致，有非常小的变化。说明XP101-16中与深感应信号有关的焊点出现虚焊故障，把该电路板上XP101-16有关深感应信号的焊点重新焊接后供电检查仪器工作正常。

5分析原因

该仪器的故障现象是在供电开始时不正常，在供电较长一段时间后仪器工作正常，通过检查不是元器件出了问题。把信号源电路和测量信号滤波电路板上的XP101-16与深感应相关的焊点点焊后供电检查仪器正常，而该点又看不到脱焊、断焊的迹象，确定是虚焊的问题[5]。

6结论

虚焊是一个在测井仪器中不容易发现而又容易出现的问题，由于在仪器使用和运输的过程中不断震荡焊锡表面氧化所导致，而焊点本身又没有脱落断开，而影响了线路的性能。所以为了减少虚焊的发生，应该严格按照焊接工艺的操作规程进行焊接，以最大限度的减少因个人原因造成的仪器前期或后期出现的虚焊问题，以减少以后维修的工作程序。

参 考 文 献

[1] 朱延枫.手工焊接技术[M].北京：机械工业出版社，2011：27-29.

[2] 邵立群，臧华东.电子元器件焊接工艺教程[M].北京：电子工业出版社，2014:85-86.

[3] 罗石芳.电子元器件产生虚焊的原因及对策[J].科技风，2013，5(11)：33-36.

[4] 北京环鼎科技有限责任公司.DILT双感应八侧向测井仪使用维修手册.2010(资料).

[5] 陈学平.电子元器件识别检测与焊接[M].北京：电子工业出版社，2013：128-129.