Ferros e estações de soldar

A solda é o processo de unir as peças, introduzindo material fundido entre elas - solda, cuja temperatura, em regra, é menor que a temperatura de fusão das peças a serem unidas. O objetivo da solda é obter uma conexão mecânica ou contato elétrico. Abaixo, consideraremos principalmente a soldagem de componentes eletrônicos.

Um pouco de história

A solda de metais era usada nos tempos antigos. Acredita-se que essa operação tecnológica exista há pelo menos 5000 anos. Mesmo quando a humanidade não conhecia ferro e aço, cobre, ouro e suas ligas se espalharam. Mas mesmo assim, os caçadores mestres usavam a conexão de partes de produtos usando solda.

Arqueólogos encontraram vasos de ouro, cujas alças foram soldadas com ouro, bem como ligas de ouro e prata. Itens de ouro com vestígios de solda foram encontrados durante as escavações dos túmulos do antigo estado da Babilônia. Cientistas datados encontra 3200 aC

Jóias soldadas também foram encontradas nas pirâmides egípcias. Este fato prova que a arte da solda era conhecida no antigo Egito no segundo milênio aC. O mais interessante é que os egípcios não soldaram com ouro puro, mas inventaram uma maneira de diminuir o ponto de fusão da solda de ouro.

Para este fim, o pó de ouro foi recozido em pó de carvão vegetal. Como resultado, a camada superficial de ouro foi saturada com carbono (na tecnologia dos metais, esse processo é chamado de cimentação) e uma liga de ouro e carbono foi obtida. O ponto de fusão desta liga era ligeiramente inferior ao do ouro puro. Essas soldas são chamadas de sólidas.

As soldas suaves à base de estanho e chumbo são mencionadas nos escritos e escritores romanos Plínio - o mais velho, que viveu no século I dC. Assim, no ensaio "History of Nature" menciona o uso de duas soldas de chumbo-estanho - tetrarium (2/3 de chumbo, 1/3 de estanho) e argentaria (50% de chumbo e 50% de estanho). O mais interessante é que essas ligas ainda são usadas. O primeiro deles é freqüentemente chamado de terciário e o segundo semestre.

Durante as escavações de Pompéia, que morreram durante a erupção do vulcão Vesúvio, os arqueólogos descobriram tubos de água de chumbo, cuja conexão foi feita pela solda de solda de estanho-chumbo. Os mesmos tubos foram encontrados em escavações na Líbia e Núbia.

Durante as escavações de assentamentos dos séculos IV a V, foram encontrados itens no território da região do Alto Volga, em particular as facas soldadas com cobre. No Kievan Rus, os mestres soldavam fechaduras, chaves, facas com cobre por brasagem, o que indica o alto conhecimento técnico dos mestres daqueles anos antigos.

Ferros de solda de solda manual

Assim, pode-se considerar que a soldagem de ferro, cobre e suas ligas, além do alumínio, surgiu somente após a soldagem de metais preciosos. Mais tarde, ferramentas para solda manual apareceram. Esses ferros de solda eram chamados aquecedores e aquecidos no forno.

Mais tarde, tochas a gasolina começaram a ser usadas para esses fins. Os ferros de solda a quente são usados ​​até o momento, e você pode comprar esse ferro de soldar mesmo em lojas on-line. A aparência do ferro de solda a quente é mostrada na Figura 1.

Figura 1. Ferro de solda a quente

Ferro de soldar elétrico

E somente em 1921 um ferro de solda elétrico foi criado. Ernst Sachs, mais tarde o fundador da ERSA, recebeu uma patente para a invenção. Graças à inventividade do inventor, um ferro de solda elétrico rapidamente ganhou simpatia em todo o mundo, sendo um protótipo para a criação de vários projetos de ferramentas de solda. Acontece que no momento o ferro de solda elétrico tem uma idade muito respeitável de 93 anos. O primeiro ferro de solda elétrico é mostrado na Figura 2.

Figura 2. O primeiro ferro de solda elétrico

O ferro de solda tinha a forma de uma machadinha, parecia um ferro de solda a quente e era destinado principalmente ao estanho. Ferros de solda similares existem até hoje. O poder desses ferros de solda está na faixa de 500 a 800 watts. Eles são usados ​​principalmente para soldar peças grandes, como radiadores de automóveis, regadores de jardim, baldes, etc.

Como é um ferro de solda elétrico

O princípio de operação de um ferro de solda elétrico é bastante simples. Ao redor da haste de solda, que costuma ser chamada de ferrão, há uma espiral de arame com alta resistividade. Ao passar por uma espiral atual, ele se aquece e o calor recebido é fornecido à haste de solda. Naturalmente, a espiral é isolada da ponta e do corpo por um isolador resistente ao calor. Como isolante, a mica é mais usada. Este é o esquema clássico de um ferro de solda que sobreviveu aos nossos dias.

Ferros de soldar da era soviética

Nos tempos soviéticos, a indústria produzia muitos ferros de solda diferentes. Na prática de rádio amador, os ferros de solda da série EPSN com uma potência de 25 ... 100W foram usados ​​com mais frequência e ainda são usados. No passaporte anexado aos ferros de solda, estava escrito: "O design do ferro de solda não pode ser separado." É verdade que, para crédito dos fabricantes, deve-se dizer que esses ferros de solda serviram por um longo tempo. A aparência desses ferros de solda é mostrada na Figura 3.

Figura 3. Ferros de solda da série EPSN

Mas nem tudo é tão ruim e duro. Em alguns ferros de solda, a espiral é colocada em um núcleo de cerâmica com uma ranhura, o núcleo, por sua vez, é inserido em um copo de cerâmica. Uma haste de solda é inserida no orifício central do núcleo - uma picada e nenhuma mica. O aquecedor montado é inserido em uma caixa de metal com um cabo de madeira. A vantagem desse design é que ele é dobrável; portanto, uma espiral sobressalente foi vendida no kit.

Um pouco mais tarde, surgiram ferros de solda em miniatura da série ERA, com potência de 18 e 25 W, que rapidamente ganharam popularidade entre radioamadores e telemaster. A aparência do ferro de solda é mostrada na Figura 4.

Figura 4. Ferro de solda da série ERA

Com a ajuda de tais ferros de solda, era bastante confortável soldar transistores, bem como microcircuitos em casos como DIP e similares com um passo de 2,54 mm. Para garantir a temperatura de solda necessária, é aconselhável ligar esses ferros de solda através de um controlador de potência do tiristor. Com essa inclusão, a qualidade das juntas soldadas depende principalmente de qualificações, nem mesmo de arte, do instalador.

Chips em pacotes DIP já são coisa do passado. Agora, quase todos os equipamentos eletrônicos são fabricados com componentes SMD, cujas dimensões são muito pequenas. Portanto, é difícil garantir solda de alta qualidade com os ferros de solda descritos acima. Ferros de solda modernos são usados, como regra, como parte de estações de solda.

Leia mais sobre estações de solda aqui:Como escolher uma estação de solda

Os elementos de aquecimento são feitos de cerâmica e têm termopar integrado, que em combinação com um display digital permite manter uma determinada temperatura em uma ampla faixa, além disso, com muita precisão. Alguns ferros de solda possuem termostatos embutidos na alça. Um exemplo desse ferro de solda é o ferro de solda CT-96 fabricado pela CT-Tools. A aparência do ferro de solda é mostrada na Figura 5.

Figura 5. Ferro de solda CT-96

Fig. 6. estação de solda

A temperatura de solda depende principalmente do ponto de fusão das soldas. Durante a instalação e reparo de equipamentos eletrônicos, geralmente são utilizadas soldas moles.

Tipos de soldas

Todas as soldas podem ser divididas em dois tipos: duro e macio. As ligas de brasagem têm um alto ponto de fusão - acima de 300 ° C e fornecem alta resistência mecânica da conexão. As mais usadas são as ligas sólidas de cobre-zinco PMC e ligas à base de prata PSR, que são ligas com diferentes aditivos.

O ponto de fusão do grau de solda ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.É óbvio que essas soldas são completamente inadequadas para soldar placas eletrônicas.

Portanto, soldas macias são usadas para a instalação de circuitos eletrônicos, cuja temperatura de fusão não excede 300 ° C. Principalmente usadas são as soldas de estanho-chumbo da marca POS-61. POS-63, cujo ponto de fusão é de 190 ° C. Essas soldas são eutéticas, ou seja, têm as mesmas temperaturas de fusão e cristalização.

O próprio nome fala sobre a composição química dessas soldas: o POS-61 contém 61% de estanho, o restante é chumbo, o POS-63, respectivamente, 63% de estanho, o restante é chumbo. Essas soldas são usadas apenas para solda manual e fornecem juntas de solda de boa qualidade. Estava escrito nos passaportes dos ferros de solda: “A solda deve ser brilhante, contorno”.

As soldas de POS têm alta condutividade elétrica, alta fluidez no estado fundido e resistência mecânica suficiente. A combinação dessas propriedades permite a soldagem de alta qualidade de placas de circuito impresso, suspensões por mola de instrumentos de medição, fios finos multicore de alta frequência do tipo Litzendrat, além de peças críticas de cobre, bronze, latão e aço. Ao usar fluxos para soldar alumínio, as peças de alumínio também são muito bem soldadas, por exemplo, enrolamentos de transformadores e bobinas em eletrodomésticos.

Nos casos em que o superaquecimento das peças soldadas é extremamente indesejável, são utilizadas soldas de baixa temperatura. Uma delas é a liga de madeira: estanho - 12,5%, chumbo - 25%, bismuto - 50% e cádmio - 12,5%. O ponto de fusão desta solda é de apenas 70 ° C. Essa temperatura é chamada de particularmente baixa. A liga de madeira também é usada como aditivo para reduzir o ponto de fusão das soldas sem chumbo ao soldar peças de placas de circuito impresso. Esse aditivo permite soldar elementos sem danificar a placa de circuito e a própria peça.

O chumbo, como você sabe, é considerado um metal venenoso, seus vapores são extremamente prejudiciais ao corpo humano. Portanto, recentemente, as soldas sem chumbo estão cada vez mais sendo usadas para soldar equipamentos eletrônicos, especialmente os domésticos. As soldas sem chumbo são uma homenagem aos requisitos de ecologia e proteção do trabalho.

Soldas sem chumbo

A solda mais ecológica e segura deve ser considerada, aparentemente, estanho puro. É o estanho usado na indústria de alimentos para latas - estanho. Infelizmente, porém, falhas irritantes são inerentes a essa solda. Primeiro de tudo, é a "praga de estanho".

A temperaturas inferiores a 13,2 ° C, o volume específico de estanho puro aumenta em mais de 25%, o que leva à formação de outra fase da substância, a chamada estanho cinza. Além disso, quanto menor a temperatura, mais intenso o processo de conversão. A uma temperatura de -33 ° C, o estanho se transforma em pó cinza, as rações simplesmente desmoronam. É claro que essa solda não é boa.

Mas não apenas as rações desmoronam. Assim, em 1912, foi a praga de estanho que causou a morte da expedição de Robert Falcon Scott ao Polo Sul. A expedição ficou sem combustível, que vazou através de costuras soldadas nos tanques de combustível.

Devido à praga do estanho, muitos valores culturais, em particular, as coleções de soldados de estanho, morreram. Por exemplo, nas despensas do Museu Alexander Suvorov em São Petersburgo, várias dúzias de soldados de estanho simplesmente desmoronaram no pó devido a um avanço no aquecimento. Isso aconteceu em outros museus ao redor do mundo.

Para criar soldas sem chumbo à base de estanho, vários componentes são adicionados: cobre, zinco, prata, ouro, índio. Esses aditivos permitem evitar a formação de estanho cinza, proteger-se da peste.

As soldas das seguintes composições são mais frequentemente usadas para soldar componentes eletrônicos: estanho - 52%, índio - 48%; estanho - 91%, zinco - 9%; estanho - 97%, prata - 2,3%, cobre - 0,7%. Não são observados metais nocivos. O ponto de fusão dessas soldas está na região de 300 ° C, que é significativamente maior que o das soldas de estanho-chumbo.Quem já reparou a eletrônica moderna sabe muito bem disso.

O preço da inocuidade é que todas as soldas sem chumbo têm menos fluidez no estado fundido e menor molhabilidade das superfícies soldadas. Fluxos especiais usados ​​para solda com soldas sem chumbo ajudam a proteger contra essa desvantagem. No entanto, a qualidade da costura feita com soldas sem chumbo é pior do que com soldas de estanho-chumbo. Mas a ciência não pára, pesquisas estão sendo conduzidas constantemente para melhorar a qualidade das soldas sem chumbo, para que a substituição seja equivalente.

Muitos microcircuitos modernos estão disponíveis nos gabinetes BGA (grade de bolas em inglês - uma variedade de bolas). As conclusões usuais - as pernas desses microcircuitos não. Seu papel é desempenhado por bolas de solda depositadas nas almofadas de contato na parte inferior do corpo. Para soldar esses microcircuitos, surgiram novos tipos de solda - pastas de solda aplicadas pelo método de peneiramento.

As pastas de solda consistem em vários componentes: a própria solda na forma de um pó fino, partículas sólidas de um fluxo do mesmo tamanho. Esses componentes se tornam pastosos devido à presença de aglutinantes, principalmente componentes de fluxo líquido e solventes voláteis.

É claro que esses microcircuitos não podem ser soldados com um ferro de soldar comum. Isso requer o uso de métodos especiais de solda nos quais o aquecimento é realizado por ar quente ou radiação infravermelha. Para esses fins, são utilizadas estações de solda a ar quente ou infravermelho.

Continuação do artigo: Ferros de solda elétricos. Tipos e desenhos