Soldadores y estaciones de soldadura

La soldadura es el proceso de unir partes mediante la introducción de material fundido entre ellas: soldadura, cuya temperatura, como regla, es más baja que la temperatura de fusión de las partes que se unen. El propósito de la soldadura es obtener una conexión mecánica o contacto eléctrico. A continuación, consideraremos principalmente la soldadura de componentes electrónicos.

Un poco de historia

La soldadura de metales se usaba en la antigüedad. Se cree que esta operación tecnológica ha existido durante al menos 5000 años. Incluso cuando la humanidad no conocía el hierro y el acero, el cobre, el oro y sus aleaciones se generalizaron. Pero incluso entonces, los cazadores maestros utilizaron la conexión de partes de productos mediante soldadura.

Los arqueólogos han encontrado vasijas de oro, cuyos mangos fueron soldados con oro, así como aleaciones de oro y plata. Se encontraron objetos de oro con rastros de soldadura durante las excavaciones de las tumbas del antiguo estado de Babilonia. Los científicos fechados encuentran hallazgos 3200 aC

También se encontraron joyas soldadas en las pirámides egipcias. Este hecho demuestra que el arte de soldar era conocido en el antiguo Egipto en el segundo milenio antes de Cristo. Lo más interesante es que los egipcios no soldaron con oro puro, sino que inventaron una forma de reducir el punto de fusión de la soldadura de oro.

Para este propósito, el polvo de oro se recoció en polvo de carbón. Como resultado, la capa superficial de oro estaba saturada de carbono (en la tecnología de los metales, este proceso se llama cementación), y se obtuvo una aleación de oro y carbono. El punto de fusión de esta aleación fue ligeramente inferior al del oro puro. Tales soldaduras se llaman sólidas.

Las soldaduras suaves basadas en estaño y plomo se mencionan en los escritos del escritor y científico romano Plinio, el mayor que vivió en el siglo I d. C. Entonces, en el ensayo "Historia de la naturaleza", se menciona el uso de dos soldaduras de estaño y plomo: tetrario (2/3 de plomo, 1/3 de estaño) y argentaria (50% de plomo y 50% de estaño). Lo más interesante es que tales aleaciones todavía se usan. El primero de ellos a menudo se llama terciario, y la segunda mitad.

Durante las excavaciones de Pompeya, que murieron durante la erupción del volcán Vesubio, los arqueólogos descubrieron tuberías de agua de plomo, cuya conexión se realizó mediante la soldadura de estaño-plomo. Las mismas tuberías se encontraron en excavaciones en Libia y Nubia.

Durante las excavaciones de los asentamientos de los siglos IV y V d. C., se encontraron elementos en el territorio de la región del Alto Volga, en particular cuchillos soldados con cobre. En Kievan Rus, los maestros soldaron cerraduras, llaves, cuchillos con cobre mediante soldadura fuerte, lo que indica el alto conocimiento técnico de los maestros de aquellos años antiguos.

Soldadores de mano Soldadores

Por lo tanto, se puede considerar que la soldadura de hierro, cobre y sus aleaciones, así como el aluminio, apareció solo después de la soldadura de metales preciosos. Más tarde, aparecieron herramientas para la soldadura manual. Tales soldadores se llamaban calentadores y se calentaban en un horno.

Más tarde, los sopletes de gasolina comenzaron a usarse para estos fines. Los soldadores de calor se usan hasta la fecha, y puede comprar un soldador de este tipo incluso en tiendas en línea. La apariencia del soldador térmico se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Soldador de calor

Soldador eléctrico

Y solo en 1921 se creó un soldador eléctrico. Ernst Sachs, posteriormente fundador de ERSA, recibió una patente por la invención. Gracias a la empresa inventiva, el soldador eléctrico rápidamente ganó simpatía en todo el mundo, siendo el prototipo para crear varios diseños de herramientas de soldadura. Resulta que en este momento el soldador eléctrico tiene una edad muy respetable de 93 años. El primer soldador eléctrico se muestra en la Figura 2.

Figura 2. El primer soldador eléctrico.

El soldador tenía la forma de un hacha, era similar a un soldador por calor y estaba destinado principalmente para trabajos de estañado. Hierros de soldadura similares existen hasta el día de hoy. El poder de tales soldadores está en el rango de 500 ... 800 vatios. Se utilizan principalmente para soldar piezas grandes, como radiadores de automóviles, regaderas de jardín, cubos, etc.

¿Cómo es un soldador eléctrico?

El principio de funcionamiento de un soldador eléctrico es bastante simple. Alrededor de la barra de soldadura, que a menudo se llama picadura, hay una espiral de alambre con alta resistividad. Al pasar a través de una espiral de corriente, se calienta y el calor recibido se entrega a la barra de soldadura. Naturalmente, la espiral está aislada de la punta y del cuerpo por un aislante resistente al calor. Como aislante, la mica se usa con mayor frecuencia. Este es el esquema clásico de un soldador que ha sobrevivido hasta nuestros días.

Soldadores de la era soviética

En la época soviética, la industria producía muchos soldadores diferentes. En la práctica de la radioafición, los soldadores de la serie EPSN con una potencia de 25 ... 100W se usaban con mayor frecuencia, y todavía se usan. En el pasaporte adjunto a los soldadores, estaba escrito: "El diseño del soldador no es separable". Es cierto, para crédito de los fabricantes, hay que decir que estos soldadores sirvieron durante mucho tiempo. La apariencia de estos soldadores se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Soldadores de la serie EPSN

Pero no todo es tan malo y duro. En algunos soldadores, la espiral se coloca en un núcleo de cerámica con una ranura, el núcleo, a su vez, se inserta en una taza de cerámica. Se inserta una varilla de soldadura en el orificio central del núcleo: una picadura y no mica. El calentador ensamblado se inserta en una caja de metal con un mango de madera. La ventaja de este diseño es que es plegable, por lo que se vendió una espiral de repuesto en el kit.

Un poco más tarde a la venta aparecieron soldadores en miniatura de la serie ERA, con una capacidad de 18 y 25 W, que rápidamente ganaron popularidad entre los radioaficionados y los telemasters. La apariencia del soldador se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Soldador de la serie ERA

Con la ayuda de estos soldadores, era bastante cómodo soldar transistores, así como microcircuitos en casos como DIP y similares con un paso de 2,54 mm. Para garantizar la temperatura de soldadura requerida, es aconsejable encender estos soldadores a través de un regulador de potencia de tiristores. Con esta inclusión, la calidad de las juntas soldadas depende principalmente de las calificaciones, ni siquiera del arte, del instalador.

Los chips en los paquetes DIP ya son cosa del pasado. Ahora, casi todos los equipos electrónicos se fabrican con componentes SMD, cuyas dimensiones son muy pequeñas. Por lo tanto, es difícil garantizar una soldadura de alta calidad con los soldadores descritos anteriormente. Los soldadores modernos se utilizan, por regla general, como parte de las estaciones de soldadura.

Lea más sobre estaciones de soldadura aquí:Cómo elegir una estación de soldadura

Los elementos calefactores están hechos de cerámica y tienen termopar integrado, que en combinación con una pantalla digital le permite mantener una temperatura determinada en un amplio rango, además, con mucha precisión. Algunos soldadores tienen termostatos integrados en el mango. Un ejemplo de dicho soldador es el soldador CT-96 fabricado por CT-Tools. La apariencia del soldador se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Soldador CT-96

Fig. 6. estación de soldadura

La temperatura de soldadura depende principalmente del punto de fusión de las soldaduras. Durante la instalación y reparación de equipos electrónicos, por regla general, se utilizan soldaduras blandas.

Tipos de soldaduras

Todas las soldaduras se pueden dividir en dos tipos: duras y blandas. Las aleaciones de soldadura fuerte tienen un alto punto de fusión: más de 300 ° C y proporcionan una alta resistencia mecánica de la conexión. Las más utilizadas son las aleaciones sólidas de cobre-zinc PMC y las aleaciones a base de plata PSR, que son aleaciones con diferentes aditivos.

El punto de fusión del grado de soldadura ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Es obvio que tales soldaduras son completamente inadecuadas para soldar placas electrónicas.

Por lo tanto, las soldaduras blandas se utilizan para la instalación de circuitos electrónicos, cuya temperatura de fusión no supera los 300 ° C. Se utilizan principalmente soldaduras de plomo y estaño de la marca POS-61. POS-63, cuyo punto de fusión es 190 ° C. Estas soldaduras son eutécticas, es decir, tienen las mismas temperaturas de fusión y cristalización.

El nombre en sí habla de la composición química de estas soldaduras: POS-61 contiene 61% de estaño, el resto es plomo, POS-63, respectivamente, 63% de estaño, el resto es plomo. Estas soldaduras se usan solo para soldadura manual y proporcionan uniones de soldadura de buena calidad. Fue escrito en los pasaportes de soldadores: "La soldadura debe ser brillante, contorno".

Las soldaduras POS tienen una alta conductividad eléctrica, alta fluidez en estado fundido y suficiente resistencia mecánica. La combinación de estas propiedades permite la soldadura de alta calidad de placas de circuitos impresos, suspensiones de resortes de instrumentos de medición, alambres delgados de alta frecuencia multinúcleo del tipo Litzendrat, así como piezas críticas hechas de cobre, bronce, latón, acero. Cuando se usan fundentes para la soldadura fuerte de aluminio, las piezas de aluminio están muy bien soldadas, por ejemplo, devanados de transformadores y estranguladores en electrodomésticos.

En casos donde el sobrecalentamiento de las partes soldadas es extremadamente indeseable, se usan soldaduras a baja temperatura. Uno de ellos es la aleación de madera: estaño - 12.5%, plomo - 25%, bismuto - 50% y cadmio - 12.5%. El punto de fusión de esta soldadura es de solo 70 ° C. Esta temperatura se llama particularmente baja. La aleación de madera también se usa como aditivo para reducir la temperatura de fusión de las soldaduras sin plomo al soldar piezas de placas de circuito impreso. Tal aditivo le permite soldar elementos sin dañar la placa de circuito y la parte misma.

El plomo, como saben, se considera un metal venenoso, sus vapores son extremadamente dañinos para el cuerpo humano. Por lo tanto, recientemente, para soldar equipos electrónicos, especialmente electrodomésticos, se utilizan cada vez más soldaduras sin plomo. Las soldaduras sin plomo son un tributo a los requisitos de ecología y protección laboral.

Soldaduras sin plomo

La soldadura más ecológica y segura debe considerarse, aparentemente, el estaño puro. Es el estaño que se utiliza en la industria alimentaria para latas de estaño: estaño. Pero, desafortunadamente, los defectos molestos son inherentes a dicha soldadura. En primer lugar, es la "plaga de peltre".

A temperaturas inferiores a 13,2 ° C, el volumen específico de estaño puro aumenta en más del 25%, lo que conduce a la formación de otra fase de la sustancia, el llamado estaño gris. Además, cuanto más baja es la temperatura, más intenso es el proceso de conversión. A una temperatura de -33 ° C, el estaño se convierte en un polvo gris, las raciones simplemente se desmoronan. Está claro que tal soldadura no es buena.

Pero no solo las raciones se desmoronan. Entonces, en 1912, fue la plaga de estaño la que causó la muerte de la expedición de Robert Falcon Scott al Polo Sur. La expedición se quedó sin combustible, que se filtró a través de costuras soldadas en los tanques de combustible.

Debido a la plaga del estaño, muchos valores culturales, en particular, las colecciones de soldados de estaño, murieron. Por ejemplo, en los almacenes del Museo Alexander Suvorov en San Petersburgo, varias docenas de soldados de estaño simplemente se derrumbaron en polvo debido a un avance en la calefacción. Esto sucedió en otros museos de todo el mundo.

Para crear soldaduras sin plomo basadas en estaño, se le agregan varios componentes: cobre, zinc, plata, oro, indio. Estos aditivos le permiten evitar la formación de estaño gris, protegerse de la peste del estaño.

Las soldaduras de las siguientes composiciones se usan con mayor frecuencia para soldar componentes electrónicos: estaño - 52%, indio - 48%; estaño - 91%, zinc - 9%; estaño - 97%, plata - 2.3%, cobre - 0.7%. No se observan metales nocivos. El punto de fusión de estas soldaduras está en la región de 300 ° C, que es significativamente más alta que la de las soldaduras de estaño y plomo.Cualquiera que haya reparado la electrónica moderna lo sabe muy bien.

El precio de la inocuidad es que todas las soldaduras sin plomo tienen menos fluidez en estado fundido y una menor humectabilidad de las superficies soldadas. Los fundentes especiales utilizados para soldar con soldaduras sin plomo ayudan a proteger contra este inconveniente. Sin embargo, la calidad de una costura hecha con soldaduras sin plomo es peor que cuando se usan soldaduras de estaño y plomo. Pero la ciencia no se detiene, constantemente se realizan investigaciones para mejorar la calidad de las soldaduras sin plomo para que el reemplazo sea equivalente.

Muchos microcircuitos modernos están disponibles en cajas BGA (matriz de rejilla de bola inglesa, una variedad de bolas). Las conclusiones habituales: las patas de estos microcircuitos no. Su papel lo juegan las bolas de soldadura depositadas en las almohadillas de contacto en la parte inferior del cuerpo. Para soldar tales microcircuitos, aparecieron nuevos tipos de soldadura: pastas de soldadura aplicadas por el método de pantalla.

Las pastas de soldadura consisten en varios componentes: la propia soldadura en forma de polvo fino, partículas sólidas de un flujo del mismo tamaño. Estos componentes se convierten en pasta debido a la presencia de aglutinantes, principalmente componentes de flujo líquido y solventes volátiles.

Está claro que tales microcircuitos no se pueden soldar con un soldador ordinario. Esto requiere el uso de métodos especiales de soldadura en los que el calentamiento se realiza por aire caliente o radiación infrarroja. Para estos fines, se utilizan estaciones de soldadura de aire caliente o infrarrojas.

Continuación del artículo: Soldadores eléctricos. Tipos y diseños