Proceso de soldadura
La soldadura es el proceso de unión de dos metales mediante el uso de una aleación de soldadura, y es una de las técnicas de unión más antiguas que se conocen. Las uniones de soldadura defectuosas siguen siendo una de las principales causas de fallos en los equipos y, por lo tanto, nunca se insistirá lo suficiente en la importancia de los altos estándares de mano de obra en la soldadura.
El siguiente material cubre los procedimientos básicos de soldadura y ha sido diseñado para proporcionar los conocimientos fundamentales necesarios para completar la mayoría de las operaciones de soldadura manual de alta fiabilidad y de retirada de componentes.
Propiedades de la soldadura
La soldadura utilizada para la electrónica es una aleación de metales, hecha mediante la combinación de estaño y plomo en diferentes proporciones. Normalmente puede encontrar estas proporciones marcadas en los distintos tipos de soldadura disponibles.
Con la mayoría de las combinaciones de soldadura de estaño y plomo, la fusión no se produce de una sola vez. La soldadura fifty-fifty comienza a fundirse a 183 C -361 F, pero no está completamente fundida hasta que la temperatura alcanza los 216 C – 420 F. Entre estas dos temperaturas, la soldadura existe en un estado plástico o semilíquido.
El rango plástico de una soldadura varía, dependiendo de la proporción de estaño y plomo. En el caso de la soldadura 60/40, el rango es mucho menor que en el caso de la soldadura 50/50. La proporción 63/37, conocida como soldadura eutéctica, prácticamente no tiene rango plástico y se funde casi instantáneamente a 183 C -361 F.
Las soldaduras más utilizadas para la soldadura manual en electrónica son las del tipo 60/40 y las del tipo 63/37. Debido al rango de plástico del tipo 60/40, hay que tener cuidado de no mover ningún elemento de la unión durante el periodo de enfriamiento. El movimiento puede causar lo que se conoce como junta alterada. Una unión perturbada tiene un aspecto áspero e irregular y se ve opaca en lugar de brillante y luminosa. Una unión perturbada puede ser poco fiable y puede requerir un nuevo trabajo.
Acción de humectación
Cuando la soldadura caliente entra en contacto con una superficie de cobre, se produce una acción de disolución del metal. La soldadura se disuelve y penetra en la superficie de cobre. Las moléculas de la soldadura y el cobre se mezclan para formar una nueva aleación, una parte de cobre y otra de soldadura. Esta acción del disolvente se denomina humectación y forma la unión intermetálica entre las piezas. (Véase la figura 1) La humectación sólo puede producirse si la superficie del cobre está libre de contaminación y de la película de óxido que se forma cuando el metal se expone al aire. Además, la soldadura y la superficie de trabajo deben haber alcanzado la temperatura adecuada.
Aunque las superficies a soldar puedan parecer limpias, siempre hay una fina película de óxido cubriéndolas. Para conseguir una buena unión de la soldadura, los óxidos de la superficie deben eliminarse durante el proceso de soldadura utilizando fundente.
Flujo
Sólo se pueden conseguir conexiones de soldadura fiables con superficies realmente limpias. Se pueden utilizar disolventes para limpiar las superficies antes de soldar, pero son insuficientes debido a la velocidad extremadamente rápida con la que se forman los óxidos en la superficie de los metales calentados. Para superar esta película de óxido, en la soldadura electrónica es necesario utilizar materiales denominados fundentes. Los fundentes consisten en colofonias naturales o sintéticas y, a veces, en aditivos químicos llamados activadores.
La función del fundente es eliminar los óxidos y mantenerlos eliminados durante la operación de soldadura. Esto se consigue gracias a la acción del fundente, que es muy corrosivo a las temperaturas de fusión de la soldadura y explica la capacidad del fundente para eliminar rápidamente los óxidos metálicos. Sin embargo, en su estado no calentado, el fundente de colofonia no es corrosivo ni conductor y, por tanto, no afectará a los circuitos. Es la acción fundente de eliminar los óxidos y arrastrarlos, así como de impedir la reformación de nuevos óxidos, lo que permite que la soldadura forme la unión intermetálica deseada.
El fundente debe fundirse a una temperatura inferior a la de la soldadura para que pueda hacer su trabajo antes de la acción de soldar. Se volatilizará muy rápidamente; por lo tanto, es obligatorio que el fundente se funda para que fluya sobre la superficie de trabajo y no sea simplemente volatilizado por la punta del hierro caliente para proporcionar todo el beneficio de la acción fundente. Hay variedades de fundentes disponibles para muchos propósitos y aplicaciones. Los tipos más comunes incluyen: Colofón – No Limpio, Colofón – Ligeramente Activado y Soluble en Agua.
Cuando se utiliza, el fundente líquido debe aplicarse en una capa fina y uniforme a las superficies que se van a unir y antes de la aplicación de calor. La soldadura de alambre tubular y la pasta de soldadura deben colocarse en una posición tal que el fundente pueda fluir y cubrir las uniones mientras la soldadura se funde. El fundente debe aplicarse de forma que no se produzcan daños en las piezas y materiales circundantes.
Soldadores
Los soldadores vienen en una variedad de tamaños y formas. La superficie de trabajo de la punta del soldador debe estar continuamente estañada para asegurar una correcta transferencia de calor y evitar la transferencia de impurezas a la conexión de la soldadura.
Antes de utilizar el soldador, la punta debe limpiarse pasándola por una esponja húmeda. Cuando no se utilice, el soldador debe guardarse en un soporte, con la punta limpia y recubierta con una pequeña cantidad de soldadura
Nota
Aunque la temperatura de la punta no es el elemento clave en la soldadura, siempre debe comenzar con la temperatura más baja posible. Una buena regla general es ajustar la temperatura de la punta del soldador a 260 C – 500 F y aumentar la temperatura según sea necesario para obtener el resultado deseado.
Controlar el calor
Controlar la temperatura de la punta del soldador no es el elemento clave en la soldadura. El elemento clave es controlar el ciclo de calor del trabajo. La rapidez con la que se calienta el trabajo, su temperatura y el tiempo que se mantiene caliente es el elemento que hay que controlar para conseguir conexiones de soldadura fiables.
Masa térmica
El primer factor que hay que tener en cuenta a la hora de soldar es la masa térmica relativa de la unión a soldar. Esta masa puede variar en un amplio rango.
Cada unión, tiene su propia masa térmica particular, y cómo esta masa combinada se compara con la masa de la punta del hierro determina el tiempo y el aumento de temperatura del trabajo.
Condición de la superficie
Un segundo factor de importancia al soldar es la condición de la superficie. Si hay óxidos u otros contaminantes que cubren las almohadillas o los cables, habrá una barrera para el flujo de calor. Aunque la punta del soldador tenga el tamaño y la temperatura adecuados, es posible que no pueda suministrar suficiente calor a la unión para fundir la soldadura.
Enlace térmico
Un tercer factor a tener en cuenta es el enlace térmico. Se trata de la zona de contacto entre la punta de la plancha y el trabajo.
La figura 2 muestra una vista de la punta de un soldador soldando el cable de un componente. El calor se transfiere a través de la pequeña área de contacto entre la punta del soldador y la almohadilla. El área de enlace térmico es pequeña.
La figura 3 también muestra una vista de la punta de un soldador soldando un componente. En este caso, el área de contacto se incrementa en gran medida al tener una pequeña cantidad de soldadura en el punto de contacto. La punta también está en contacto con la almohadilla y el componente, lo que mejora aún más el enlace térmico. Este puente de soldadura proporciona un enlace térmico y asegura la rápida transferencia de calor en el trabajo.
Aplicación de la soldadura
En general, la punta del soldador debe aplicarse al punto de máxima masa de la unión. Esto permitirá la rápida elevación térmica de las piezas a soldar. La soldadura fundida siempre fluye desde la zona más fría hacia la más caliente.
Antes de aplicar la soldadura, la temperatura de la superficie de las piezas a soldar debe elevarse por encima del punto de fusión de la soldadura. Nunca se debe fundir la soldadura contra la punta del soldador y permitir que fluya sobre una superficie más fría que la temperatura de fusión de la soldadura. La soldadura aplicada a una superficie limpia, con fundente y calentada adecuadamente, se fundirá y fluirá sin contacto directo con la fuente de calor y proporcionará una superficie lisa y homogénea, limando hasta un borde fino. Una soldadura inadecuada mostrará un aspecto irregular y un fileteado deficiente. Para obtener una buena resistencia de la unión soldada, las piezas que se sueldan deben mantenerse en su lugar hasta que la soldadura se solidifique.
Si es posible, aplique la soldadura en la parte superior de la unión para que sean las superficies de trabajo y no el soldador las que fundan la soldadura, y para que la gravedad ayude al flujo de la soldadura. La selección de soldadura con núcleo del diámetro adecuado ayudará a controlar la cantidad de soldadura que se aplica a la unión. Utilice un calibre pequeño para una unión pequeña, y un calibre grande para una unión grande.
Limpieza posterior a la soldadura
Cuando se requiera una limpieza, los residuos de fundente deben eliminarse lo antes posible, pero no más tarde de una hora después de la soldadura. Algunos fundentes pueden requerir una acción más inmediata para facilitar la eliminación adecuada. Se pueden utilizar medios mecánicos como la agitación, la pulverización, el cepillado y otros métodos de aplicación junto con la solución de limpieza.
Los disolventes, soluciones y métodos de limpieza utilizados no deben haber afectado a las piezas, conexiones y materiales que se limpian. Después de la limpieza, las placas deben secarse adecuadamente.
Resoldadura
Se debe tener cuidado para evitar la necesidad de resoldar. Cuando sea necesario volver a soldar, los estándares de calidad de la conexión resoldada deben ser los mismos que los de la conexión original.
Una unión soldada fría o alterada normalmente sólo requerirá un recalentamiento y reflujo de la soldadura con la adición de un fundente adecuado. Si el recalentamiento no corrige la condición, la soldadura debe ser eliminada y la unión resuelta.
Manejo
Las juntas de soldadura deben tener un aspecto suave. Se permite un brillo satinado. Las juntas no deben presentar arañazos, bordes afilados, asperezas, holguras, ampollas u otros indicios de mala ejecución. Las marcas de las sondas de las agujas de prueba son aceptables siempre que no afecten a la integridad de la unión soldada.
Una conexión de soldadura aceptable debe indicar evidencia de humectación y adherencia cuando la soldadura se mezcla con la superficie soldada. La soldadura debe formar un pequeño ángulo de contacto; esto indica la presencia de una unión metalúrgica y la continuidad metálica de la soldadura a la superficie. (Véase la figura 4)
Son aceptables los huecos limpios y suaves o las irregularidades en la superficie del filete de soldadura o del revestimiento. Debe ser evidente una transición suave de la almohadilla al plomo del componente.