Processo de soldadura
Soldadura é o processo de união de dois metais através da utilização de uma liga de solda, e é uma das mais antigas técnicas de união conhecidas. As juntas de solda defeituosas continuam a ser uma das principais causas de falha do equipamento e, portanto, nunca é demais realçar a importância de elevados padrões de trabalho na soldadura.
O material seguinte abrange procedimentos básicos de soldadura e foi concebido para fornecer os conhecimentos fundamentais necessários para completar a maioria das operações de soldadura manual e remoção de componentes de alta fiabilidade.
Propriedades de soldadura
Soldadura utilizada para electrónica é uma liga metálica, feita pela combinação de estanho e chumbo em diferentes proporções. Normalmente estas proporções estão marcadas nos vários tipos de solda disponíveis.
Com a maioria das combinações de solda de estanho/chumbo, a fusão não se realiza de uma só vez. A solda cinquenta e cinco começa a derreter a 183 C -361 F, mas não é totalmente derretida até a temperatura atingir 216 C – 420 F. Entre estas duas temperaturas, a solda existe num estado plástico ou semi-líquido.
A gama de plástico de uma solda varia, dependendo da proporção de estanho para chumbo. Com solda 60/40, o intervalo é muito menor do que para a solda 50/50. A relação 63/37, conhecida como solda eutética não tem praticamente nenhuma gama de plástico, e funde quase instantaneamente a 183 C -361 F.
As soldas mais frequentemente utilizadas para soldadura manual em electrónica são do tipo 60/40 e do tipo 63/37. Devido à gama de plástico do tipo 60/40, é necessário ter cuidado para não mover quaisquer elementos da junta durante o período de arrefecimento. O movimento pode causar o que é conhecido como junta perturbada. Uma articulação perturbada tem um aspecto rugoso e irregular e tem um aspecto baço em vez de brilhante e brilhante. Uma junta de solda perturbada pode não ser fiável e pode requerer retrabalho.
Acção húmida
Quando a solda quente entra em contacto com uma superfície de cobre, tem lugar uma acção de solvente metálico. A solda dissolve-se e penetra na superfície de cobre. As moléculas de solda e a mistura de cobre formam uma nova liga, uma que é parte de cobre e parte de solda. Esta acção do solvente é chamada molhagem e forma a ligação intermetálica entre as partes. (Ver Figura 1) A molhagem só pode ocorrer se a superfície do cobre estiver livre de contaminação e da película de óxido que se forma quando o metal é exposto ao ar. Além disso, a soldadura e a superfície de trabalho precisam de ter atingido a temperatura adequada.
Embora as superfícies a serem soldadas possam parecer limpas, existe sempre uma película fina de óxido cobrindo-a. Para uma boa ligação da solda, os óxidos de superfície devem ser removidos durante o processo de soldadura usando fluxo.
Fluxo
Conexões de solda fiáveis só podem ser realizadas com superfícies verdadeiramente limpas. Os solventes podem ser utilizados para limpar as superfícies antes da soldadura, mas são insuficientes devido ao ritmo extremamente rápido a que os óxidos se formam na superfície dos metais aquecidos. Para superar esta película de óxido, torna-se necessário na soldadura electrónica utilizar materiais chamados fluxos. Os fluxos consistem em colofónias naturais ou sintéticas e por vezes em aditivos químicos denominados activadores.
A função do fluxo é remover os óxidos e mantê-los removidos durante a operação de soldadura. Isto é conseguido pela acção do fluxo que é muito corrosivo à temperatura de fusão da solda e é responsável pela capacidade do fluxo de remover rapidamente os óxidos metálicos. No seu estado não aquecido, contudo, o fluxo de colofónia é não corrosivo e não condutor, pelo que não afectará os circuitos. É a acção fluxante de remover os óxidos e transportá-los, bem como impedir a reforma de novos óxidos, que permite à solda formar a ligação intermetálica desejada.
O fluxo deve fundir a uma temperatura inferior à da solda para que possa fazer o seu trabalho antes da acção de soldadura. O fluxo volatilizar-se-á muito rapidamente; assim, é obrigatório que o fluxo seja fundido para fluir para a superfície de trabalho e não seja simplesmente volatilizado pela ponta de ferro quente para proporcionar o pleno benefício da acção de fluxo. Há variedades de fluxos disponíveis para muitos fins e aplicações. Os tipos mais comuns incluem: Colofónia – Sem Limpeza, Colofónia – Ligeiramente Activada e Solúvel em água.
Quando utilizado, o fluxo líquido deve ser aplicado numa camada fina e uniforme sobre as superfícies que estão a ser unidas e antes da aplicação de calor. A solda de arame corado e a pasta de solda devem ser colocadas numa posição tal que o fluxo possa fluir e cobrir as juntas à medida que a solda derrete. O fluxo deve ser aplicado de modo a que não ocorram danos nas partes e materiais circundantes.
Ferrões de soldadura
Ferrões de soldadura vêm numa variedade de tamanhos e formas. Uma superfície continuamente estanhada deve ser mantida na superfície de trabalho da ponta do ferro de soldar para assegurar uma transferência adequada de calor e para evitar a transferência de impurezas para a ligação da solda.
Antes de utilizar o ferro de solda, a ponta deve ser limpa, limpando-a com uma esponja húmida. Quando não estiver a ser utilizado, o ferro deve ser mantido num suporte, com a ponta limpa e revestida com uma pequena quantidade de solda
Nota
Embora a temperatura da ponta não seja o elemento chave na soldadura deve começar sempre à temperatura mais baixa possível. Uma boa regra geral é regular a temperatura da ponta do ferro de soldar a 260 C – 500 F e aumentar a temperatura conforme necessário para obter o resultado desejado.
Controlar o calor
Controlar a temperatura da ponta do ferro de soldadura não é o elemento chave na soldadura. O elemento chave é o controlo do ciclo térmico do trabalho. Quão rápido o trabalho aquece, quão quente fica, e quanto tempo permanece quente é o elemento a controlar para ligações de solda fiáveis.
Massa térmica
O primeiro factor a ser considerado quando se soldam é a massa térmica relativa da junta a ser soldada. Esta massa pode variar ao longo de uma vasta gama.
Cada junta, tem a sua própria massa térmica particular, e como esta massa combinada se compara com a massa da ponta de ferro determina o tempo e o aumento da temperatura do trabalho.
Condição de superfície
Um segundo factor de importância quando a soldadura é a condição de superfície. Se houver quaisquer óxidos ou outros contaminantes cobrindo as almofadas ou eletrodos, haverá uma barreira ao fluxo de calor. Mesmo que a ponta de ferro tenha o tamanho e a temperatura certos, pode não ser capaz de fornecer calor suficiente à junta para derreter a solda.
Acoplamento térmico
Um terceiro factor a considerar é o acoplamento térmico. Esta é a área de contacto entre a ponta de ferro e o trabalho.
Figure 2 mostra uma vista de uma ponta de ferro de soldadura soldando um componente de chumbo. O calor é transferido através da pequena área de contacto entre a ponta do ferro de soldar e a almofada. A área de ligação térmica é pequena.
Figure 3 também mostra uma vista de uma ponta de soldadura de ferro de soldar uma ponta de componente de chumbo. Neste caso, a área de contacto é grandemente aumentada por ter uma pequena quantidade de solda no ponto de contacto. A ponta está também em contacto tanto com a almofada como com o componente, melhorando ainda mais a ligação térmica. Esta ponte de solda proporciona a ligação térmica e assegura a rápida transferência de calor para o trabalho.
Aplicar a solda
Em geral, a ponta de ferro de soldar deve ser aplicada no ponto de massa máxima da junta. Isto permitirá a rápida elevação térmica das peças a serem soldadas. A solda fundida flui sempre da zona mais fria para a mais quente.
Antes da aplicação da solda; a temperatura da superfície das peças a soldar deve ser elevada acima do ponto de fusão da solda. Nunca derreta a solda contra a ponta de ferro e deixe-a fluir para uma superfície mais fria do que a temperatura de fusão da solda. A solda aplicada a uma superfície limpa, fluxada e devidamente aquecida derreterá e fluirá sem contacto directo com a fonte de calor e proporcionará uma superfície lisa e uniforme, filtrando para fora até uma aresta fina. A soldadura incorrecta exibirá uma aparência acumulada, irregular e uma filetagem deficiente. Para uma boa resistência da junta de solda, as peças a serem soldadas devem ser mantidas no lugar até a solda solidificar.
Se possível, aplicar a solda à parte superior da junta de modo a que as superfícies de trabalho e não o ferro derretam a solda, e de modo a que a gravidade ajude o fluxo da solda. A selecção de solda corada com o diâmetro adequado ajudará a controlar a quantidade de solda a ser aplicada à junta. Utilizar um calibre pequeno para uma junta pequena, e um calibre grande para uma junta grande.
Pós-soldadura de limpeza
Quando for necessário limpar, os resíduos de fluxo devem ser removidos o mais rapidamente possível, mas o mais tardar uma hora após a soldadura. Alguns fluxos podem exigir uma acção mais imediata para facilitar a remoção adequada. Meios mecânicos como agitação, pulverização, escovagem e outros métodos de aplicação podem ser utilizados em conjunto com a solução de limpeza.
Os solventes, soluções e métodos de limpeza utilizados não devem ter afectado as peças, conexões e materiais a serem limpos. Após a limpeza, as placas devem ser adequadamente secas.
Soldadura
Cuidado deve ser tomado para evitar a necessidade de revenda. Quando for necessária uma revenda, as normas de qualidade para a ligação revendida devem ser as mesmas que para a ligação original.
Uma junta de solda fria ou perturbada requer normalmente apenas o reaquecimento e o reenchimento da solda com a adição de fluxo adequado. Se o reaquecimento não corrigir a condição, a solda deve ser removida e a junta revendida.
Trabalho de soldadura
As juntas de solda devem ter um aspecto suave. Um brilho acetinado é admissível. As articulações devem estar livres de arranhões, arestas afiadas, grão, soltura, bolhas, ou outras provas de má manufactura. As marcas de sondas dos pinos de teste são aceitáveis desde que não afectem a integridade da junta de solda.
Uma ligação de solda aceitável deve indicar evidência de humedecimento e aderência quando a solda se mistura com a superfície soldada. A solda deve formar um pequeno ângulo de contacto; isto indica a presença de uma ligação metalúrgica e continuidade metálica desde a solda até à superfície. (Ver Figura 4)
Solda limpa e suave, os vazios ou desníveis na superfície do filete de solda ou revestimento são aceitáveis. Uma transição suave da almofada para o chumbo componente deve ser evidente.