Categories: Electrònica pràctica, Com funciona
Nombre de visualitzacions: 21071
Comentaris sobre l'article: 1
Ferros de soldadura i estacions de soldar
La soldadura és el procés d’unió de peces mitjançant la introducció de material fós entre elles: soldadura, la temperatura de la qual, per regla general, és inferior a la temperatura de fusió de les peces que s’uneixen. L’objectiu de la soldadura és obtenir una connexió mecànica o un contacte elèctric. A continuació, considerarem principalment la soldadura de components electrònics.
Una mica d’història
La soldadura de metalls s’utilitzava antigament. Es creu que aquesta operació tecnològica existeix des de fa almenys 5000 anys. Fins i tot quan la humanitat no coneixia el ferro i l’acer, el coure, l’or i els seus aliatges es van generalitzar. Però fins i tot llavors, els mestres perseguidors utilitzaven la connexió de peces de productes mitjançant soldadura.
Els arqueòlegs han trobat vaixells d'or, els mànecs dels quals eren soldats amb or, així com aliatges d'or i plata. Es van trobar articles d'or amb traces de soldadura durant les excavacions de les tombes de l'antic estat de Babilònia. Els científics daten troballes del 3200 aC
També es van trobar joies enreixades a les piràmides egípcies. Aquest fet demostra que l'art de soldar va ser conegut a l'antic Egipte al segon mil·lenni aC. El més interessant és que els egipcis no es soldaven amb or pur, sinó que van inventar una manera de rebaixar el punt de fusió de la soldadura d'or.
Per a això, la pols d'or es va recobrir en pols de carbó vegetal. Com a resultat, la capa superficial d'or es va saturar de carboni (en la tecnologia dels metalls, aquest procés s'anomena cimentació) i es va obtenir un aliatge d'or-carboni. El punt de fusió d’aquest aliatge era lleugerament inferior al de l’or pur. Aquestes soldadures s’anomenen sòlides.
Es van esmentar soldats suaus basats en estany i plom en els escrits de l'escriptor i científic romà Plini, el més gran, que va viure al segle I dC. Així que a l’assaig “Història de la natura” esmenta l’ús de dues soldadures de plom d’estany: tetrarium (2/3 plom, 1/3 estany) i argentària (50% plom i 50% estany). El més interessant és que encara s’utilitzen aliatges d’aquest tipus. El primer d’ells s’anomena sovint terciari i la segona meitat.
Durant les excavacions de Pompeia, que va morir durant l'erupció del volcà Vesuvi, els arqueòlegs van descobrir canonades d'aigua de plom, la connexió de les quals es va fer per soldar estanys de plom. Les mateixes canonades es van trobar a les excavacions de Líbia i Núbia.
Durant les excavacions dels assentaments dels segles IV-V dC, es van trobar articles al territori de la regió del Volga Superior, en particular ganivets brasats amb coure. A Kievan Rus, els amos van soldar panys, claus, ganivets amb coure mitjançant una soldadura, cosa que indica els alts coneixements tècnics dels amos d’aquells anys antics.
Ferros soldats a mà
Així, es pot considerar que la soldadura de ferro, coure i els seus aliatges, així com alumini, apareixien només després de la soldadura de metalls preciosos. Més tard, van aparèixer eines per a la soldadura manual. Aquests ferros de soldadura s'anomenaven escalfadors i s'escalfaven en un forn.
Posteriorment, van començar a utilitzar-se torxes de gasolina per a aquests propòsits. Els ferros de soldadura de calor s’utilitzen fins a la data i es pot comprar una soldadura d’aquest tipus fins i tot en botigues en línia. L'aparició del ferro de soldadura de calor es mostra a la figura 1.
Figura 1. Planxa de soldadura de calor
Soldadura elèctrica
I només el 1921 es va crear una soldadura elèctrica. Ernst Sachs, més tard fundador d’ERSA, va rebre una patent per a la invenció. Gràcies a la inventivitat de l’inventor, una soldadura elèctrica va guanyar ràpidament simpatia a tot el món, sent un prototip per crear diversos dissenys d’eines de soldar. Resulta que actualment la soldadura elèctrica té una edat molt respectable de 93 anys. La primera planxa de soldadura elèctrica es mostra a la figura 2.
Figura 2. La primera soldadura elèctrica
La planxa de soldadura tenia la forma d’un ganxet, era similar a una soldadura de calor i estava destinada principalment a l’adobament. Els ferros de soldadura similars existeixen fins avui. La potència d'aquests ferros de soldadura se situa entre els 500 i els 800 watts. S’utilitzen principalment per soldar peces grans, com ara radiadors d’automòbils, regadores de jardí, galledes, etc.
Com és una soldadura elèctrica
El principi de funcionament d'una soldadura elèctrica és bastant simple. Al voltant de la barra de soldadura, que sovint s’anomena punxada, es troba una espiral de filferro amb alta resistència. En passar per una espiral actual, s'escalfa i la calor rebuda es dóna a la barra de soldadura. Naturalment, l’espiral està aïllada de la punta i del cos per un aïllant resistent a la calor. Com a aïllant, la mica s’utilitza més sovint. Aquest és l’esquema clàssic d’una soldadura que ha perdurat fins als nostres temps.
Planxes de soldadura d’època soviètica
En temps soviètics, la indústria produïa molts diferents ferros de soldadura. En la pràctica de ràdio aficionada, s’utilitzaven amb freqüència els ferros de soldar de la sèrie EPSN amb una potència de 25 ... 100W, i encara s’utilitzen. Al passaport adjunt als ferros de soldadura estava escrit: "El disseny de la soldadura és no separable." És cert que, a crèdit dels fabricants, cal dir que aquests ferros de soldadura van servir durant molt de temps. L’aparició d’aquests ferros de soldadura es mostra a la figura 3.
Figura 3. Ferros soldats de la sèrie EPSN
Però no tot és tan dolent i dur. En alguns ferros de soldadura, l’espiral es col·loca en un nucli de ceràmica amb una ranura, el nucli, al seu torn, s’insereix en una tassa de ceràmica. Una barra de soldadura s'introdueix al forat central del nucli: una picadura i cap mica. El calefactor muntat s’insereix en una caixa de metall amb un mànec de fusta. L'avantatge d'aquest disseny és que és plegable, de manera que es va vendre una espiral de recanvi al kit.
Una mica més tard a la venda van aparèixer ferros de soldadura en miniatura de la sèrie ERA, amb una capacitat de 18 i 25 W, que ràpidament va guanyar popularitat entre els aficionats a la ràdio i els televisor. L’aparició de la soldadura es mostra a la figura 4.
Figura 4. Planxa de soldar Sèrie ERA
Amb l'ajuda d'aquests ferros de soldadura, va ser bastant còmode per a transistors de soldadura, així com amb microcircuits en casos com DIP i similars amb un pas de 2,54 mm. Per assegurar la temperatura de soldadura requerida, és recomanable encendre aquests ferros de soldadura mitjançant un controlador de potència del tiristor. Amb aquesta inclusió, la qualitat de les juntes soldades depèn principalment de qualificacions, ni tan sols d’art, de l’instal·lador.
Els xips als paquets DIP ja són cosa del passat. Ara gairebé tots els equips electrònics es fabriquen amb components SMD, les dimensions són molt reduïdes. Per tant, és difícil assegurar una soldadura d'alta qualitat amb els ferros de soldadura descrits anteriorment. Els ferros de soldadura moderns s'utilitzen, per regla general, com a part de les estacions de soldar.
Més informació sobre estacions de soldar aquí:Com triar una estació de soldar
Els elements de calefacció són de ceràmica i tenen termopar integrat, que en combinació amb una pantalla digital permet mantenir una temperatura determinada en un ampli rang, a més, de manera molt precisa. Alguns ferros de soldadura tenen termòstats integrats al mànec. Un exemple de tal soldadura és la soldadura CT-96 fabricada per CT-Tools. L’aparició de la soldadura es mostra a la figura 5.
Figura 5. Ferro de soldadura CT-96
Fig. 6. Estació de soldar
La temperatura de soldadura depèn principalment del punt de fusió de les soldadures. Durant la instal·lació i la reparació d’equips electrònics, per regla general, s’utilitzen soldadures suaus.
Tipus de soldadures
Totes les soldadures es poden dividir en dos tipus: dur i suau. Els aliatges de soldadura tenen un punt de fusió elevat: més de 300 ° C, i proporcionen una alta resistència mecànica a la connexió. Els més utilitzats són els aliatges sòlids de coure-zinc de la marca PMC, i els aliatges a base de PSR de plata, que són aliatges amb diferents additius.
La temperatura de fusió del grau de soldadura ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.És obvi que aquestes soldadures no són totalment idònies per soldar plaques electròniques.
Per tant, s’utilitzen soldadures suaus per a la instal·lació de circuits electrònics, la temperatura de fusió dels quals no excedeixi els 300 ºC. S’utilitzen principalment soldadures de plom de llauna de la marca POS-61. POS-63, el punt de fusió de 190 ° C. Aquestes soldadures són eutèctiques, és a dir, tenen les mateixes temperatures de fusió i cristal·lització.
El propi nom parla de la composició química d’aquestes soldadures: POS-61 conté un 61% d’estany, la resta és plom, POS-63, respectivament, un 63% d’estany, la resta és plom. Aquestes soldadures s’utilitzen només per a soldadura manual i proporcionen juntes de soldadura de bona qualitat. Estava escrit a les passaports de ferros de soldadura: "La soldadura ha de ser brillant, contorn".
Les soldadures POS tenen una conductivitat elèctrica elevada, alta fluïdesa en estat fos i força mecànica suficient. La combinació d’aquestes propietats permet una soldadura d’alta qualitat de plaques de circuit imprès, suspensions de molla d’instruments de mesura, cables prims d’alta freqüència de diversos fils del tipus Litzendrat, així com peces crítiques de coure, bronze, llautó, acer. Quan s'utilitzen fluxos per a soldadura d'alumini, les peces d'alumini també es solden molt bé, per exemple, bobinats de transformadors i aixetes en electrodomèstics.
En els casos en què el sobreescalfament de les peces soldades és extremadament indesitjable, s’utilitzen soldadures a baixa temperatura. Un d’ells és l’aliatge Wood: estany - 12,5%, plom - 25%, bismut - 50% i cadmi - 12,5%. El punt de fusió d'aquesta soldadura és de només 70 ºC. Aquesta temperatura es diu especialment baixa. L’aliatge de fusta també s’utilitza com a additiu per reduir la temperatura de fusió de les soldadures sense plom quan es solden peces de plaques de circuit impreses. Aquest additiu permet soldar elements sense danyar la placa de circuit i la peça en si.
El plom, com ja sabeu, es considera un metall verinós, els seus vapors són extremadament nocius per al cos humà. Per tant, recentment, les soldadures sense plom s’utilitzen cada cop més per a soldar equips electrònics, especialment els domèstics. Les soldadures sense plom són un homenatge als requisits d’ecologia i protecció del treball.
Soldadures lliures de plom
Aparentment, la soldadura més respectuosa amb el medi ambient i segura s'ha de considerar estany pur. És la llauna que s'utilitza a la indústria alimentària per a conservar llaunes: llauna. Però, malauradament, els molestos defectes són inherents a aquesta soldadura. En primer lloc, és la "pesta pel·lícula".
A temperatures inferiors a 13,2 ºC, el volum específic d’estany pur augmenta més d’un 25%, la qual cosa condueix a la formació d’una altra fase de la substància, l’anomenada estany gris. A més, com més baixa és la temperatura, més intens és el procés de conversió. A una temperatura de -33 ° C, l’estany es converteix en una pols grisa, les racions simplement s’esmicolen. Està clar que tal soldadura no és bona.
Però no només es separen les racions. Així doncs, el 1912, va ser la pesta d’estany que va provocar la mort de l’expedició de Robert Falcon Scott al pol sud. L’expedició es va quedar sense combustible, que es va filtrar a través de costures soldades als dipòsits de combustible.
A causa de la pesta d’estany, van morir molts valors culturals, en particular, les col·leccions de soldats d’estany. Per exemple, als magatzems del Museu Alexander Suvorov de Sant Petersburg, diverses desenes de soldats d’estany simplement es van esfondrar en la pols a causa d’un avenç en la calefacció. Això va passar en altres museus d’arreu del món.
Per crear soldadures sense plom a base d’estany, s’hi afegeixen diversos components: coure, zinc, plata, or, indi. Aquests additius permeten evitar la formació d’estany gris, protegir-se de la plaga d’estany.
Les soldades de les composicions següents s’utilitzen més sovint per soldar components electrònics: estany - 52%, indi - 48%; estany - 91%, zinc - 9%; estany - 97%, plata - 2,3%, coure - 0,7%. No s’observen metalls nocius. El punt de fusió d’aquestes soldadures es troba a la regió de 300 ° C, que és significativament superior al de les soldadures de plom d’estany.Qualsevol que hagi reparat l’electrònica moderna ho sap molt bé.
El preu de la inofensivitat és que totes les soldadures sense plom tenen menys fluïdesa en l’estat fos i una menor humectació de les superfícies braçades. Els fluxos especials utilitzats per a la soldadura amb soldadures sense plom ajuden a protegir-se d’aquest inconvenient. No obstant això, la qualitat de la costura feta amb soldadures sense plom és pitjor que quan s’utilitzen soldadures de plom. Però la ciència no s’atura, la investigació s’està fent constantment per millorar la qualitat de les soldadures sense plom de manera que la substitució sigui equivalent.
Molts microcircuits moderns estan disponibles en casos de BGA (English Ball grid array - una matriu de boles). Les conclusions habituals: les potes d’aquests microcircuits no. El seu paper el juguen les boles de soldadura dipositades a les pastilles de contacte de la part inferior del cos. Per a la soldadura d’aquests microcircuits, van aparèixer nous tipus de soldadura: pastes de soldadura aplicades pel mètode de pantalla.
Les pastes de soldadura consten de diversos components: la soldadura mateixa en forma de pols fina, partícules sòlides d’un flux de la mateixa mida. Aquests components es converteixen en pasta a causa de la presència de aglutinants, principalment components de flux líquid i dissolvents volàtils.
És clar que aquests microcircuits no es poden soldar amb una soldadura ordinària. Això requereix l'ús de mètodes de soldadura especials en els quals la calefacció es realitza per aire calent o radiació infraroja. A aquests efectes s’utilitzen estacions de soldadura d’aire calent o d’infrarojos.
Continuació de l'article: Planxa de soldadura elèctrica. Tipus i dissenys
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: