La soldadura tova o soldadura blana[1] és un tipus de soldadura que consisteix a unir dos fragments de metall, sovint coure, ferro o llautó, per mitjà d'un metall d'aportació amb un punt de fusió baix (per sota dels 450 °C) i inferior al del punt de fusió dels metalls a soldar. Normalment es fa servir un aliatge eutèctic compost principalment d'estany i plom.
Orígens
Figureta creada per soldadura
Hi ha proves que la soldadura es va utilitzar ja fa 5.000 anys a la Mesopotàmia.[2] Es creu que la soldadura tova i forta es van originar molt aviat en la història del treball del metall, probablement abans del 4000 aC.[3] Les espases sumèries prop del 3000 aC es van muntar mitjançant soldadura forta.
La soldadura s'utilitzava històricament per fer joies, estris de cuina, muntant vitralls, així com altres usos.
Aplicacions
La soldadura tova té gran quantitat d'aplicacions,[4] des de la fabricació de joguines fins a de motors d'avions i vehicles espacials. En general s'utilitza per a la unió de peces de petita grandària, peces de diferents materials, on seria molt difícil utilitzar un procés de soldadura per fusió. La soldadura tova se sol utilitzar en components electrònics, com a circuits impresos o transistors, peces ornamentals i peces de bescanviadors de calor.
Fil d'estany
El fil d'estany és un aliatge de plom i estany que s'usa com a material d'unió quan s'usa el soldador elèctric. Segons la composició de l'aliatge, el fil d'estany pot fondre entre els 169 °C i els 240 °C. De fil d'estany, n'hi ha de diferents diàmetres segons la grandària dels materials que s'hagin de soldar. Normalment es presenta enrotllat formant una bobina, però també hi ha barretes per soldar peces de grans dimensions.
La finalitat del fundent o flux és facilitar el procés de soldadura. Un dels obstacles per a una junta de soldadura reeixida és una impuresa al lloc de la junta; per exemple, brutícia, oli o oxidació. Les impureses es poden eliminar mitjançant una neteja mecànica o per mitjans químics, però les altes temperatures necessàries per fondre el metall d'aportació (la soldadura) afavoreixen que la peça de treball (i la soldadura) es torni a oxidar. Aquest efecte s'accelera a mesura que augmenten les temperatures de soldadura i pot evitar completament que la soldadura s'uneixi a la peça de treball. Una de les primeres formes de flux va ser el carbó vegetal, que actua com a agent reductor i ajuda a prevenir l'oxidació durant el procés de soldadura. Alguns fluxos van més enllà de la simple prevenció de l'oxidació i també proporcionen alguna forma de neteja química (corrosió). Molts fundents també actuen com a agent humectant en el procés de soldadura,[5] reduint la tensió superficial de la soldadura fosa i fent que flueixi i mulli les peces amb més facilitat.
Durant molts anys, el tipus de flux més comú utilitzat en electrònica (soldadura suau) va ser basat en colofònia, utilitzant la colofònia de pins seleccionats. Era gairebé ideal perquè no era corrosiu i no conductor a temperatures normals, però es va tornar lleugerament reactiu (corrosiu) a temperatures de soldadura elevades. Les aplicacions de fontaneria i automoció, entre d'altres, solen utilitzar un flux àcid (àcid clorhídric) que proporciona una neteja força agressiva de la junta. Aquests fluxos no es poden utilitzar en electrònica perquè els seus residus són conductors que condueixen a connexions elèctriques no desitjades i perquè eventualment es dissolen cables de petit diàmetre. L'àcid cítric és un excel·lent fundent de tipus àcid soluble en aigua per al coure i l'electrònica[6] però s'ha de rentar després.
Actualment, els fluxos per a soldadura suau estan disponibles en tres formulacions bàsiques:
Fundents solubles en aigua: fluxos d'activitat més alta que es poden eliminar amb aigua després de la soldadura (sense COVs necessaris per a l'eliminació).
Fundent sense neteja: prou suaus com per no "exigir" l'eliminació a causa dels seus residus no conductors i no corrosius.[7] Aquests fluxos s'anomenen "no nets" perquè el residu que queda després de l'operació de soldadura no és conductor i no provocarà curtcircuits elèctrics; no obstant això, deixen un residu blanc clarament visible que s'assembla als excrements d'ocells diluïts. Els residus de flux no nets són acceptables a les 3 classes de PCB tal com es defineix per IPC-610, sempre que no inhibeixin la inspecció visual, l'accés als punts de prova o tinguin un residu humit, enganxós o excessiu que es pugui estendre a altres àrees. Les superfícies d'acoblament del connector també han d'estar lliures de residus de flux. Les empremtes dactilars en residus no nets són un defecte de classe 3[8]
Fundents tradicionals de colofònia: disponibles en formulacions no activades (R), lleugerament activades (RMA) i activades (RA). Els fluxos RA i RMA contenen colofònia combinada amb un agent activador, normalment un àcid, que augmenta la humectabilitat dels metalls als quals s'aplica eliminant els òxids existents. El residu resultant de l'ús del flux RA és corrosiu i s'ha de netejar. El flux RMA està formulat per donar lloc a un residu menys corrosiu, de manera que la neteja esdevé opcional, encara que normalment es prefereix. El flux R encara és menys actiu i encara menys corrosiu.
El rendiment del fundent s'ha d'avaluar acuradament per obtenir els millors resultats; un flux "sense neteja" molt suau podria ser perfectament acceptable per als equips de producció, però no donar un rendiment adequat per a operacions de soldadura manual més variables.
Soldadura elèctrica
En el camp de l'electricitat i electrònica es fa servir per unir components entre si o amb cables. L'estany blanc proporciona bona continuïtat elèctrica i és el material d'aportació més usat, encara que en certs components s'utilitzen aliatges amb plata o or. Des de 2006, la normativa Europea RoHS obliga exceptuant algunes indústries específiques com les indústries mèdica o aeroespacial entre d'altres, a utilitzar soldadura sense plom. Aquest canvi complica aquest tipus de soldadura, ja que sol requerir una major temperatura i/o la utilització d'aliatges més cares que contenen un alt contingut d'estany (Sn) així com plata (Ag), coure (Cu) i traces de níquel (Ni). L'aliatge més usat sol ser SAC305 (Sn96.5Ag3Cu0.5, mescla semi-eutèctica) i SAC405 (Sn95.5Ag4Cu0.5, mescla eutèctica).
La unió d'ambdós metalls ha d'oferir la menor resistència possible al pas del corrent elèctric. S'han de complir alguns requisits perquè la unió es porti a terme amb èxit. La qualitat de l'estany haurà de tenir les proporcions adequades: 60% d'estany i 40% de plom. El motiu que es triï aquest aliatge és degut al fet que cap d'aquests dos metalls per separat fon a una temperatura superior als 300 °C, mentre que en l'aliatge que compon l'estany fon a 232 °C.
La neteja també té un paper fonamental a l'hora de soldar. Per realitzar una bona soldadura, tots dos trossos han d'estar nets de greix, òxid, etc.
Hi ha diferents mètodes per netejar les parts a soldar, però el més senzill és utilitzar estany en rodets. Aquest ve presentat en forma de fil enrotllat i té al seu interior un o diversos fils de resina. El paper de la resina és, en fondre's, desoxidar i desengreixar els metalls a soldar.
Instruments i materials
Soldador elèctric és una eina que pot ser del tipus "pistola" (instantani) o bé de "resistència" (tipus "martell" o tipus "llapis") amb una punta similar a un tornavís o punxó, feta a partir d'una barra de coure recoberta amb ferro, níquel i crom que s'escalfa depenent de la seva potència a temperatures per sobre de 230 °C.
Pasta netejadora: serveix per netejar les 2 peces que es van a unir.
Rodet de fil d'estany: generalment en proporcions de 60% estany i 40% plom, amb ànima de fil de resina.
Dessoldador: petit instrument que succiona la soldadura excessiva mentre la mateixa es troba en estat líquid.
Processos/tipus de soldadura tova
Es destaquen els següents processos per la seva importància:[9][10]
Soldadura tova amb bufador
Soldadura tova en forn
Soldadura tova per inducció
Soldadura tova per resistència
Soldadura tova per immersió
Soldadura tova per infrarojos
Soldadura tova amb soldador de coure
Soldadura tova per ultrasò
Soldadura tova amb pasta
Soldadura tova amb ones
Soldadura tova amb bufador
Bufador.Vídeo soldadura tova.
L'escalfament del metall d'aportació s'aconsegueix mitjançant la flama d'un bufador. La soldadura pot dur-se a terme amb un o més bufadors i pot ser manual o no. És necessari aplicar un fundent per realitzar el decapat. En general, el metall d'aportació es va introduint manualment entre les parts a unir.
Es pot utilitzar com a combustible: acetilè, propà, gas natural o gas ciutat, i com comburent (aire o oxigen). La flama produïda amb oxigen serà de major temperatura que si s'emprés aire, el gas cremat en l'aire produeix una flama de baixa temperatura, no obstant això l'acetilè en oxigen produeix la temperatura més alta.
Es pot ajustar la flama per aconseguir una soldadura satisfactòria, moltes vegades es prefereix una flama reductora. Una excepció és el cas del coure no desoxidat ja que per a la seva soldadura és necessària una crida oxidant o neutra. L'ajust de la flama oxiacetilènica és fàcil ja que es pot tenir diferents flames per simple observació. La flama produïda amb altres combustibles és més difícil de distingir.
La fusió del fundent serà una indicació que s'està aconseguint la temperatura de soldadura. Al moment en què el fundent estigui completament fos, s'aplicarà el metall d'aportació. Quan el metall d'aportació flueixi per la unió, cessarà l'escalfament.
Procés d'execució de la soldadura tova
Preparació i neteja de les peces a unir
Les zones de les peces a unir han de permetre un contacte el més perfecte possible entre elles, per a això serà necessari preparar-les. També serà necessari netejar-les, eliminant la pellofa, òxid o les possibles brutícies. Per a la neteja de la peça utilitzarem el fundent. Els més utilitzats són: clorur de zinc, la sal d'amoníac i les resines. Un indici de la bona neteja i absència d'òxids de les peces a unir és que el material d'aportació flueix amb normalitat, si estan brutes es formaran gotes.
Preparació del soldador
L'escalfament de les parts a unir i la fusió del material d'aportació es realitzaran mitjançant el soldador, per a això s'endollarà el soldador a la xarxa elèctrica per produir el seu escalfament. Haurem de tenir en compte que les puntes del soldador es trobin netes sense cap tipus de restes de material d'altres operacions.
Execució de la soldadura
Estant les peces juntes s'aplica una capa de material fundent, s'escalfen mitjançant el soldador elèctric i s'apropa el material d'aportació, que en fondre's cau sobre la zona d'unió. En passar un temps, al solidificar-se el metall (una vegada retirat el soldador de la zona d'unió), les peces quedaran unides.
Soldadura d'una junta
Per soldar una junta entre 2 peces metàl·liques o no metàl·liques pot seguir-se el següent procés:
Col·locar les 2 peces sobre una superfície adequada.
Netejar la zona de soldadura per eliminar els possibles òxids, grasses o pintures.
Subjectar convenientment les peces de la zona d'unió.
Aplicar una capa de fundent adequat sobre la zona d'unió.
Escalfar el soldador fins que les peces a soldar aconsegueixin la temperatura adequada.
Aplicar diversos punts de soldadura sobre la costura perquè no se separi per efecte de la dilatació.
Una vegada puntejada la unió per soldar, cal començar la costura per un extrem de la mateixa, desplaçant el soldador en una sola adreça i afegint el material d'aportació sempre que es requereixi.
Una vegada soldada la unió, es procedirà a la neteja de la mateixa per eliminar restes de fundent que s'hagin pogut quedar de les operacions anteriors.
Soldadura de cables elèctrics.Unió de tres cables elèctrics.
Soldadura de cables elèctrics
Per aconseguir una unió perfecta entre 2 cables, podem seguir els següents passos:
Pelar els extrems dels cables en una longitud adequada a la seva secció.
Quan els cables no són de fil rígid, és necessari trenar els fils de coure per evitar que es dispersin en aplicar l'estany.
Aplicar una capa de fundent sobre els extrems pelats dels cables.
Escalfar el soldador fins que les peces a soldar aconsegueixin la temperatura adequada.
Dipositar una petita quantitat d'estany sobre cadascun dels extrems pelats dels cables (en tota la seva superfície).
Ajuntar i immobilitzar tots dos extrems i aplicar la punta del soldador sobre els mateixos fins que el material d'aportació torni a fluir formant una dissolució homogènia, moment en el qual s'ha de separar el soldador per aconseguir el refredament i solidificació de la unió (evitant els possibles moviments dels cables).
Aïllar la unió obtinguda amb algun tipus d'aïllant.
Defectes típics a la soldadura
Estats de la soldadura tova 1. Bones propietats mecàniques. 2. Males propietats mecàniques. 3. Soldadura sense adherència.
Els defectes i les possibles causes més típiques a la soldadura tova són els següents:[9]
Manca de material d'aportació, pot no haver-se aconseguit una distribució adequada per capil·laritat.
Metall d'aportació no adequat o defectuós.
Temperatura de soldadura baixa per utilitzar una mala tècnica.
Temps de soldadura molt curt.
Neteja de les peces a unir inadequada.
Poca quantitat de fundent o fundent inadequat.
Oxidació del metall base.
Separació excessiva entre peces.
Excessiva quantitat de metall d'aportació on no es vol.
Temperatura massa elevada degut a la mala tècnica o a una fallada al forn.
Temps de soldadura excessiu.
Massa metall d'aportació o tipus inadequat.
Fonent atrapat.
Fonent no adequat per al material d'aportació.
Excessiva quantitat de fundent.
Corrosió del metall base pel metall d'aportació que redueix el gruix del material base.
Temperatura o temps de soldadura excessius degut a una mala tècnica oa una fallada en el control.
Excessiva quantitat de metall d'aportació.
Utilització del metall d'aportació molt a prop del límit superior del rang de temperatures.
Metall d'aportació no adequat.
Whiskering:[11] En soldadura electrònica, es diu del creixement espontani de fils entre soldadures properes amb el consegüent risc de curtcircuits. Es va observar per primera vegada a l'electrònica de vàlvules on s'utilitzaven soldadures d'estany pur. L'addició de plom per crear un aliatge d'Estany-Plom va mitigar aquest problema durant dècades. Les recents legislacions mediambientals relatives a la Soldadura sense plom haurien tornat a plantejar el problema i motivat excepcions a la llei en equipament d'ús mèdic i militar.
