10.1: Unión de Soldadura
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El proceso de soldadura depende de que la soldadura fundida fluya hacia todas las imperfecciones microscópicas de la superficie de los metales a soldar e incluso penetre muy ligeramente por debajo de su superficie. En este proceso, se produce una reacción química en la que la soldadura funde realmente algunos de los metales y aleaciones con ellos. Al enfriarse, esta combinación de penetración y aleación da como resultado una unión muy fuerte entre la soldadura y el metal. Cuando dos piezas de metal se sueldan juntas, una fina capa de soldadura se adhiere entre ellas y completa la conexión.
El proceso de penetración superficial y aleación se conoce como humectación de los metales hospedadores (Figura 1). Algunos metales son muy receptivos a la humectación y pueden soldarse fácilmente, mientras que otros no son receptivos y no pueden soldarse en absoluto. El cobre es muy receptivo a la humectación por soldaduras de estaño/plomo. El estaño también se moja fácilmente, al igual que la plata y el oro, pero en menor medida. La humectación de la soldadura se muestra mediante un flujo suave y brillante de soldadura sobre la superficie metálica. El proceso a menudo se llama estañado. Los metales como el aluminio y el hierro no se mojarán adecuadamente. La soldadura forma manchas y bolas obstinadas y no penetra ni se adhiere. No es posible la unión efectiva de estos metales por soldadura.
- Acción humectante
Flujo de soldadura
La humectación de la soldadura del metal se ve severamente restringida por la presencia de óxidos superficiales. Esta es una de las razones por las que el aluminio no puede estañarse y soldarse. Su superficie se oxida casi instantáneamente por la presencia de oxígeno atmosférico. No se puede obtener una superficie limpia y libre de óxidos para soldar. La oxidación también restringe la humectación del cobre, por lo que cualquier pieza de cobre a soldar debe estar lo más limpia posible. Afortunadamente, el cobre se oxida bastante lentamente, por lo que las superficies limpiadas por raspado o lijado permanecerán de cobre puro durante algún tiempo antes de que se reformara una película deslustre de óxido de cobre.
Desafortunadamente, la oxidación es acelerada por el calor. La aplicación de un soldador calentado o soldadura fundida iniciará la oxidación de la superficie, incluso en una superficie recién limpiada. Por esta razón, es muy difícil soldar incluso cobre limpio sin aplicar un fundente de soldadura.
La función principal de un fundente de soldadura es eliminar la oxidación durante el proceso de soldadura. El fundente se funde y fluye cuando se calienta, sellando efectivamente las superficies contra la entrada de oxígeno. El fundente también disminuye la tensión superficial de la soldadura fundida, lo que permite que fluya y se extienda más fácilmente. Flux contiene una pequeña cantidad de un material antioxidante activo, que sirve como un limpiador suave para eliminar cualquier deslustre superficial.
Históricamente, el fundente de soldadura ha sido líquidos cáusticos o pastas que contienen ácidos. Esto se debe a que parte de su función ha sido limpiar y desbastar las superficies. El problema con el flujo ácido es que nunca se vaporiza completamente durante el calentamiento y continúa corroyendo las superficies metálicas indefinidamente.
El fundente más utilizado en la soldadura eléctrica es la colofonia. La colofonia es un material orgánico derivado de ciertos zumos de árboles. No es corrosivo, razonablemente no tóxico y fácilmente licuado por el calor. Sus residuos también se eliminan fácilmente después de la soldadura. El flujo de colofonia suele ser un núcleo continuo único o múltiple dentro de la soldadura de alambre (Figura 2). Debido a que se funde a una temperatura mucho más baja que la soldadura, la colofonia se dispersa fácilmente en el trabajo tanto antes como durante la fusión de la soldadura. Soldaduras de bajo olor y soldaduras sin fundente están disponibles.
Figura\(\PageIndex{1}\): (CC BY-NC-SA; Autoridad de Capacitación de la Industria BC) - Alambre de soldadura con núcleo de fundente
La soldadura con núcleo de colofonia es el único tipo que debe usar en trabajos eléctricos. Nunca use núcleo ácido u otra soldadura que contenga fundente corrosivo. Nunca use ninguna forma de pasta o fundente líquido que contenga ácido. No solo la corrosión en curso eventualmente causará deterioro mecánico, sino que destruirá rápidamente la capacidad de la conexión para conducir corriente.Composición de la soldadura
La soldadura es una aleación de diferentes metales, comúnmente estaño y plomo, que tienen un punto de fusión más bajo que el metal base. Ambos metales son conductores eléctricos razonablemente buenos. La relación de estaño a plomo tiene mucho que ver con el punto de fusión y la dureza de la soldadura y también con su conductividad. El estaño se funde a aproximadamente 327°C (620°F) y el plomo a aproximadamente 232°C (450°F). Cuando estos metales se combinan, el punto de fusión de la mezcla disminuye. El punto de fusión varía con la relación de estaño a plomo, y el más bajo ocurre a aproximadamente 183°C (360°F) para una mezcla 63/37 de estaño-plomo.
Esta temperatura de fusión más baja se llama punto eutéctico. Marca la temperatura a la que la soldadura cambia directamente de sólido a líquido sin estado semilíquido o plástico en el medio. Dado que es deseable un estado plástico estrecho en las operaciones de soldadura, una mezcla 60/40 es muy común. Esto eleva el punto de fusión ligeramente a aproximadamente 188°C (370°F) y da un rango de temperatura para plasticidad de aproximadamente 4°C a 6°C (40°F a 43°F). También produce características óptimas de conducción y dureza para la soldadura electrónica.
Tenga en cuenta que las relaciones para la composición de soldadura siempre indican primero el contenido de estaño.
La soldadura 60/40 está compuesta por 60% de estaño y 40% de plomo (en peso).La soldadura de alambre está disponible en una variedad de diámetros. El cual usar depende de los tamaños de los cables y terminales de los componentes a soldar. Los diámetros de 0.75 mm (1/16 ø) y 0.38 mm (1/32 ø) son los tamaños más utilizados.