What The Flux: ¿Cómo funciona la soldadura?

Llevo mucho tiempo soldando y estoy orgulloso de mis habilidades. No diré que soy el mejor soldador que existe, pero soy bastante bueno en esta habilidad esencial del taller, al menos para soldadura de orificio pasante y “tradicional”; Todavía no he tenido mucha práctica en temas SMD. Estoy seguro de que puedo hacer una unión buena, fuerte y estable que sea eléctrica y mecánicamente sólida en casi cualquier tipo de cable o conductor.

Pero como muchos de nosotros, aprendí a soldar como una habilidad práctica; junte soldadura y hierro, observe los resultados, repita lo que funciona y evite lo que no. Parece que agregar un poco de información privilegiada podría ayudarme a mejorar mis habilidades, así que me puse a aprender qué sucede mecánica y químicamente dentro de una unión soldada.

No debería sorprender que, al igual que otros métodos de trabajo de metales, la soldadura tenga una definición estricta. Soldar es la unión de metales fundiendo un metal de aportación en la unión. A diferencia de la soldadura, sólo el metal de aportación (la soldadura) se funde. Los metales que se unen suelen tener un punto de fusión mucho más alto que el de la soldadura. La soldadura fuerte es similar a la soldadura a este respecto; Aunque el metal de aportación en la soldadura fuerte se funde a una temperatura mucho más alta que la soldadura, los metales unidos aún no se funden.

Se podrían necesitar muchos volúmenes para analizar completamente los detalles metalúrgicos de la soldadura, pero para nuestros propósitos es algo bastante simple. La soldadura es simplemente una aleación que ha sido diseñada para fundirse a una temperatura específica. Para usos electrónicos, la rey de las soldaduras durante años fue una aleación de 60% de estaño y 40% de plomo. Las nuevas regulaciones en respuesta a las preocupaciones ambientales han llevado al desarrollo de diferentes aleaciones sin plomo, pero cualquiera que sea la composición, el trabajo de la soldadura es bastante simple. La soldadura debe fundirse a una temperatura predecible y mantener sus propiedades mecánicas y eléctricas cuando se solidifica. En otras palabras, la soldadura debe ser lo suficientemente fuerte como para mantener físicamente unida una unión sin introducir propiedades eléctricas indeseables en la unión.

Sin embargo, la soldadura debe hacer más que simplemente derretirse y solidificarse. La gente parece pensar en la soldadura como una especie de “pegamento para metal”: aplíquela como líquido y deje que se solidifique para unir una unión. Pero eso es sólo una parte del panorama. Para que una unión soldada sea eléctrica y mecánicamente sana, la soldadura debe humedecer los metales que se van a unir. En el contexto de la soldadura, la humectación es el proceso mediante el cual la soldadura fundida se disuelve parcialmente en el metal base de cobre, formando una región que es en parte soldadura y en parte cobre. Esto crea enlaces intermetálicos y es la clave para soldar. En la mayoría de las soldaduras, el estaño fundido es el disolvente principal que se disuelve en el sustrato de cobre y forma el enlace intermetálico que estabiliza eléctrica y mecánicamente la unión.

Los intermetálicos son necesarios para una buena unión de soldadura, pero como tantas cosas, demasiado de algo bueno puede ser malo. Los intermetálicos tienden a ser frágiles, por lo que si la capa intermetálica es demasiado gruesa, la unión puede ser mecánicamente débil. También puede haber huecos dentro de la capa intermetálica que aumentan la inestabilidad mecánica.

Todos sabemos que el fundente es fundamental para la calidad de las uniones de soldadura. Pero, ¿qué es exactamente el fundente y por qué los fabricantes de soldadura se toman la molestia de introducirlo en el núcleo del alambre de soldadura?

La importancia del fundente se debe a su capacidad para combatir al enemigo mortal de la soldadura: los óxidos metálicos. Los óxidos metálicos no son buenos para las uniones de soldadura: la soldadura no humedecerá adecuadamente una unión cuando hay una capa de óxido metálico. Los fundentes están diseñados para eliminar óxidos metálicos y para hacerlo mientras se suelda la unión. La limpieza previa de los metales no es suficiente; cuando la soldadura fluye, el oxígeno atmosférico ha reconstruido la capa de óxido metálico lo suficiente como para estropear la humectación de la soldadura.

La soldadura electrónica suele tener un fundente hecho de colofonia. La colofonia es un producto natural derivado de los pinos, en particular los pinos taeda y de hoja larga para la colofonia fabricada en Estados Unidos. Tiene la ventaja de ser más o menos inerte a temperatura ambiente pero muy ácido cuando se licua y tiene un punto de fusión ligeramente inferior al de la soldadura. Por lo tanto, el núcleo de colofonia de la soldadura electrónica se derretirá antes que la soldadura y fluirá dentro y alrededor de la unión. El líquido ácido reacciona con los óxidos metálicos, exponiendo el metal limpio para que la soldadura se humedezca. El fundente líquido ácido convierte los óxidos metálicos en sales metálicas y agua, que normalmente quedan atrapadas en el fundente cuando se solidifica. Los productos de reacción generalmente son inofensivos en ese punto, pero algunos procesos aún requieren que se elimine el fundente usado.

Por supuesto, la soldadura implica mucho más que esto, pero estos son los conceptos básicos sobre lo que sucede dentro de esa masa de soldadura al final de su plancha.