Qual è il flusso: come funziona comunque la saldatura?

Saldo da molto tempo e sono orgoglioso delle mie capacità. Non dirò di essere il miglior saldatore in circolazione, ma sono abbastanza bravo in questa abilità essenziale in officina, almeno per la saldatura a foro passante e "tradizionale"; Non ho ancora avuto molta pratica con le cose SMD. Sono fiducioso di poter realizzare un giunto buono, forte e stabile che sia elettricamente e meccanicamente valido praticamente in qualsiasi tipo di filo o conduttore.

Ma come molti di noi, ho imparato a saldare come un'abilità pratica; metti insieme saldatura e ferro, osserva i risultati, ripeti le cose che funzionano ed evita le cose che non funzionano. Sembra che aggiungere qualche informazione interna potrebbe aiutarmi a migliorare le mie capacità, quindi ho iniziato a imparare cosa succede meccanicamente e chimicamente all'interno di un giunto di saldatura.

Non dovrebbe sorprendere che, come altri metodi di lavorazione dei metalli, la saldatura abbia una definizione rigorosa. La saldatura è l'unione di metalli mediante fusione di un metallo d'apporto nel giunto. A differenza della saldatura, solo il metallo d’apporto, la lega per saldatura, si scioglie. I metalli da unire solitamente hanno un punto di fusione molto più elevato rispetto alla saldatura. A questo riguardo la brasatura è simile alla saldatura; anche se il metallo d'apporto nella brasatura fonde a una temperatura molto più elevata rispetto alla saldatura, i metalli uniti continuano a non fondersi.

I dettagli metallurgici della saldatura stessa potrebbero richiedere interi volumi per essere discussi completamente, ma per i nostri scopi sono cose piuttosto semplici. La saldatura è semplicemente una lega progettata per sciogliersi a una temperatura specifica. Per gli usi elettronici, per anni la regina delle saldature è stata una lega composta al 60% di stagno e al 40% di piombo. Le nuove normative in risposta alle preoccupazioni ambientali hanno portato allo sviluppo di diverse leghe senza piombo, ma qualunque sia la composizione, il lavoro della saldatura è piuttosto semplice. La saldatura deve fondersi a una temperatura prevedibile e mantenere le sue proprietà meccaniche ed elettriche quando si solidifica. In altre parole, la saldatura deve essere sufficientemente resistente da tenere fisicamente insieme un giunto senza introdurre proprietà elettriche indesiderate nel giunto.

Tuttavia, la saldatura deve fare molto più che semplicemente sciogliersi e solidificarsi. Le persone sembrano pensare alla saldatura come a una sorta di "colla metallica": applicala come un liquido e lascia che diventi solida per bloccare insieme un giunto. Questa è solo una parte del quadro, però. Affinché un giunto saldato sia elettricamente e meccanicamente sano, la saldatura deve bagnare i metalli da unire. Nel contesto della saldatura, la bagnatura è il processo mediante il quale la saldatura fusa si dissolve parzialmente nel metallo di base in rame, formando una regione che è in parte saldata e in parte rame. Questo crea un legame intermetallico ed è la chiave per la saldatura. Nella maggior parte delle saldature, lo stagno fuso è il solvente primario che si dissolve nel substrato di rame e forma il legame intermetallico che stabilizza elettricamente e meccanicamente il giunto.

Gli elementi intermetallici sono necessari per un buon giunto di saldatura, ma come tante cose, una cosa troppo buona può essere una cosa negativa. Gli intermetallici tendono ad essere fragili, quindi se lo strato intermetallico è troppo spesso, il giunto può essere meccanicamente debole. Possono esserci anche vuoti all'interno dello strato intermetallico che aumentano l'instabilità meccanica.

Sappiamo tutti che il flusso è fondamentale per la qualità dei giunti di saldatura. Ma cos'è esattamente il flusso e perché i produttori di saldature si prendono la briga di inserirlo nel nucleo del filo di saldatura?

L'importanza del fondente è dovuta alla sua capacità di combattere il nemico mortale della saldatura: gli ossidi metallici. Gli ossidi metallici non sono adatti per i giunti di saldatura: la saldatura non bagna adeguatamente un giunto quando è presente un rivestimento di ossido di metallo. I flussi sono progettati per rimuovere gli ossidi metallici e per farlo durante la saldatura del giunto. La pre-pulizia dei metalli non risolve il problema, nel momento in cui la saldatura scorre, l'ossigeno atmosferico ha ricostruito lo strato di ossido metallico abbastanza da rovinare la bagnatura della saldatura.

La saldatura elettronica di solito ha un flusso di colofonia. La colofonia è un prodotto naturale derivato dagli alberi di pino, in particolare i pini loblolly e a foglia lunga per la colofonia prodotta negli Stati Uniti. Ha il vantaggio di essere più o meno inerte a temperatura ambiente ma altamente acido quando liquefatto e ha un punto di fusione leggermente inferiore a quello della saldatura. Il nucleo di colofonia della saldatura elettronica si scioglierà quindi prima della saldatura, scorrendo all'interno e attorno al giunto. Il liquido acido reagisce con gli ossidi metallici, esponendo il metallo pulito in cui la saldatura può bagnarsi. Il flusso liquido acido converte gli ossidi metallici in sali metallici e acqua, che generalmente vengono rinchiusi nel flusso quando si solidifica. A quel punto i prodotti della reazione sono generalmente innocui, ma alcuni processi richiedono ancora la rimozione del flusso utilizzato.