APUNTES DE SOLDADURA

APUNTES DE FUNDAMENTOS DE SOLDADURA. Academia de Química. Profesor : LUISA REYNA MUÑIZ LOZANO.

FUNDAMENTOS DE SOLDADURA.

La metalurgia es la ciencia y tecnología de la separación de los metales a partir de sus menas y aleaciones. La aleación es una disolución sólida, compuesta de dos o más metales, o puede considerarse la unión de un metal o metales con uno o mas no metales. La soldadura (se define por soldadura a la unión de dos o más metales por medio de otro metal) en ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor con o sin aporte de otro material, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior al de las piezas que han de soldarse. La aleación de aportación, que está constituida por plomo y estaño (incluyendo a menudo antimonio par aumentar la resistencia). El metal de aportación debe ser capaz de mojar, es decir fluir entre los metales a unir, aleándose con ellos. La soldadura utilizada en electrónica es la llamada soldadura de fusión de acuerdo al proceso, y ésta se realiza mediante la aplicación de calor a las superficies que se funden en la zona de contacto, con o sin aportación de otro metal. En cuando al metal de aportación se distingue la soldadura ordinaria o de aleación que se lleva a cabo añadiendo un metal de aportación que se funde y adhiere a las piezas base, por lo que realmente éstas no participan por fusión en la soldadura. Se distingue también entre la soldadura blanda que utiliza materiales de aportación cuyo punto de fusión es inferior a los 4500C. Los metales de aportación de las soldaduras blandas son aleaciones de plomo y estaño y, en ocasiones tienen pequeñas cantidades de bismuto. En las aleaciones dos elementos electropositivos se combinan para formar una especie química estable y fuertemente enlazada mediante enlaces metálicos, los cuales son la causa de las propiedades de los metales.

Programa Actualizado de Química II


Un enlace esta formado por la contribución de los electrones de valencia, en donde los átomos que se despojan de sus electrones de la capa de valencia se ubican todos juntos en el mar de electrones, según las electronegatividades de los elementos existen tipos ideales de enlace para formarse: E. Electropositivo + E. Electronegativo = ENLACE IONICO. E. Electronegativo + E. Electronegativo = ENLACE COVALENTE. E. Electropositivo + E. Electronegativo = ENLACE METALICO. En la mayoría de los casos, los compuestos que se forman no poseen enlaces puros: iónicos, covalentes o metálicos. Los compuestos presentan en forma predominante un tipo característico de enlace y éstos son similares a los enlaces puros del mismo tipo. El tipo de enlace que se forma en la soldadura de Sn/Pb es de acuerdo a la siguiente tabla de electronegatividades:

Aunque el estaño y el plomo son METALES y poseen enlaces característicos metálicos, el producto de la unión de: Un metal + Metal = Enlace metálico que predominante en la unión de los metales, pero por la diferencia de electronegatividades observamos un carácter covalente no polar.



CARACTERISTICAS DE LOS METALES. La recuperación de los metales extraídos de las minas, por ejemplo en las formas de las llamadas menas (depósito de mineral natural a partir del que se puede extraer un metal con rendimiento adecuado), implica la realización de las siguientes etapas: 1.- Preparación de la mena. 2.- Producción del metal. 3.- Purificación. Estas etapas tienen como objetivo quitar los materiales de desecho como son la arena, minerales y los silicios que reciben el nombre de ganga. Para quitar las impurezas se hace uso del método de flotación, donde se muelen finamente los metales y se vierten en agua que contiene aceite y un detergente. La mezcla líquida se calienta o se insufla para formar espuma. El aceite moja selectivamente las partículas de mineral y las arrastra hacia la espuma, mientras que la ganga se deposita en el fondo. La espuma se recoge, se rompe y se seca para recuperar las partículas minerales. Es un hecho que la producción de un metal químicamente implica el llamado PROCESO DE REDUCCION. La mena tiene una etapa previa que es la tostación, la mena es tostada para eliminar las impurezas volátiles y convertir los carbonatos y sulfatos en sus respectivos óxidos, ya que estos se pueden reducir (ganar electrones) para obtener los metales puros. Son utilizados los métodos que implican la reducción química y una reducción electrolítica.



Otro método utilizado es la destilación fraccionada puesto que los metales tienen puntos bajos de ebullición, observemos para esto, la siguiente tabla de propiedades del estaño (Sn) y del plomo (Pb).

PROPIEDADES ESTAÑO PLOMO

- 2 2 2 2Conf. de los e de valencia 5s 5p 6s 6pDensidad 7.28 11.4 Punto de fusión 231.4 327.5 Punto de ebullición 2270 1740 Radio atómico 1.62 1.75 1ª day 2 E. de ionización 709,1413 716,1451 Electronegatividad 1.8 1.9 Potencial estandard de reducción.

-0.14 -0.13

Como nuestro estudio se realiza en función de estos dos metales, consideremos la principal mena del estaño que es el óxido de estaño (IV) llamado también casiterita o estaño vidrioso. Esta se prepara con la aplicación de altas temperaturas de acuerdo a la siguiente reacción. La casiterita es:

+ 2C Sn + 2CO SnO2(s) (s) (l) (g) De esta ecuación química podemos obtener las semi-reacciones del método de oxido reducción:

4+ - 0Sn + 4e Sn REDUCCION C0 - 2+ - 2e C OXIDACION



Señalando el balance del número de electrones, se obtiene el producto de la semireacción:

4+ - 02(Sn + 4e Sn ) 0 - 2+4(C - 2e C )

Para esto se multiplica ambas ecuaciones por sus respectivos coeficientes, de esta manera se obtiene la anulación del número de electrones ganados y el número de electrones que se han perdido en la tostación (proceso metalúrgico por el cual un mineral se calienta en presencia de aire):

4+ - 02Sn + 8e 2Sn 0 - 2+4C - 8e 4C

2+ 0 0 2+2Sn + 4C 2Sn + 4C

Se procede como consecuencia el balance de los reactivos con los producto, observando la ley de la conservación de la materia, colocando sus respectivos coeficientes, la reacción REDOX queda de la siguiente forma:

2SnO + 4C 2Sn + 4CO2(s) (s) (l) (g) Si simplificamos al mínimo de su expresión a la ecuación, esta queda como:

+ 2C Sn + 2COSnO2(s) (s) (l) (g)

que es la ecuación original de la que hemos partido para realizar el proceso de oxido reducción.



Continuando con el tema de la soldadura de estaño y plomo, existen tres formas alotrópicas del estaño, a las cuales corresponden las siguientes temperaturas de transición.

0 0 13 C 161 C Estaño gris estaño blanco γ- estaño. Ordinariamente el estaño es un metal blanco plateado, pero a temperaturas por debajo de los 130C se transforma a menudo en una forma alotrópica conocida como estaño gris, que es un polvo amorfo de color grisáceo con una densidad relativa de 5.75 gr/cm3 (debido al aspecto moteado de los objetos de estaño que sufren esta descomposición, a esta acción se le denomina enfermedad del estaño o peste del estaño) Por las propiedades anfoteras el estaño es usado principalmente para las aleaciones de: BRONCE (20% estaño y 80% cobre). SOLDADURA SUAVE (33% estaño y 6% plomo). PELTRE (85% estaño y 6.8% cobre, 6% bismuto y 1.7% antimonio). En el estado líquido la mayoría de los metales se disuelven unos a otros formando una aleación líquida homogénea. En un líquido las moléculas forman temporalmente enlaces de corto alcance que se rompen y se vuelven a formar de manera continua, esto es el resultado de la energía cinética térmica de las propias moléculas que constituyen al líquido. La intensidad de los enlaces depende del tipo de molécula, por ejemplo: Los enlaces entre los átomos de helio son enlaces de



Van der Waals, muy débiles y el helio no se licúa a la presión atmosférica hasta que se alcanza la temperatura muy baja con valor de 4.20K. Si un líquido se enfría lentamente, la energía cinética de las moléculas se reduce y las moléculas se ordenan ellas mismas en una estructura cristalina regular, produciendo el máximo número de enlaces y conduciendo a una energía potencial mínima. Por otra parte, si el líquido se enfría rápidamente de modo que su energía interna se elimine antes de que las moléculas tengan la posibilidad de ordenarse por si mismas, suele formarse un sólido que no es cristalino sino que recuerda una “instantánea” de un líquido. Es entonces, es un sólido amorfo que posee un orden de corto alcance, pero no el orden de largo alcance que se extiende a muchos diámetros atómicos característicos de un cristal. En el proceso de cristalización de la aleación líquida el comportamiento de diferentes metales es distinto. Se pueden destacar tres casos: 1. La aleación es una mezcla mecánica de cristales de cada uno de los componentes de esta aleación.

2. La aleación es un compuesto químico que se forma como resultado de la interacción de los metales que se alean.

3. La aleación es una fase homogénea de composición variable que se denomina disolución sólida.

En la mayoría de los casos la naturaleza de las aleaciones se establece basándose en el estudio de diagramas de estado, llamados también diagramas de fase; los cuales indican que fases pueden existir en las condiciones dadas.



DIAGRAMAS DE ESTADO. Estos diagramas de estado nos indica la composición química de los metales involucrados en la elaboración de la soldadura, así como la temperatura necesaria para llegar al estado líquido de la soldadura., como se muestra en el diagrama.

PORCENTAJE ESTAÑO -PLOMO

ESTAÑO 100%

90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

PLOMO

344ºC 327ºC 316ºC 288ºC 260ºC

232ºC 204ºC

SEMI - SOLIDO SEMI - SOLIDO 183ºC

177ºC S O L I D O

CARACTERISTICAS DE FUSION DE LA SOLDADURA DE ESTAÑO - PLOMO

En la fusión de un metal (en nuestro caso la soldadura Sn/Pb) se eliminan los gases absorbidos permitiendo que escapen del sistema fundido.



La energía de una red cristalina puede observarse al considerar la formación del compuesto iónico A+B- a partir de los reactivos A y B. Podemos observar que el proceso incluye tres pasos independientes: 1.-La eliminación de un electrón de A mediante la absorción de la energía de ionización (EI) por el átomo A:

+ -A A + e ΔH = EI(g) (g) A

-2.-La adición del electrón a B para formar B con la liberación de la energía de afinidad electrónica (AE) de B:

BB(g) + e B- - ΔH= - AE (g) B

3.-El arreglo de los iones gaseosos en un acomodo geométrico regular liberando la energía de red cristalina del compuesto A+B- :

A+ - +(g) + B (g)

A B-(s)

+La formación de los iones gaseosos A B- en donde los iones se encuentran a distancias infinitas requiere de un gasto de energía.

U = EI - AEA B

Las fuerzas de dispersión de Van der Waals o de London, son débiles y se encuentran presentes en todos los átomos,



moléculas o iones, y estas fuerzas se deben a las atracciones entre los dipolos oscilantes en átomos adyacentes. La energía de punto cero del cristal es la energía de vibración de los iones que los cristales poseen aun estando a 00K, y esta energía se calcula a partir de las frecuencias de vibración de la red cristalina que forma el metal o metaloide. Por lo cual debemos considerar que el punto de partida consistirá en un análisis de lo que acontece a un sólido cuando se calienta uniformemente, debemos de recordar que la materia no siempre se calienta más cuando se añade calor. A determinadas temperaturas, en las que se producen cambios de estado, el calor añadido solo produce un resultado completamente diferente. Considere la lenta y permanente adición de calor a un sólido que se encuentra inicialmente en el cero absoluto. CURVA DE CALENTAMIENTO.

AUMENTO DE

LAS ENERGIAS CINETICAS

AUMENTO DE LAS ENERGIAS POTENCIA

LES

AUMENTO DE LAS ENERGIAS CINETICAS

AUMENTO DE LAS ENERGIAS POTENCIALES

AUMENTO DE LAS ENERGIAS CINETICAS

Líquido - gas gas T ebullición.

líquido sólido líquido

T fusión sólido



t1 t2 t t3 4 MECANISMO. Antes de la adición de calor las moléculas, átomos o iones en los puntos reticulares del sólido vibran de un lado a otro débilmente, poseyendo la “energía punto cero”. 1.En el tiempo cero comenzamos la adición de calor, incitando un movimiento más activo en las moléculas alrededor de sus posiciones promedio y aumentando su energía cinética. (Un aumento de la temperatura del sólido).

2.A medida que añadimos más energía, el movimiento de las moléculas se hace progresivamente más fuerte y por consiguiente la temperatura aumenta hasta que finalmente las fuerzas intermoleculares no pueden resistir más violencia. En este momento (t1), las moléculas de la superficie del cristal comienza a desgajarse entre sí y a separarse de sus vecinas; es decir, el sólido pasa gradualmente a líquido.

3.De t a t la temperatura permanece constante T1 2 f que es el punto de fusión, mientras que el sólido pasa gradualmente a líquido.

CONCLUSION: Las energías potenciales moleculares deben de aumentar el proceso de fusión. 1.Al no aumentar la temperatura sabemos que la energía cinética promedio permanece constante, de modo que la energía potencial constante promedio tiene que aumentar.

2.Debido a que en el sólido las moléculas se mantienen unidas mediante fuerzas, debe realizarse entonces un trabajo contra esas fuerzas con el fin de superarlas y desordenar las



moléculas, que se observa como el aumento de la energía potencial.

Por esta razón, el calor de fusión mide el aumento de la energía potencial molecular que acompaña el proceso de fusión. En la solificación, que implica la cristalización, a medida que se extrae el calor de cristalización (ΔHcrist) disminuyen las energías potenciales moleculares. Una vez completa la solidificación, cae cada vez más la temperatura a medida que las moléculas disminuyen su velocidad. CURVA DE ENFRIAMIENTO.

DISMINU CION DE

LAS ENERGIAS CINETICAS

DISMINUCION DE LAS ENERGIAS

POTENCIALES

DISMINUCION DE LAS

ENERGIAS CINETICAS

DISMINU DISMINUCION DE LAS

ENERGIAS CINETICAS

CION DE LAS

ENERGIAS POTENCIA

LES

gas T gas - líquido condensación

líquido

líquido T - sólido solidificación

sólido

t t t t 1 2 3 4



El retículo cristalino se repite periódicamente en tres dimensiones hasta los límites físicas de cada cristal simple. Considerando que la soldadura esta constituida de cristales de Estaño y Plomo, veamos sus características por separado.



PROPIEDADES DEL ESTAÑO. El estaño es un metal de color blanco grisáceo parecido al de la plata; es menos pesado que el plomo, pero más duro; funde a 2320 3C (su densidad relativa es de 7.28 gr/cm ). Es suave, dúctil (capacidad de un sólido de permanecer unido al ser forzado a pasar por un orificio) y maleable (capaz de ser laminado), pero muy poco resistente a la tracción o sea casi carece de tenacidad. El metal puro al ser doblado produce un típico crujido, debido a la dislocación de sus cristales.

3Su densidad es de 7.28 g/cm y cuando se mantiene a menos de 180C, sufre una transformación alotrópica de estaño ALFA a estaño BETA, cuya densidad es de 5.75 g/cm3 y con esta transformación el estaño se pulveriza, sin que esto quiera decir que el estaño se ha oxidado. Posee una gran resistencia a la corrosión atmóferica y a la acción de los ácidos débiles. El estaño es muy dúctil y maleable a 1000C de temperatura y es atacado por los ácidos fuertes. El estaño que está entre el metaloide germanio y el metal plomo en el grupo IVA ilustra ésta tendencia periódica en una forma muy interesante; tiene dos diferentes formas o alótropos (Una de dos o más formas de una sustancia elemetal), una de ellas es un metal y la otra es un no metal. La forma metálica del estaño se llama estaño blanco que es estable arriba de los 130C, pero a temperaturas bajas, muestra una transición lenta a estaño gris que es un polvo amorfo de color grisáceo con densidad relativa de 5.75 gr/cm3. RED CRISTALINA TETRAEDRICA.



Un arreglo tetraédrico estable es aquél en donde los cuatro aniones en los vértices se tocan entre sí simultáneamente al atión que se encuentra en el centro. c OBTENCION DEL ESTAÑO. La caseita o estaño vidrioso (SnO2) es la mena principal. En la extracción del estaño, primero se muele y se lava el mineral para quitarle las impurezas y luego se calcina para oxidar los sulfuros de hierro y de cobre. Después de un segundo lavado, se reduce el mineral con carbono en un horno de esta forma el estaño se disuelve al fundir a temperaturas bajas y las impurezas formas una masa infusible. El estaño también puede purificarse por electrólisis. PROPIEDADES DEL PLOMO. El plomo es un metal gris azulado, que se deja rayar por la uña y cortar con el cuchillo fácilmente. Recién cortado, posee un brillo metálico, que se apaga al aire debido a la oxidación superficial. Deja una marca gris sobre el papel. En frío, tiene gran maleabilidad y ductilidad; se le puede reducir por martilleo y laminación a hojas muy delgadas, y estirarlo en la hilera hasta hilo finos, pero pocos sólidos. Es el menos dúctil de los metales, si se calienta puede hacerse pasar a través de agujeros anulares o troqueles (es volátil al rojo vivo). Presenta una baja resistencia a la tracción y es un mal conductor de electricidad, funde a 3280C (su densidad relativa es de 11.43 gr/cm3). Tiene baja resistencia mecánica , tiene alta resistencia a la corrosión atmosférica y a la acción de ácidos sulfúrico y clorhídrico a temperatura ambiente.



En presencia de aire reacciona lentamente con el agua formando hidróxidos de plomo, que es ligeramente soluble, sabemos que los compuestos solubles de plomo son venenosos, se presenta en la naturaleza en ocho formas isotrópicas. RED CRISTALINA CUBICA DE CARAS CENTRADAS. OBTENCION DEL PLOMO. El plomo se encuentra ampliamente distribuido por todo el planeta en forma de galena, que es el sulfuro de plomo. La cerusita y la anglesita son sus menas más importantes después de la galena. La extracción del plomo se lleva a cabo por la calcinación de la mena, convirtiéndola en óxido y reduciendo el óxido con coque en los altos hornos.



REACCIONES EN FASE SOLIDA. Las reacciones que se producen en una aleación de metales en la fase sólida es:

1).- Las reacciones polimórficas donde ocurren cambios en la estructura cristalina, pero no en la composición. 2).- Las reacciones de solución y precipitación implican cambios en la composición en el límite de solubilidad, así que están involucradas dos fases. 3).- Las reacciones eutectoides, que son el cambio de un líquido de composición A+B; en dos sólidos a temperatura constante y se puede escribir como: Enfriamiento Líquido sólido A + sólido B 144444244443 Calentamiento

mezcla eutéctica.

4).- Las reacciones martensíticas, que son reacciones producidas por esfuerzos cortantes espaciales que tienen particular importancia para las propiedades del acero.

El líquido que tiene el análisis de la composición eutéctica (38.1% Pb - 61.9% Sn), si se considera Pb/Sn se separa en dos fases sólidas (α y β) a temperatura eutéctica (183ºC), a esta temperatura se encuentra en equilibrio solo las tres fases. Definamos que es una fase: Una fase es aquella parte de un metal que es distinta del resto en estructura y/o composición.



FRONTERAS DEL GRANO. A los cristales individuales con varias orientaciones se llama: grano. La forma de un grano en un sólido está controlada usualmente por la presencia de los granos que lo rodean. Dentro de cualquier grano particular, todas las celdas unitarias están arregladas con una orientación y un patrón. En la frontera del grano, entre dos granos adyacentes hay una zona de transición., la cual no está alineada con ninguno de los granos. Existe un grado de desorden. TAMAÑO DE GRANO Y AREA DE FRONTERA DE GRANO. Estas dos variables son importantes con respecto al comportamiento del material. Los granos de un metal monofásico no son esféricos, estos llenan completamente todo el espacio y al mismo tiempo mantienen un mínimo de área total de la frontera; esta con dimensiones idénticas en tres dimensiones o equiáxico. La velocidad de crecimiento de los granos depende de la curva de la frontera y es inversamente proporcional a una potencia (n-1) del diámetro del grano. Si la aleación Pb/Sn se calienta, las dos fases sólidas de esta soldadura se funden en una fase líquida, como se muestra: 183ºC Líquido(61.9% Sn) α ( 19.2% Sn) + β (97.5% Sn)



Este es el análisis de estaño en las tres fases de equilibrio a 183º centígrados (temperatura eutéctica). La reacción eutéctica involucra a un líquido y dos sólidos. La ley de RAOULT establece que el punto de congelación o fusión de una sustancia pura lo abatirá la adición de una segunda sustancia, con tal que la última sea soluble en la sustancia para cuando la líquida y la insoluble se solidifiquen. La cantidad de abatimiento del punto de congelación es proporcional al peso molecular del soluto. La temperatura mínima a la cual una solución permanecerá completamente líquida se conoce como “temperatura eutéctica”, y la solución que posea esta mínima temperatura de congelamiento se llama “la composición eutéctica”. La intersección de las curvas de solubilidad en los diagramas de fase marca la composición eutéctica para los dos componentes de una solución líquida. La aleación de mínimo punto de fusión “60-40” es usada como “soldadura”, debido a que esta composición eutéctica permite la formación de juntas de metal con un mínimo de calentamiento. La temperatura eutéctica esta a 183ºC y presenta:

1).- La mínima temperatura a la cual el líquido puede existir. 2).- La temperatura con la mayor solubilidad en un sólido. 3).- La temperatura arriba de la cual cualquier excedente al limite de solubilidad en sólidos se vuelve líquido, y abajo de la cual cualquier



excedente al límite de la solubilidad en sólidos es sólido.

Para lo anteriormente establecido nos apoyaremos en la siguiente gráfica.

PORCENTAJE ESTAÑO -PLOMO

ESTAÑO 100%

90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

PLOMO

344ºC 327ºC 316ºC 288ºC 260ºC

232ºC 204ºC

SEMI - SOLIDO SEMI - SOLIDO 183ºC

177ºC S O L I D O

CARACTERISTICAS DE FUSION DE LA SOLDADURA DE ESTAÑO - PLOMO

PROPIEDADES DE LA ALEACION EUTECTICA. Hay una relación lineal entre los constituyentes que aparecen en la microestructura y la composición de la aleación para un sistema eutéctico.



Las propiedades de cualquier aleación multifásica depende de las características individuales de las fases y la forma en que estas últimas se hallan distribuidas en la microestructura. La resistencia, dureza y ductilidad se relacionan con el tamaño, número, distribución y propiedades de los cristales de ambas fases. PROPIEDADES DE LAS ALEACIONES DE SOLUCION SOLIDA. La mayoría de los cambios de propiedades son causados por distorsión de la red cristalina del metal solvente por adiciones del metal soluble.

• La resistividad eléctrica depende de la distorsión de la estructura reticular., como la distorsión aumenta con la cantidad de metal soluble añadido, y dado que cualquiera de los dos metales puede considerarse como el solvente, la máxima resistividad eléctrica debe ocurrir en el centro del intervalo de composición.



PREPARACION DEL CAUTIN DE PUNTA (cautin de lápiz). 1.Estando el cautín frío , se lija la punta. 2.Se le coloca un poco de pasta. 3.Se le aplica estaño. 4.Se sacude y queda lista para usarse. RECOMENDACIONES PARA SOLDAR. 1.La punta debe estar libre de óxido. 2.Debe de estar estañada. 3.Debe estar sujeta firmemente al calentador. LIMPIEZA DEL CAUTIN. La limpieza del cautín se hace con el frotamiento de una lima fina (limpiando únicamente las adherencias), pues no conviene dejar suciedad ni residuos oxidados del trabajo anterior, se debe estañar nuevamente la punta del cautín. La operación de estañar es relativamente sencilla, esta operación que se hace calentando el cautín a fin de que se derrita la soldadura que se le aplica (la cual tiene un alma de resina). A veces uno puede imaginarse que cierto cautín no suministra suficiente calor para el trabajo de soldar, cuando la causa es que dicho cautín se ha cubierto de óxido, el cual no permite el paso de suficiente calor hacia el objeto a soldar. Por ello es tan importante usar siempre un cautín limpio y recién estañado con soldadura 60/40 de relativa baja temperatura.



TECNICA DE SOLDAR. La soldadura empleada en sistemas digitales tiene una proporción de 63% de estaño y 37% de plomo, la más usada aunque también se utiliza la de 60% de estaño y 40% de plomo (entre más plomo tenga más dura es la soldadura). La clasificación puede ser con núcleo de fúndente, llamada también de pasta o sin núcleo y es únicamente para las de forma de alambre que en el centro llevan la pasta anticorrosiva. Hay que recordar que cuando todo metal se calienta existe una reacción química llamada OXIDACION y ésta evita que sé solden o soldan los componentes; para evitar esto se tienen las pastas mal llamadas fundentes. Existen dos tipos de pastas: Una que limpia que es base de ácidos y la otra que evita que al calentarse se oxide y así evitar que se tenga problemas al soldar. Entonces para hacer una buena soldadura se necesitan tener limpios los conductores a soldar y aplicarles una finisima capa de pasta, si la soldadura tiene núcleo con fúndente, pero si es necesario se aplica pasta adicional. UNA BUENA SOLDADURA ES AQUELLA EN QUE LA SOLDADURA ES TOTALMENTE LA UNION Y ADEMAS ES UNIFORME Y BRILLANTE. CALENTAMIENTO DE LOS PUNTOS A SOLDAR. Las personas no instruidas en el arte de soldar desesperan por su falta de habilidad para ejecutar soldaduras aceptables, sin considerar que su fracaso se debe simplemente a que antes de



aplicar la soldadura fundida NO CALIENTAN con el propio cautín, los puntos que han de ser soldados. Si NO se considera un calentamiento previo, la soldadura puede adherirse a partes relativamente frías o insuficientemente calientes, pero no tarda en desprenderse por la simple vibración o por el manejo rudo del circuito que contiene los componentes eléctricos, punto y aparte que no hacen buen contacto eléctrico; esto es a lo que llamamos soldadura fría. Como quiera que sea, una buena soldadura no siempre es garantía de firmeza mecánica, aun cuando la conducción su conducción eléctrica resulte satisfactoria, pues la liga de plomo y estaño con la que se hace la soldadura no es material de considerable resistencia en lo estructural. Mas en todo caso debemos tener presente que en los circuitos impresos es delgadísima la lamina conductora de cobre, y aunque este metal tiene un alto punto de fusión, no debemos pensar que tan leve capa metálica puede resistir excesivas aplicaciones de calor concentradamente. Aun sin llegar a fundirse, dicha capa puede ser desprendida por el excesivo calentamiento, y ya despegada fácilmente se rompe. LA TECNICA DE DESOLDAR. Es más sencilla que la de soldar, para este se necesita un cautín adecuado y un extractor. Se calienta la soldadura al desoldar y se evita fundir completamente, si se aplica el extractor de soldadura y con una brocha se limpia la superficie del circuito al que se le ha quitado la soldadura.



FÚNDENTES. Los metales en estado sólido o líquido se cubrirán por una capa o película casi inmediatamente a causa de las fuerzas de atracción presentes en su superficie. Estas películas que se forman son óxidos que impiden la unión correcta de los metales a soldar. Las funciones que cumplen o deberían cumplir los fundentes son:

1).- Remover las películas de óxido hasta que se produzca la aleación intermetálica.

2).- Permitir que la soldadura lo desplace (no pude quedarse entre la soladura y los metales).

3).- Su punto de fusión debe ser más bajo que el de la aleación utilizada en la soldadura.

4).- El fúndente tiene que ser estable con el tiempo.

5).- No debe desprender gases tóxicos o que sean irritantes al olfato y la vista.

6).- El residual debe mantenerse inerte y con los óxidos que estaban presentes en el momento de la soldadura. El objetivo es mojar los óxidos y suspenderlos en su cuerpo.



CLASIFICACION DE LOS FUNDENTES. a).- De tipo ácido. b).- De origen orgánico. c).- Resinas. d).- Resinas solubles en agua. DE TIPO ÁCIDO. Se forman sulfataciones y corrosiones, además tiende a disminuir el aislamiento de las bases, fibras y otros dispositivos no conductores. El fúndente más usado es el ZnCl2 (cloruro de zinc) que si se aplica sobre las placas de cobre se tendrá la siguiente reacción: ZnCl + H O Zn(OH)Cl + HCl. 2 2 Y atacará al cobre: HCl + CuO CuCl + H O 2 2 Se dice que la soldadura de estaño se disuelve en el HCl, de acuerdo a la siguiente reacción:

+ 2HCl SnCl + H Sn(S) 2 2(g) Puede observase que el fúndente es desplazado por la soldadura. FUNDENTES ORGANICOS. Este tipo de fundentes tienen poca estabilidad y la termodescomposición es inevitable. No debe usarse en lugares en los que no sea posible una posterior limpieza.



RESINAS. Debido a las dificultades para evitar la corrosión y la conductividad de los aislamientos con el uso de fundentes ácidos, se prohibe el uso de estos en el campo de la electrónica. Esto aumenta el uso de las resinas como fundentes. Las resinas se extraen de arboles como los pinos y los abetos, su compuesto principal es el ácido abiético. A temperaturas ambiente es sólido y no corrosivo, pero a altas temperaturas (la temperatura de soldadura) es activo y se funde muy rápidamente a 127ºC aproximadamente. Se aplica en forma de polvo, pastillas o cristales., y también en forma de líquido. Es uno de los fundentes más usados en la industria electrónica. RESINAS SOLUBLES EN AGUA. El proceso de soldadura tiene una etapa de limpieza mediante baños de disolución acuosa, que tiene como objetivo remover los residuos que quedan en la soldadura por medio de agua, agitando la placa del circuito impreso, secando posteriormente con aire caliente. Tiene un mínimo de humo y olores penetrantes, es estable a la temperatura de caldeo y se mantiene soluble en agua a temperatura ambiente., lo cual permite que se adhieran materiales a la placa o a las componentes que tengan poderes higroscópicos que puedan traer fallas a futuro. H C CO H 3 2Acido abiético es:



CH = CH2 H C 3 CH 3 La fórmula del ácido abiético es: C H O20 30 2Punto de fusión: 173ºC Punto de ebullición: 250ºC SOLDADURA BLANDA. Se utiliza un láser de alta potencia promedio, y se conocen dos que satisfacen este requisito: a).- Nd - YAG (neodimio en gránate de itrio - aluminio). b).- CO2 Ambos emiten radiación infrarroja y pueden ser operados en forma continua en niveles suficientemente altas de potencia. SOLDADURA POR ADHESIVOS. (resinas plásticas). Debido a los fuertes enlaces y alta rigidez de sus cadenas principales; las poliimidas (PI) y la poliestercetona (PEEK), son de gran interés como materiales matrices de compuestos de fibras de carbono. La poliestercetona es un polímero semicristalino con punto de fusión de 330ºC, utilizado como adhesivo estructural de fusión en caliente, especialmente en la industria aeroespacial.



La mayoría de la soldadura industrial implica la fusión de las superficies comunes de las piezas de trabajo. SOLDADURA PÔR RESISTENCIA: Implica el paso de corriente, que se genera a razón de I2R a través de las piezas de trabajo mientras se mantienen juntas con firmeza. SOLDADURA DE GAS: Usando un soplete de oxiacetileno, que implica calentamiento más generalizado del material. También existen los procesos sin fusión o soldadura de estado sólido, donde se genera calor y presión. El calor generado es mayor que en el punto de fusión. SOLDADURA POR ULTRASONIDO: Las piezas de trabajo son oprimidas conforme se flotan juntas a frecuencia ultrasonica. SOLDADURA POR TERMOPLASTICOS: Se genera calor mediante un gas caliente e inerte, por contacto con la placa de metal caliente, por medio de electricidad (calentamiento dieléctrico) y calentamiento por inducción. SOLDADURA POR INERCIA o SOLDADURA GIRATORIA: Cuando se usa con materiales plásticos. SOLDADURA POR ULTRASONIDO APLICABLES A TERMOPLASTICOS: Son soldaduras por vibración a 120 Hertz en un intervalo de 2 a 3 segundos. SOLDADURA POR UNION DE SOLVENTES: Se aplica presión de 10 a 30 segundos.


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