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Saldatori e stazioni di saldatura
La saldatura è il processo di unione delle parti introducendo materiale fuso tra loro - saldatura, la cui temperatura, di norma, è inferiore alla temperatura di fusione delle parti da unire. Lo scopo della saldatura è quello di ottenere una connessione meccanica o un contatto elettrico. Di seguito, considereremo principalmente la saldatura di componenti elettronici.
Un po 'di storia
La saldatura dei metalli veniva utilizzata nei tempi antichi. Si ritiene che questa operazione tecnologica sia esistita per almeno 5000 anni. Anche quando l'umanità non conosceva ferro e acciaio, il rame, l'oro e le loro leghe si diffusero. Ma anche in questo caso, i master chaser hanno utilizzato la connessione di parti di prodotti mediante saldatura.
Gli archeologi hanno trovato vasi d'oro, i cui manici erano saldati con l'oro, nonché leghe d'oro e d'argento. Oggetti d'oro con tracce di saldatura sono stati trovati durante gli scavi delle tombe dell'antico stato di Babilonia. Gli scienziati datati trovano il 3200 a.C.
I gioielli brasati sono stati trovati anche nelle piramidi egiziane. Questo fatto dimostra che l'arte della saldatura era nota nell'antico Egitto nel secondo millennio a.C. La cosa più interessante è che gli egiziani non saldarono con oro puro, ma inventarono un modo per abbassare il punto di fusione della saldatura d'oro.
A tal fine, la polvere d'oro è stata ricotta in polvere di carbone. Di conseguenza, lo strato superficiale di oro è stato saturo di carbonio (nella tecnologia dei metalli, questo processo è chiamato cementazione) ed è stata ottenuta una lega oro-carbonio. Il punto di fusione di questa lega era leggermente inferiore a quello dell'oro puro. Tali saldature sono chiamate solide.
Le saldature leggere a base di stagno e piombo sono menzionate negli scritti dello scrittore e scienziato romano Plinio, il maggiore, che visse nel I secolo d.C. Quindi nel saggio "History of Nature" menziona l'uso di due saldature al piombo - tetrarium (2/3 piombo, 1/3 stagno) e argentaria (50% piombo e 50% stagno). La cosa più interessante è che tali leghe sono ancora utilizzate. Il primo è spesso chiamato terziario e la seconda metà.
Durante gli scavi di Pompei, che morirono durante l'eruzione del vulcano Vesuvio, gli archeologi scoprirono condotte d'acqua di piombo, il cui collegamento fu effettuato saldando saldature di piombo-stagno. Gli stessi tubi sono stati trovati negli scavi in Libia e Nubia.
Durante gli scavi di insediamenti del IV-V secolo d.C., furono trovati oggetti nel territorio dell'Alta Volga, in particolare coltelli brasati con rame. A Kievan Rus, i maestri saldarono serrature, chiavi, coltelli con rame per brasatura, il che indica l'alta conoscenza tecnica dei maestri di quegli anni antichi.
Saldatori a saldare a mano
Pertanto, si può ritenere che la saldatura di ferro, rame e sue leghe, nonché alluminio, sia apparsa solo dopo la saldatura di metalli preziosi. Più tardi, apparvero strumenti per la saldatura manuale. Tali saldatori erano chiamati riscaldatori e riscaldati in un forno.
Più tardi, le torce per benzina iniziarono ad essere utilizzate per questi scopi. I saldatori a calore sono utilizzati fino ad oggi e puoi acquistare un tale saldatore anche nei negozi online. L'aspetto del saldatore a caldo è mostrato nella Figura 1.
Figura 1. Saldatore di calore
Saldatore elettrico
E solo nel 1921 fu creato un saldatore elettrico. Ernst Sachs, in seguito fondatore di ERSA, ricevette un brevetto per l'invenzione. Grazie all'inventiva dell'inventore, un saldatore elettrico ha rapidamente guadagnato simpatia in tutto il mondo, essendo un prototipo per la creazione di vari design di strumenti di saldatura. Si scopre che al momento il saldatore elettrico ha un'età molto rispettabile di 93 anni. Il primo saldatore elettrico è mostrato in Figura 2.
Figura 2. Il primo saldatore elettrico
Il saldatore aveva la forma di un ascia di guerra, sembrava un saldatore a caldo ed era destinato principalmente a lavori di stagnatura. Ferri di saldatura simili esistono fino ad oggi. La potenza di tali saldatori è compresa tra 500 e 800 watt. Sono utilizzati principalmente per saldare pezzi di grandi dimensioni, come radiatori per automobili, annaffiatoi da giardino, secchi, ecc.
Come è un saldatore elettrico
Il principio di funzionamento di un saldatore elettrico è abbastanza semplice. Intorno all'asta di saldatura, che viene spesso chiamata una puntura, c'è una spirale di filo ad alta resistività. Quando passa attraverso una spirale corrente, si riscalda e il calore ricevuto viene dato all'asta di saldatura. Naturalmente, la spirale è isolata dalla punta e dal corpo da un isolante resistente al calore. Come isolante, la mica viene utilizzata più spesso. Questo è lo schema classico di un saldatore che è sopravvissuto ai nostri tempi.
Ferri da saldatura dell'era sovietica
In epoca sovietica, l'industria produceva diversi saldatori. Nella pratica radiofonica amatoriale, i ferri da saldatura della serie EPSN con una potenza di 25 ... 100 W sono stati utilizzati più spesso e sono ancora utilizzati. Nel passaporto allegato ai saldatori, era scritto: "Il disegno del saldatore non è separabile". È vero, per il merito dei produttori bisogna dire che questi saldatori hanno funzionato a lungo. L'aspetto di questi saldatori è mostrato nella Figura 3.
Figura 3. Ferri da saldatura della serie EPSN
Ma non tutto è così brutto e duro. In alcuni saldatori, la spirale viene posizionata in un nucleo di ceramica con una scanalatura, il nucleo, a sua volta, viene inserito in una tazza di ceramica. Un'asta di saldatura è inserita nel foro centrale del nucleo: una puntura e nessuna mica. Il riscaldatore assemblato è inserito in una custodia di metallo con manico in legno. Il vantaggio di questo design è che è pieghevole, quindi nel kit è stata venduta una spirale di riserva.
Poco dopo in vendita sono comparsi ferri da saldatura in miniatura della serie ERA, con una potenza di 18 e 25 W, che hanno rapidamente guadagnato popolarità tra i radioamatori e i telemetri. L'aspetto del saldatore è mostrato nella Figura 4.
Figura 4. Saldatore serie ERA
Con l'aiuto di tali saldatori, era abbastanza comodo saldare transistor, così come microcircuiti in casi come DIP e simili con un passo di 2,54 mm. Per garantire la temperatura di saldatura richiesta, si consiglia di accendere questi saldatori tramite un regolatore di potenza a tiristori. Con questa inclusione, la qualità dei giunti saldati dipende principalmente dalle qualifiche, nemmeno dall'arte, dall'installatore.
I chip nei pacchetti DIP sono già un ricordo del passato. Ora quasi tutte le apparecchiature elettroniche sono prodotte utilizzando componenti SMD, le cui dimensioni sono molto ridotte. Pertanto, è difficile garantire una saldatura di alta qualità con i ferri di saldatura sopra descritti. I moderni saldatori sono usati, di regola, come parte delle stazioni di saldatura.
Maggiori informazioni sulle stazioni di saldatura qui:Come scegliere una stazione di saldatura
Gli elementi riscaldanti sono realizzati in ceramica e hanno termocoppia integrata, che in combinazione con un display digitale consente di mantenere una determinata temperatura in un ampio intervallo, inoltre, in modo molto accurato. Alcuni saldatori hanno termostati integrati direttamente nel manico. Un esempio di tale saldatore è il saldatore CT-96 prodotto da CT-Tools. L'aspetto del saldatore è mostrato nella Figura 5.
Figura 5. Saldatore CT-96
Fig. 6. Stazione di saldatura
La temperatura di saldatura dipende principalmente dal punto di fusione delle saldature. Durante l'installazione e la riparazione di apparecchiature elettroniche, di norma, vengono utilizzate saldature leggere.
Tipi di saldature
Tutte le saldature possono essere divise in due tipi: duro e morbido. Le leghe di brasatura hanno un alto punto di fusione - oltre 300 ° C e forniscono un'elevata resistenza meccanica della connessione. Le più utilizzate sono le leghe di rame-zinco PMC solide e le leghe a base d'argento PSR, che sono leghe con diversi additivi.
La temperatura di fusione del grado di saldatura ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.È ovvio che tali saldature sono completamente inadatte per la saldatura di schede elettroniche.
Pertanto, per l'installazione di circuiti elettronici vengono utilizzate saldature leggere, la cui temperatura di fusione non supera i 300 ° C. Principalmente utilizzate sono le saldature al piombo del marchio POS-61. POS-63, il cui punto di fusione è 190 ° C. Queste saldature sono eutettiche, cioè hanno le stesse temperature di fusione e cristallizzazione.
Il nome stesso parla della composizione chimica di queste saldature: POS-61 contiene il 61% di stagno, il resto è piombo, POS-63, rispettivamente, 63% di stagno, il resto è piombo. Queste saldature vengono utilizzate solo per la saldatura manuale e forniscono giunti di saldatura di buona qualità. Era scritto nei passaporti dei saldatori: "La saldatura dovrebbe essere brillante, contorno".
Le saldature POS hanno elevata conduttività elettrica, elevata fluidità allo stato fuso e sufficiente resistenza meccanica. La combinazione di queste proprietà consente una saldatura di alta qualità di circuiti stampati, sospensioni a molla di strumenti di misura, cavi ad alta frequenza sottili multicore del tipo Litzendrat, nonché parti critiche in rame, bronzo, ottone, acciaio. Quando si utilizzano flussi per la brasatura dell'alluminio, anche le parti in alluminio sono saldate molto bene, ad esempio avvolgimenti di trasformatori e strozzatori negli elettrodomestici.
Nei casi in cui il surriscaldamento delle parti saldate è estremamente indesiderabile, vengono utilizzate saldature a bassa temperatura. Uno di questi è la lega di legno: stagno - 12,5%, piombo - 25%, bismuto - 50% e cadmio - 12,5%. Il punto di fusione di questa saldatura è di soli 70 ° C. Questa temperatura è chiamata particolarmente bassa. La lega di legno viene anche utilizzata come additivo per ridurre il punto di fusione delle saldature senza piombo durante la saldatura di parti da circuiti stampati. Un tale additivo consente di saldare elementi senza danneggiare il circuito e la parte stessa.
Il piombo, come sapete, è considerato un metallo velenoso, i suoi vapori sono estremamente dannosi per il corpo umano. Pertanto, recentemente, le saldature senza piombo sono sempre più utilizzate per la saldatura di apparecchiature elettroniche, in particolare quelle domestiche. Le saldature senza piombo sono un tributo ai requisiti di ecologia e protezione del lavoro.
Saldature senza piombo
La lega per saldatura più ecologica e sicura dovrebbe essere considerata, a quanto pare, stagno puro. È la latta che viene utilizzata nell'industria alimentare per le scatole di latta. Ma sfortunatamente, fastidiosi difetti sono insiti in una tale saldatura. Prima di tutto, è la "peste del peltro".
A temperature inferiori a 13,2 ° C, il volume specifico di stagno puro aumenta di oltre il 25%, il che porta alla formazione di un'altra fase della sostanza, la cosiddetta stagno grigio. Inoltre, più bassa è la temperatura, più intenso è il processo di conversione. A una temperatura di -33 ° C, la latta si trasforma in una polvere grigia, le razioni si sbriciolano semplicemente. È chiaro che una tale saldatura non va bene.
Ma non solo le razioni cadono a pezzi. Quindi, nel 1912, fu la peste di stagno a causare la morte della spedizione di Robert Falcon Scott al Polo Sud. La spedizione rimase senza carburante, che trapelò attraverso le giunture saldate nei serbatoi di carburante.
A causa della peste di stagno, molti valori culturali, in particolare le raccolte di soldati di stagno, morirono. Ad esempio, nei magazzini del Museo Alexander Suvorov di San Pietroburgo, diverse dozzine di soldati di latta si sono semplicemente sbriciolate in polvere a causa di una svolta nel riscaldamento. Questo è successo in altri musei di tutto il mondo.
Per creare saldature senza piombo a base di stagno, vengono aggiunti vari componenti: rame, zinco, argento, oro, indio. Questi additivi ti consentono di evitare la formazione di stagno grigio, proteggerti dalla peste di stagno.
Le saldature delle seguenti composizioni sono spesso utilizzate per saldare componenti elettronici: stagno - 52%, indio - 48%; stagno - 91%, zinco - 9%; stagno - 97%, argento - 2,3%, rame - 0,7%. Non si osservano metalli nocivi. Il punto di fusione di queste saldature è nella regione di 300 ° C, che è significativamente più alto di quello delle saldature al piombo.Chiunque abbia mai riparato l'elettronica moderna lo sa molto bene.
Il prezzo per l'innocuità è che tutte le saldature senza piombo hanno meno fluidità allo stato fuso e una minore bagnabilità delle superfici brasate. Flussi speciali utilizzati per la saldatura con saldature senza piombo aiutano a proteggere da questo inconveniente. Tuttavia, la qualità di una cucitura realizzata con saldature senza piombo è peggiore di quando si usano saldature con piombo. Ma la scienza non si ferma, vengono costantemente condotte ricerche per migliorare la qualità delle saldature senza piombo in modo che la sostituzione sia equivalente.
Molti microcircuiti moderni sono disponibili in custodie BGA (serie di griglie English Ball - una serie di palline). Le solite conclusioni: le gambe di questi microcircuiti no. Il loro ruolo è giocato dalle sfere di saldatura depositate sui cuscinetti di contatto nella parte inferiore del corpo. Per la saldatura di tali microcircuiti, sono apparsi nuovi tipi di saldatura: paste di saldatura applicate con il metodo dello schermo.
Le paste saldanti sono costituite da diversi componenti: la stessa saldatura sotto forma di polvere fine, particelle solide di un flusso della stessa dimensione. Questi componenti diventano pasta a causa della presenza di leganti, principalmente componenti di flusso liquido e solventi volatili.
È chiaro che tali microcircuiti non possono essere saldati con un normale saldatore. Ciò richiede l'uso di speciali metodi di saldatura in cui il riscaldamento viene eseguito da aria calda o radiazione infrarossa. A tale scopo vengono utilizzate stazioni di saldatura ad aria calda o ad infrarossi.
Continuazione dell'articolo: Saldatori elettrici. Tipi e disegni
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