Fers à souder et stations de soudage

Le soudage est le processus de jonction des pièces en introduisant entre elles du matériau fondu - une soudure dont la température est généralement inférieure à la température de fusion des pièces à assembler. Le but du soudage est d'obtenir une connexion mécanique ou un contact électrique. Ci-dessous, nous considérerons principalement le soudage de composants électroniques.

Un peu d'histoire

Le brasage des métaux était utilisé dans les temps anciens. On pense que cette opération technologique existe depuis au moins 5000 ans. Même lorsque l'humanité ne connaissait pas le fer et l'acier, le cuivre, l'or et leurs alliages se sont répandus. Mais même alors, les maîtres chasseurs utilisaient la connexion de pièces de produits à l'aide de la soudure.

Les archéologues ont trouvé des récipients en or, dont les poignées étaient soudées à l'or, ainsi que des alliages d'or et d'argent. Des objets en or avec des traces de soudure ont été trouvés lors des fouilles des tombes de l'ancien état de Babylone. Les scientifiques datent des découvertes 3200 BC

Des bijoux brasés ont également été trouvés dans les pyramides égyptiennes. Ce fait prouve que l'art de la soudure était connu dans l'Egypte ancienne au IIe millénaire av. La chose la plus intéressante est que les Égyptiens n'ont pas soudé avec de l'or pur, mais ont inventé un moyen d'abaisser le point de fusion de la soudure à l'or.

À cet effet, la poudre d'or a été recuite en poudre de charbon de bois. En conséquence, la couche superficielle d'or était saturée de carbone (dans la technologie des métaux, ce processus est appelé cémentation), et un alliage or-carbone a été obtenu. Le point de fusion de cet alliage était légèrement inférieur à celui de l'or pur. Ces soudures sont appelées solides.

Les soudures tendres à base d'étain et de plomb sont mentionnées dans les écrits de l'écrivain et scientifique romain Pline - l'aîné, qui a vécu au 1er siècle après JC. Ainsi, dans l'essai "History of Nature" mentionne l'utilisation de deux soudures étain-plomb - tetrarium (2/3 plomb, 1/3 étain) et argentaria (50% plomb et 50% étain). La chose la plus intéressante est que de tels alliages sont toujours utilisés. Le premier d'entre eux est souvent appelé tertiaire et le second semestre.

Lors des fouilles de Pompéi, mortes lors de l'éruption du volcan Vésuve, les archéologues ont découvert des conduites d'eau en plomb, dont le raccordement a été réalisé en soudant des soudures d'étain-plomb. Les mêmes tuyaux ont été trouvés lors de fouilles en Libye et en Nubie.

Au cours des fouilles de colonies des 4e-5e siècles après JC, des objets ont été trouvés sur le territoire de la région de la Haute-Volga, en particulier des couteaux brasés au cuivre. À Kievan Rus, les maîtres ont soudé des serrures, des clés, des couteaux au cuivre par brasage, ce qui indique la haute connaissance technique des maîtres de ces anciennes années.

Fers à souder à souder à la main

Ainsi, on peut considérer que le brasage du fer, du cuivre et de ses alliages, ainsi que de l'aluminium, n'est apparu qu'après le brasage des métaux précieux. Plus tard, des outils de soudage manuel sont apparus. Ces fers à souder étaient appelés réchauffeurs et chauffés dans un four.

Plus tard, des torches à essence ont commencé à être utilisées à ces fins. Les fers à souder à chaud sont utilisés à ce jour, et vous pouvez acheter un tel fer à souder même dans les magasins en ligne. L'aspect du fer à souder à chaud est illustré à la figure 1.

Figure 1. Fer à souder à chaud

Fer à souder électrique

Et ce n'est qu'en 1921 qu'un fer à souder électrique a été créé. Ernst Sachs, plus tard fondateur d'ERSA, a reçu un brevet pour l'invention. Grâce à l'inventivité de l'inventeur, un fer à souder électrique a rapidement gagné en popularité dans le monde entier, étant un prototype pour la création de diverses conceptions d'outils de soudage. Il s'avère qu'à l'heure actuelle le fer à souder électrique a un âge très respectable de 93 ans. Le premier fer à souder électrique est illustré à la figure 2.

Figure 2. Le premier fer à souder électrique

Le fer à souder avait la forme d'une hachette, était similaire à un fer à souder à chaud et était principalement destiné aux travaux d'étamage. Des fers à souder similaires existent à ce jour. La puissance de ces fers à souder est de l'ordre de 500 ... 800 watts. Ils sont principalement utilisés pour souder de grandes pièces, telles que des radiateurs automobiles, des arrosoirs de jardin, des seaux, etc.

Comment est un fer à souder électrique

Le principe de fonctionnement d'un fer à souder électrique est assez simple. Autour de la tige de soudure, souvent appelée piqûre, se trouve une spirale de fil à haute résistivité. Lorsqu'elle traverse une spirale de courant, elle se réchauffe et la chaleur reçue est donnée à la tige de soudure. Naturellement, la spirale est isolée de la pointe et du corps par un isolant résistant à la chaleur. En tant qu'isolant, le mica est le plus souvent utilisé. C'est le schéma classique d'un fer à souder qui a survécu jusqu'à nos jours.

Fers à souder de l'ère soviétique

À l'époque soviétique, l'industrie produisait de nombreux fers à souder différents. Dans la pratique de la radio amateur, les fers à souder de la série EPSN d'une puissance de 25 ... 100W étaient le plus souvent utilisés et sont toujours utilisés. Dans le passeport attaché aux fers à souder, il était écrit: "La conception du fer à souder n'est pas séparable." Certes, au crédit des fabricants, il faut dire que ces fers à souder ont longtemps servi. L'aspect de ces fers à souder est illustré à la figure 3.

Figure 3. Fers à souder de la série EPSN

Mais tout n'est pas si mauvais et dur. Dans certains fers à souder, la spirale est placée dans un noyau en céramique avec une rainure, le noyau, à son tour, est inséré dans une coupelle en céramique. Une tige de soudure est insérée dans le trou central du noyau - une piqûre et pas de mica. Le radiateur assemblé est inséré dans un boîtier métallique avec une poignée en bois. L'avantage de cette conception est qu'elle est pliable, donc une spirale de rechange a été vendue dans le kit.

Un peu plus tard, les fers à souder miniatures de la série ERA, d'une capacité de 18 et 25 W, sont rapidement devenus populaires auprès des radio-amateurs et des télémasters. L'aspect du fer à souder est illustré à la figure 4.

Figure 4. Fer à souder série ERA

Avec l'aide de tels fers à souder, il était assez confortable de souder des transistors, ainsi que des microcircuits dans des cas comme DIP et similaires avec un pas de 2,54 mm. Pour garantir la température de soudage requise, il est conseillé d'activer ces fers à souder via un régulateur de puissance à thyristor. Avec cette inclusion, la qualité des joints soudés dépend principalement des qualifications, pas même de l'art, de l'installateur.

Les puces dans les packages DIP appartiennent déjà au passé. Aujourd'hui, presque tous les équipements électroniques sont fabriqués à l'aide de composants CMS, dont les dimensions sont très petites. Par conséquent, il est difficile d'assurer un soudage de haute qualité avec les fers à souder décrits ci-dessus. Les fers à souder modernes sont généralement utilisés dans les stations de soudage.

En savoir plus sur les stations de soudage ici:Comment choisir une station de soudage

Les éléments chauffants sont en céramique et ont thermocouple intégré, qui en combinaison avec un affichage numérique vous permet de maintenir une température donnée sur une large plage, en outre, de manière très précise. Certains fers à souder ont des thermostats intégrés directement dans la poignée. Un exemple d'un tel fer à souder est le fer à souder CT-96 fabriqué par CT-Tools. L'aspect du fer à souder est illustré à la figure 5.

Figure 5. Fer à souder CT-96

Fig. 6. Station de soudage

La température de brasage dépend principalement du point de fusion des soudures. Lors de l'installation et de la réparation d'équipements électroniques, en règle générale, des soudures souples sont utilisées.

Types de soldats

Tous les soudures peuvent être divisées en deux types: durs et mous. Les alliages de brasage ont un point de fusion élevé - plus de 300 ° C et offrent une résistance mécanique élevée de la connexion. Les plus utilisés sont les alliages solides cuivre-zinc de la marque PMC et les alliages à base d'argent PSR, qui sont des alliages avec différents additifs.

La température de fusion du grade de soudure ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Il est évident que ces soudures ne conviennent absolument pas au soudage de cartes électroniques.

Par conséquent, les soudures molles sont utilisées pour l'installation de circuits électroniques dont la température de fusion ne dépasse pas 300 ° C. Les soudures au plomb-étain de la marque POS-61 sont principalement utilisées. POS-63 dont le point de fusion est de 190 ° C. Ces soudures sont eutectiques, c'est-à-dire qu'elles ont les mêmes températures de fusion et de cristallisation.

Le nom lui-même parle de la composition chimique de ces soudures: POS-61 contient 61% d'étain, le reste est en plomb, POS-63, respectivement, 63% d'étain, le reste est en plomb. Ces soudures sont utilisées uniquement pour le soudage manuel et fournissent des joints de soudure de bonne qualité. Il était écrit dans les passeports des fers à souder: «La soudure doit être brillante, contour».

Les soudures POS ont une conductivité électrique élevée, une fluidité élevée à l'état fondu et une résistance mécanique suffisante. La combinaison de ces propriétés permet un soudage de haute qualité des cartes de circuits imprimés, des suspensions à ressort d'instruments de mesure, des fils à haute fréquence minces à brins multiples du type Litzendrat, ainsi que des pièces critiques en cuivre, bronze, laiton, acier. Lors de l'utilisation de flux pour le brasage de l'aluminium, les pièces en aluminium sont également très bien soudées, par exemple les enroulements de transformateurs et de selfs dans les appareils électroménagers.

Dans les cas où une surchauffe des pièces soudées est extrêmement indésirable, des soudures à basse température sont utilisées. L'un d'eux est l'alliage du bois: étain - 12,5%, plomb - 25%, bismuth - 50% et cadmium - 12,5%. Le point de fusion de cette soudure n'est que de 70 ° C. Cette température est appelée particulièrement basse. L'alliage de bois est également utilisé comme additif pour réduire le point de fusion des soudures sans plomb lors du soudage de pièces à partir de circuits imprimés. Un tel additif vous permet de souder des éléments sans endommager le circuit imprimé et la pièce elle-même.

Le plomb, comme vous le savez, est considéré comme un métal toxique, ses vapeurs sont extrêmement nocives pour le corps humain. Par conséquent, récemment, les soudures sans plomb sont de plus en plus utilisées pour souder des équipements électroniques, en particulier des appareils ménagers. Les soudures sans plomb sont un hommage aux exigences de l'écologie et de la protection du travail.

Soldes sans plomb

La soudure la plus respectueuse de l'environnement et la plus sûre doit être considérée, apparemment, de l'étain pur. C'est l'étain qui est utilisé dans l'industrie alimentaire pour l'étamage des boîtes de conserve. Mais, malheureusement, des défauts gênants sont inhérents à une telle soudure. Tout d'abord, c'est la «peste de l'étain».

À des températures inférieures à 13,2 ° C, le volume spécifique d'étain pur augmente de plus de 25%, ce qui conduit à la formation d'une autre phase de la substance, ce que l'on appelle l'étain gris. De plus, plus la température est basse, plus le processus de conversion est intense. À une température de -33 ° C, l'étain se transforme en poudre grise, les rations s'effritent simplement. Il est clair qu'une telle soudure n'est pas bonne.

Mais non seulement les rations se désagrègent. Donc en 1912, c'est la peste d'étain qui a provoqué la mort de l'expédition de Robert Falcon Scott au pôle Sud. L'expédition s'est retrouvée sans carburant, qui a fui à travers les joints soudés dans les réservoirs de carburant.

En raison de la peste de l'étain, de nombreuses valeurs culturelles, en particulier les collections de soldats de l'étain, sont mortes. Par exemple, dans les magasins du musée Alexander Suvorov de Saint-Pétersbourg, plusieurs dizaines de soldats de plomb se sont tout simplement effondrés en poussière en raison d'une percée dans le chauffage. Cela s'est produit dans d'autres musées du monde.

Pour créer des soudures sans plomb à base d'étain, divers composants y sont ajoutés: cuivre, zinc, argent, or, indium. Ces additifs vous permettent d'éviter la formation d'étain gris, de vous protéger de la peste de l'étain.

Les soudeurs des compositions suivantes sont le plus souvent utilisés pour souder des composants électroniques: étain - 52%, indium - 48%; étain - 91%, zinc - 9%; étain - 97%, argent - 2,3%, cuivre - 0,7%. Aucun métal nocif n'est observé. Le point de fusion de ces soudures est de l'ordre de 300 ° C, ce qui est nettement supérieur à celui des soudures étain-plomb.Quiconque a déjà réparé de l'électronique moderne le sait très bien.

Le prix de l'innocuité est que tous les soudures sans plomb ont moins de fluidité à l'état fondu et une mouillabilité plus faible des surfaces brasées. Les flux spéciaux utilisés pour le soudage avec des soudures sans plomb contribuent à protéger contre cet inconvénient. Néanmoins, la qualité d'une couture faite avec des soudures sans plomb est pire que lors de l'utilisation de soudures étain-plomb. Mais la science ne reste pas immobile, des recherches sont constamment menées pour améliorer la qualité des soudures sans plomb afin que le remplacement soit équivalent.

De nombreux microcircuits modernes sont disponibles dans des boîtiers BGA (English Ball grid array - un ensemble de billes). Les conclusions habituelles - les jambes de ces microcircuits ne le font pas. Leur rôle est joué par des billes de soudure déposées sur les plots de contact dans la partie inférieure du corps. Pour souder de tels microcircuits, de nouveaux types de soudure sont apparus - des pâtes de soudure appliquées par la méthode de l'écran.

Les pâtes à braser sont constituées de plusieurs composants: la soudure elle-même sous forme de poudre fine, les particules solides d'un flux de même taille. Ces composants deviennent pâteux en raison de la présence de liants, principalement des composants de flux liquide et des solvants volatils.

Il est clair que de tels microcircuits ne peuvent pas être soudés avec un fer à souder ordinaire. Cela nécessite l'utilisation de méthodes de soudage spéciales dans lesquelles le chauffage est effectué par air chaud ou rayonnement infrarouge. À ces fins, des stations de soudage à air chaud ou infrarouge sont utilisées.

Suite de l'article: Fers à souder électriques. Types et designs