Composição
Baseado em leads
As soldas de estanho-chumbo (Sn-Pb), também chamadas de soldas macias, são vendidas com concentrações de estanho entre 5% e 70% em peso. Quanto maior a concentração de estanho, maior será a resistência à tração e ao cisalhamento da solda. O chumbo mitiga a formação de barba de estanho "Barba (metalurgia)",[4] embora o mecanismo exato seja desconhecido.[5] Hoje, muitas técnicas são usadas para mitigar o problema, incluindo mudanças no processo de recozimento (aquecimento e resfriamento), a adição de elementos como cobre e níquel, e a aplicação de revestimentos isolantes.[6] As ligas comumente usadas para soldagem elétrica são 60/40 Sn-Pb, que derrete a 188 °C (370). °F),[7] e 63/37 Sn-Pb usado principalmente em trabalhos elétricos/eletrônicos. Esta última mistura é uma liga eutética destes metais, que:
Nos Estados Unidos, desde 1974, o chumbo foi proibido em soldas e fluxos para aplicações de encanamento destinadas ao consumo de água potável, de acordo com a Lei de Água Potável Segura.[8] Historicamente, foi utilizada uma proporção maior de chumbo, geralmente 50/50. Isto teve a vantagem de tornar a liga mais resistente à corrosão. Isto teve a vantagem de fazer a liga solidificar mais lentamente. Como os tubos foram fisicamente encaixados antes de serem soldados, a solda poderia ser limpa sobre a junta para garantir a estanqueidade. Embora os canos de água com chumbo tenham sido substituídos por canos de cobre quando a importância do envenenamento por chumbo começou a ser compreendida, a solda de chumbo continuou a ser usada até a década de 1980 porque se pensava que a quantidade de chumbo que poderia vazar da solda para a água era insignificante em uma junta devidamente soldada. O par eletroquímico de cobre e chumbo promove a corrosão do chumbo e do estanho. O estanho, entretanto, é protegido por um óxido insolúvel. Uma vez que mesmo pequenas quantidades de chumbo foram consideradas prejudiciais à saúde como uma potente neurotoxina,[9] o chumbo nas soldas de encanamento foi substituído por prata (aplicações alimentícias) ou antimônio, ao qual era frequentemente adicionado cobre, e a proporção de estanho foi aumentada.
A adição de estanho, mais caro que o chumbo, melhora a molhabilidade da liga; O próprio chumbo tem características de umedecimento fracas. Ligas com alto teor de estanho e chumbo têm uso limitado, pois a faixa de trabalhabilidade pode ser fornecida por uma liga mais barata com alto teor de chumbo.
As soldas de chumbo-estanho dissolvem facilmente o revestimento de ouro e formam intermetálicos frágeis. A solda 60/40 Sn-Pb oxida na superfície, formando uma estrutura complexa de 4 camadas: óxido de estanho (IV) "óxido de estanho (IV)") na superfície, abaixo de uma camada de óxido de estanho (II) com chumbo finamente disperso, seguido por uma camada de óxido de estanho (II). "Óxido de estanho (II)") com estanho e chumbo finamente dispersos, e a própria liga de solda por baixo.
O chumbo e, em certa medida, o estanho, tal como utilizado nas soldas, contém pequenas mas significativas quantidades de impurezas radioisotópicas. Os radioisótopos que sofrem decaimento alfa são preocupantes devido à sua tendência de causar erros suaves. O polônio-210 é especialmente problemático; O polônio-210 beta decai para o bismuto-210, que por sua vez decai para o polônio-210, um forte emissor de partículas alfa. Urânio-238 e tório-232 são outros contaminantes importantes em ligas de chumbo.[13][14].
Sem chumbo
A Directiva da União Europeia sobre Resíduos de Equipamentos Eléctricos e Electrónicos e a Directiva sobre a Restrição de Certas Substâncias Perigosas em Equipamentos Eléctricos e Electrónicos foram adoptadas no início de 2003 e entraram em vigor em 1 de Julho de 2006, restringindo a inclusão de chumbo na maioria dos produtos electrónicos de consumo vendidos na UE, e tendo um amplo efeito nos produtos electrónicos de consumo vendidos em todo o mundo. Nos EUA, os fabricantes podem obter benefícios fiscais reduzindo o uso de solda com chumbo. As soldas comerciais sem chumbo podem conter estanho, cobre, prata, bismuto, índio ("Índio (elemento)"), zinco, antimônio e vestígios de outros metais. A maioria dos substitutos sem chumbo para as soldas convencionais 60/40 e 63/37 Sn-Pb têm pontos de fusão entre 50 e 200 °C mais altos,[15] embora também existam soldas com pontos de fusão muito mais baixos. Soldas sem chumbo normalmente requerem cerca de 2% de fluxo em massa para molhabilidade adequada.[16].
Quando a solda sem chumbo é usada na soldagem por onda, pode ser aconselhável usar uma solda ligeiramente modificada (por exemplo, revestimentos ou impulsores de titânio) para reduzir o custo de manutenção devido à maior captação de estanho da solda com alto teor de estanho.
Soldas sem chumbo são proibidas em aplicações críticas, como projetos aeroespaciais, militares e médicos, porque as juntas provavelmente falharão devido à fadiga do metal sob tensão (como a produzida pela expansão e contração térmica). Embora esta seja uma propriedade que as soldas de chumbo convencionais também possuem (como qualquer metal), o ponto em que a fadiga por tensão geralmente ocorre nas soldas de chumbo está bem acima do nível de tensões que normalmente ocorrem.
As soldas de estanho-prata-cobre (Sn-Ag-Cu ou SAC) são usadas por dois terços dos fabricantes japoneses para soldagem por refluxo e por onda, e por cerca de 75% das empresas para soldagem manual. O uso generalizado desta família popular de ligas de solda sem chumbo é baseado no baixo ponto de fusão do eutético ternário Sn-Ag-Cu (217 °C; 423 °F), que está abaixo do eutético 22/78 Sn-Ag (% em peso) de 221 °C (430 °F) e do eutético 99,3/0. O ternário Sn-Ag-Cu e sua aplicação para a montagem de componentes eletrônicos foram descobertos (e patenteados) por uma equipe de pesquisadores do Laboratório Ames, da Universidade Estadual de Iowa e dos Laboratórios Nacionais Sandia-Albuquerque.
Grande parte da pesquisa recente concentrou-se na adição de um quarto elemento à solda Sn-Ag-Cu, a fim de fornecer suporte para a taxa de resfriamento reduzida do refluxo da esfera de solda para a montagem de conjuntos de grade esférica. Exemplos dessas composições de quatro elementos são 18/64/14/4 estanho-prata-cobre-zinco (Sn-Ag-Cu-Zn) (faixa de fusão 217-220 °C) e 18/64/16/2 estanho-prata-cobre-manganês (Sn-Ag-Cu-Mn; faixa de fusão 211-215 °C).
As soldas à base de estanho dissolvem facilmente o ouro, formando ligações intermetálicas frágeis; Para ligas Sn-Pb, a concentração crítica de ouro para fragilizar a ligação é de aproximadamente 4%. Soldas ricas em índio (geralmente índio-chumbo) são mais adequadas para soldar camadas mais espessas de ouro, pois a taxa de dissolução do ouro em índio é muito mais lenta. Soldas ricas em estanho também dissolvem facilmente a prata; para soldagem de metalizações ou superfícies de prata, ligas com adição de prata são adequadas; Ligas isentas de estanho também são uma opção, embora sua molhabilidade seja menor. Se o tempo de soldagem for longo o suficiente para formar intermetálicos, a superfície de estanho de uma junta soldada com ouro é muito fosca.[11].
Soldagem dura
Soldas duras são usadas para soldar e derreter em temperaturas mais altas. As mais comuns são ligas de cobre com zinco ou prata.
Na ourivesaria ou joalheria, são usadas soldas duras especiais que passam no teste. Eles contêm uma alta proporção do metal que é soldado e o chumbo não é usado nessas ligas. Essas soldas variam em dureza, que é designada como “esmalte”, “dura”, “média” e “fácil”. A solda de esmaltação possui alto ponto de fusão, próximo ao do próprio material, para evitar que a junta se dessolde durante o cozimento no processo de esmaltação. Os demais tipos de soldagem são utilizados em ordem decrescente de dureza durante o processo de fabricação de um item, para evitar que uma costura ou junta previamente soldada se solte enquanto outros pontos são soldados. Pela mesma razão, soldas fáceis também são frequentemente utilizadas para reparos. O fluxo também é usado para evitar a dessolda das juntas.
A solda de prata também é usada na fabricação para unir peças metálicas que não podem ser soldadas. As ligas utilizadas para esses fins contêm alta proporção de prata (até 40%) e também podem conter cádmio.
Ligas
Diferentes elementos desempenham funções diferentes na liga de solda:
Impurezas
As impurezas normalmente entram no depósito de solda dissolvendo os metais presentes nos conjuntos que estão sendo soldados. A dissolução de equipamentos de processo não é comum, pois os materiais são geralmente escolhidos para serem insolúveis na soldagem.[23].
Acabamentos de placa contra acúmulo de impurezas no banho de solda por onda:.