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26 PCB febbraio 2012 ▶ SPECIALE - IL REWORK E LA SALDATURA MANUALE Usura e ossidazione delle punte Il passaggio dalle leghe di saldatura con piombo alle leghe Lead Free ha influito non solo sui processi di saldatura e dissaldatura, ma anche sulla vita media delle punte che si è sensibilmente accorciata. La temperatura di lavoro ha una grande influenza sulla durata delle punte perché, al suo aumentare, il grado di corrosione aumenta esponenzialmente di Davide Oltolina delle leghe senza piombo ha influito L’introduzione pesantemente non solo sulle procedure di saldatura manuale, ma anche sulla durata delle punte che si è sensibilmente accorciata. La maggiore percentuale di stagno contenuta nelle leghe LF e un più alto punto di rifusione le rendono estremamente aggressive nella loro duplice azione di corrosione (azione chimica) e abrasione (azione meccanica) e causa di Fig. 1 - Lana metallica per la pulizia a secco delle punte un evidente accorciamento della vita media delle punte. Gli inconvenienti più comuni sono la perforazione del rivestimento esterno e conseguentemente del cuore in rame e la mancata bagnabilità dell’area di lavoro della punta. Nelle leghe lead free il contenuto in stagno supera di oltre il 30% quello contenuto nelle leghe a base di piombo, questo ha portato a considerevoli aumenti nell’usura delle punte dei saldatori. L’effetto della fortissima azione di erosione esercitata dallo stagno sulla superficie delle punte incide sul rivestimento ferro, azione fortemente influenzata dalle più alte temperature di lavoro spesso utilizzate. L’attuale tecnologia metallurgica utilizzata nella costruzione delle punte, consente solo di aumentare gli spessori dei trattamenti galvanici per tutelare il cuore della punta in rame ed evitarne una fine prematura; va comunque considerato che c’è un limite oltre il quale un eccesso di deposito galvanico di ferro pregiudicherebbe la conduzione termica. Per le leghe LF maggiormente in uso si può affermare che il loro punto di rifusione sia maggiore di circa 30 °C rispetto alle leghe Sn/Pb, ma contrariamente all’idea corrente nelle operazioni di saldatura manuale non è necessario impostare le temperature dei saldatori a livelli superiori rispetto a quelle già utilizzate precedentemente. La temperatura ideale di lavoro va mantenuta attorno ai 380 °C, adattandola di volta in volta alle diverse
masse termiche in gioco, ma tenendo comunque sempre presente che è bene che la temperatura utilizzata sia la più bassa possibile. Tra le principali variabili di un processo di saldatura manuale rientra la corretta scelta della punta. Compatibilmente con la dimensione dei giunti di saldatura su cui lavorare, la punta deve essere la più grande possibile. C’è un’analogia che illustra bene il concetto: come in un rubinetto maggiore è la bocca e maggiore il fl usso d’acqua che ne esce, così per un saldatore più grande è la punta e maggiore è il fl usso di calore che è in grado di convogliare sul giunto. La trasmissione del calore sarà tanto più effi cace quanto più sarà appropriata la pulizia e la manutenzione che garantisca una buona bagnabilità alla punta. La punta Le punte del saldatore a prima vista si presentano come oggetti semplici, con un corpo unico, in realtà sono composte da varie parti. Il cuore è costruito in rame, ha il compito di fare da ponte tra la sorgente di temperatura del saldatore e il giunto di saldatura; gli è richiesta una elevata conducibilità termica e per questa ragione è questo scelto il rame che oltre a essere un buon conduttore di corrente è anche un buon conduttore di calore. Il rame è rivestito galvanicamente con una protezione in ferro, questa camicia ha il compito di fornire una elevata resistenza all’usura e consentire parallelamente di avere una ottima bagnabilità. La conducibilità termica del ferro è inferiore a quella del rame (di circa cinque volte) per cui il suo spessore è studiato per mediare le due caratteristiche richieste: dare un buon grado di protezione senza ridurre la conducibilità termica della punta. Fig. 2 - Sezione di una punta con cuore in rame, rivestimento in ferro e cromatura esterna Segue un rivestimento in cromo galvanico, che ha il compito di delimitare l’area bagnabile, ovvero l’area di lavoro della punta che di conseguenza richiede di essere pulita e sempre stagnata, per preservare la bagnabilità della punta e l’effi cienza nel trasferire il calore. La bagnabilità della punta è garantita dalla formazione di una fase intermetallica di pochi micron tra il ferro di rivestimento e lo stagno della lega saldante. Per la diffi coltà insita nel processo che porta al rivestimento, la geometria della punta infl uenza lo spessore del rivestimento perché più è fi ne la punta e più problematico diventa il deposito galvanico di ferro sul rame. Come detto il maggiore spessore del rivestimento in ferro riduce (rallentandola) la conducibilità termica. Le punte molto fi ni hanno la superfi - cie di lavoro composta dal solo strato ferro-galvanico; in punta quindi non è presente il rame e questo fatto ostacola un ottimale trasferimento del calore. Lo spessore del rivestimento è di circa 150 μm per le punte più fi ni, nella ricerca di un equilibrio ottimale tra durata e prestazioni. Usura e ossidazione A seguito dell’utilizzo la punta si consuma. La punta è la parte del saldatore naturalmente soggetta a usura, pertanto il suo consumo non è necessariamente un difetto. L’usura della punta signifi ca che lo strato di ferro che protegge il cuore in rame si assottiglierà fi no a scomparire. Il rame quindi, non più adeguatamente protetto, diventa in breve tempo solubile nella lega saldante, presentando i tipici crateri che ne decretano il fi ne vita. Pertanto la durata di una punta saldante è strettamente correlata allo spessore della camicia di protezione in ferro, il cui spessore varia dai 150 μm ai 500 μm, e della temperatura d’esercizio che salendo accelera i processi di usura risultanti dalla combinazione di tre diff erenti fenomeni: reazione chimica (corrosione), azione metallurgica (migrazione) e stress meccanico (abrasione). Pertanto quanto prima il rivestimento ferroso si consuma, tanto più la vita della punta si accorcia e si evidenziano le forature della superfi cie bagnabile. PCB febbraio 2012 27
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