Desgaste da ponta do ferro de solda - Causas, efeitos e medidas para reduzi-la

No processo de soldagem manual de placas eletrônicas, a ponta do ferro de solda é a ferramenta principal para garantir uma junta de solda funcional e confiável. Obviamente que temos muitas outras variáveis, como o tipo do fio de solda, o modelo da estação, a temperatura a ser configurada na estação, o método de soldagem dentre outras, porém neste blog, focaremos na ponta de ferro de solda, mais precisamente no seu desgaste. Para ver mais detalhes sobre as outras variáveis acesse o blog sobre técnicas de soldagem manual de placas eletrônicas.

A ponta de ferro de solda é constituída de camadas, basicamente sendo cobre, ferro, cromo e estanho, conforme a figura 1. O núcleo de cobre é responsável pela condução térmica desde a estação até a ponta de contato com a placa, revestido por uma camada de ferro. Essa camada de ferro protege o cobre e da resistência mecânica. O estanho é o elemento responsável pela molhagem da solda contribuindo na formação do composto intermetálico que garante a união metalúrgica entre placa e os componentes. De acordo com o fabricante da ponta estas camadas podem mudar, mas em linhas gerais ela traz essa composição.

É muito comum durante nossos treinamentos e consultorias, ouvirmos as pessoas se queixarem de pontas de ferro de solda que duram pouco, de trocas frequentes das pontas e até mesmo de queda na produtividade ou qualidade da soldagem ao utilizar certos tipos de ponta. Você já parou para pensar por que isso acontece? A razão é simples: Os metais que compõe as camadas da ponta e principalmente o ferro, se dissolvem durante a soldagem através do processo chamado de difusão.

Durante a soldagem, a ponta do ferro aquece a solda até sua fusão. A solda líquida entra em contato com a superfície metálica do terminal do componente, do pad de cobre da placa e com a própria ponta do ferro. Neste momento, não ocorre apenas uma "conexão" mecânica entre os metais da placa e os componentes. O que acontece é uma interação metalúrgica, na qual átomos dos diferentes metais começam a se movimentar e se misturar na região de contato. Logo, os átomos que compõem as camadas de estanho e ferro da ponta, se soltam na junta de solda formada na placa.

Ao longo dos ciclos de soldagem, essa perda de átomos vai causando o que chamamos de Erosão da Ponta do Ferro de Solda, e gera o aspecto de ponta deformada e gasta que estamos acostumados e ver, ilustrados conforme a figura 2, através de uma foto e de um corte metalográfico feito na própria ponta.

Obviamente que a qualidade da ponta do ferro de solda influencia diretamente neste processo de erosão, mas o questionamento principal que devemos fazer é: Eu estou utilizando a minha ponta de ferro de solda adequadamente? Para responder a essa pergunta, vamos trazer três pontos de alerta para serem verificados no processo.

1- Elevadas Temperaturas
Durante o processo de soldagem, quanto mais elevada a temperatura da ponta do ferro de solda, maior será o processo de dissolução dos metais explicada anteriormente. Isso significa que a ponta irá perder material mais rápido e consequentemente haverá maior erosão dela, conforme vemos na figura 3:

2- Tipo de ponta de ferro utilizada
A seleção da ponta adequada à geometria do pad e terminal do componente, assim como o formato da ponta tem efeito positivo ou negativo, tanto na qualidade da junta de solda formada, quanto na vida útil da ponta.
Isso ocorre, porque quando a ponta de ferro não é selecionada adequadamente, a transferência de calor para aquecer o pad / terminal e fazer a fusão do fio de solda não ocorre com a temperatura correta, já que a área de contato entre ponta e pad / terminal será pequena, conforme ilustrado na figura 4. Logo, o operador tende a fazer duas coisas: Aumentar a temperatura da estação, ou aumentar o tempo de permanência do ferro em contato com o pad. Em qualquer uma destas situações, a ponta será desgastada com mais intensidade do que o necessário para soldar.
Além disso, caso a ponta selecionada seja menor do que o necessário, ela irá se desgastar mais rápido, pois quanto menor a ponta, menores serão suas camadas internas, conforme demonstrado na figura 1 deste blog.

3- Tipo do fio de solda utilizado
O terceiro elemento que trazemos para afetar a vida útil do ferro de solda é o tipo do fio selecionado. Ao falarmos sobre o fio de solda, temos duas grandes variáveis: a liga do metal e o tipo de fluxo.
Fios de solda com composição Lead-Free, como o tradicional SAC305 desgastam mais a ponta do ferro de solda que os fios com composição estanho-chumbo. Esta característica infelizmente não pode ser mudada, pois trata-se de um resultado de reações metalúrgicas entre os elementos em questão. Além disso, as temperaturas para soldagem com ligas Lead-Free são mais altas que para soldagem estanho-chumbo. Porém, ao falarmos do tipo de fluxo, podemos atuar na seleção de fios adequados.
Por que o tipo do fluxo interfere no desgaste da ponta? O fluxo presente no fio ou em muitos casos adicionado externamente para facilitar a soldagem, caso não seja o mais adequado irá dificultar o processo, pois fluxo inadequado retarda o efeito de molhagem da solda. Isso faz com que o operador aumente o tempo de contato e / ou temperatura, com isso a difusão entre os metais da ponta e da solda aumentam e consequentemente gera um maior desgaste da ponta, prejudicando a molhagem e fazendo com que o operador tente aumentar mais a temperatura ou tempo de contato, gerando assim um ciclo vicioso que irá terminar somente quando a ponta estiver totalmente inutilizada e necessitando a troca da mesma para começar o mesmo ciclo novamente.

As principais dicas para aumentar a vida útil da ponta de ferro de solda
Considerando os três principais fatores para desgaste da ponta do ferro de solda destacados neste blog, deixaremos algumas dicas importantes e que se praticadas no dia a dia irão resultar em melhor performance da ponta, tanto da ótica da produtividade e qualidade quanto do tempo de vida-útil. São dicas bem simples:

1. Ao definir o processo de soldagem, busque a menor temperatura possível para a ponta do ferro de solda. Isso irá reduzir a erosão pela difusão dos metais.
2. Verifique diariamente as temperaturas do ferro de solda, para garantir que a temperatura na ponta está correta, utilizando o termômetro verificado de temperatura de ferro de solda, devidamente calibrado.
3. Sempre limpe a ponta antes de colocá-la no suporte novamente. O resíduo de fluxo e metais do fio de solda sobre a ponta irá acelerar o processo de erosão.
4. Ao definir o processo, selecione a ponta de melhor geometria e tamanho para o pad a ser soldado. Isso irá melhorar a transferência de calor e reduzir a necessidade de elevadas temperaturas ou tempos de contato o ferro com a placa.
5. Use o mínimo de força possível ao soldar. Atrito entre a ponta e placa irão causar danos à placa e ponta. Lembre-se que o que faz a soldagem acontecer não é pressão e sim temperatura ideal.
6. Desligue a estação de solda sempre que não a estiver utilizando. Isso irá reduzir o processo de oxidação da ponta.
7. As pontas não devem ser usadas como alavancas ou chaves de fenda, pois isso irá rachar o revestimento dela, reduzir a vida útil e até mesmo fazer com que alguns tipos de dicas parem de funcionar.
   

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