ADM21...
 
Les petites annonces d'Electronique Mag...
 

Techniques

Amélioration du procédé de brasage "Sans Plomb" au fer : Fil KOKI "Anti-Erosion" S03X7C-56M

Par Philippe DAVID de COMINTEC SA.

Publication: Septembre 2007

Partagez sur
 
La réglementation RoHS nous contraint à utiliser des alliages « SansPlomb » dont le point de fusion est supérieur d’environ 35 °C aux alliages Plombés. De nombreux utilisateurs constatent des usures prématurées des pannes. Quelques règles de base et des produits appropriés* permettent d’élargir la fenêtre de procédé. (* fer à souder, fil de soudure « Anti-érosion »…)
 

Généralités sur le soudage manuel en procédé “Sans Plomb”

Le premier réflexe est d’augmenter la température, mais nous savons que l’augmentation de la température = augmentation de l’oxydation des pannes et destruction des activateurs du flux …la conclusion est simple : il faut un meilleur transfert thermique (puissance) et non une température plus élevée (KOKI recommande env. 370°C et 390 ° en limite extrême).
Pour cela, il faut des fers plus réactifs, capables de donner de la puissance de chauffe rapidement et surtout adapter au mieux la géométrie des pannes de fer. (Plus la panne est longue et fine, moins elle permet un transfert efficace de l’énergie). Attention aussi au choc thermique avec des éponges saturées !! Et penser à mettre en veille / couper les fers non utilisés.
Le préchauffage* des cartes à forte masse thermique est une solution permettant d’améliorer la soudure, cette technique était déjà utilisée en procédé Plombé. (* étuvage, étuvage + platine de préchauffage, platine de préchauffage)

Alliage « Anti-Erosion » KOKI – Augmentation de la durée de vie des pannes de fer à souder.

L’alliage Sans Plomb le plus courant est le SAC 305 (SnAg3Cu0.5) dont la teneur élevée en étain augmente les phénomènes d’érosion. Lors du soudage, l’étain (Sn) pénètre dans la panne par les µ-crevasses entre les cristaux de fer (Fe) du revêtement de celle-ci, et entraîne une érosion / dissolution du cuivre (Cu) : ce phénomène va conduire à une usure prématurée de la panne.

Contre cette érosion, une solution aurait été d’augmenter l’épaisseur du dépôt de fer, mais en raison des propriétés thermiques des métaux utilisés, le transfert thermique serait fortement affecté.

KOKI a donc développé un fil : S03X7C-56M, dont l’alliage engendre la formation d’intermétalliques Sn/Fe/Co qui vont venir protéger la surface de la panne. Ces composés se répandent sur la surface de la panne et comblent les µ-crevasses entre les cristaux grâce à l’effet du cobalt (Co) qui diminue les tensions de surface de l’étain (Sn). L’alliage Cobalt protége la surface de la panne et réduit les risques de phénomène d’érosion.

Test comparatif d’érosion – SnAg0.3Cu0.7Co0.03 / SnAg0.3Cu0.7 / SnAg3Cu0.5

Mode opératoire : Après pesée, fixer deux lames de cuivre de 10 x 120 x 1 mm sur un système mobile (type malaxeur – 30 trs / min). Positionner les lames de façon à avoir une immersion de 20 mm dans un bain d’alliage ajusté à 255 °C. Durée du test : 30 min. En fin de test, peser les échantillons et quantifier la perte de Cuivre par érosion. Répéter l’opération avec les trois alliages.

L’alliage Cobalt montre un très faible taux d’érosion : 0.04 g de Cuivre pour 2.6 g* avec SAC 305. * La partie immergée représente 3 g.

Résistance mécanique des joints – Amélioration de la fiabilité des joints !!.

La structure métallique conserve sa force grâce à l’effet de “collage” des cristaux les uns aux autres. Lorsque les cristaux sont soumis à la température, l’organisation de ces derniers est modifiée et les forces de « collage » diminuent. Sous une contrainte (charge) ce phénomène entraîne des effets de « glissement » entre les cristaux résultant en une rupture du joint.

Le fil S03X7C-56M améliore les propriétés de résistance à la fatigue en température grâce à l’action du Cobalt (Co) sur les tensions de surface et sur la structure cristalline des joints.

Les résultats donnent des temps moyens de rupture très différents en fonction du type d’alliage.
Le brasage vague sans retouche est, comme escompté, le plus performant (4,3) car il n’a pas subi le stress thermique du second brasage (retouche), les échantillons traités avec l’alliage Cobalt SnAg0.3Cu0.7Co0.03 donnent une moyenne très proche (3.9) qui est très nettement supérieure aux deux autres alliages : SAC 305 (2.0) et Sn99.3Cu0.7 (1.6). (voir graphique et tableau )

L’alliage Cobalt améliore la résistance des joints à la fatigue en température.

Conclusion : comment améliorer son procédé de soudage au fer ??

Comme évoqué dans les généralités, le choix du fer et des pannes, une limitation stricte de la température de travail … sont des éléments essentiels.

Le choix du fil KOKI S03X7C-56M apportera une indéniable amélioration de la fenêtre de procédé en raison des effets bénéfiques du Cobalt :

- réduction du phénomène d’érosion des pannes
- grande vitesse de mouillabilité de l’alliage (« libération » des tensions de surface de l’étain)
- demande d’apport thermique modéré (370 °C recommandé, avec 390 °c en limite max.)
- amélioration de la tenue mécanique des joints (fatigue / rupture en température)

http://www.comintec.fr

EchantillonsProcédé de brasageTemps de rupture en heure*
1a, 1b, 1c & 1dSAC 305 (simple brasage)4.3
2a, 2b, 2c & 2dSAC 305 + SnAg0.3Cu0.7Co0.033.9
3a, 3b, 3c, & 3dSAC 305 + SnCu0.71.6
4 a, 4b, 4c, & 4dSAC 305 + SAC 3052.0

* moyenne des 4 échantillons

Test « Creep Strength » :

Test de tenue mécanique réalisé sur échantillons brasés par vague avec alliage SAC 305.

Puis reprise avec alliage SnAg0.3Cu0.7Co0.03, SnCu0.7 et SnAg3Cu0.5 (SAC 305) : temps de reprise 3 sec.

Test de tenue mécanique sous charge de 3 kg / 175°C de 4 échantillons par type (dont échantillons de référence avec 1 x brasage vague uniquement), jusqu’à la rupture.

Suivez Electronique Mag sur le Web

 

Newsletter

Inscrivez-vous a la newsletter d'Electronique Mag pour recevoir, régulièrement, des nouvelles du site par courrier électronique.

Email:

Farnell - Des prix réduits aujourd'hui en ligne...