MX2014010010A - Metodo para realizacion tecnologicamente optimizada de uniones soldadas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un método para la realización de uniones soldadas de manera tecnológicamente optimizada, en particular de uniones soldadas libres de plomo. Al menos una de las partes del proceso de soldadura provee la soldadura necesaria para la unión. Se usa un fundente con la finalidad de activar la soldadura, y se lleva a cabo la conexión eléctrica y mecánica por medio de un proceso de soldadura bajo el efecto de calor y mediante la fusión de la mezcla de soldadura y fundente, incluyendo una etapa de enfriamiento siguiente. De acuerdo a la invención, las partes del proceso de soldadura y la soldadura son calentadas a una temperatura debajo de la temperatura de activación de la soldadura en una primera etapa de tratamiento térmico. Otro proceso de calentamiento se lleva a cabo a continuación a una temperatura encima de la temperatura de activación del fundente hasta el rango superior de fusión de la soldadura en una segunda etapa de tratamiento térmico, siendo que la soldadura se funde y empieza a unirse con las respectivas partes del proceso de soldadura. Además, se incrementa la aplicación térmica previamente aplicada en un adicional 5% a 30% en una tercera etapa de tratamiento térmico con la finalidad de acelerar el comportamiento de adhesión de las partes del proceso de soldadura.

Description

MÉTODO PARA REALIZACIÓN TECNOLÓGICAMENTE OPTIMIZADA DE UNIONES SOLDADAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método para la realización tecnológicamente optimizada de uniones soldadas, en particular uniones soldadas libres de plomo, siendo que al menos una de las partes del proceso de soldar provee la soldadura necesaria para la conexión, se usa un fundente para activar la soldadura, y se lleva a cabo la unión eléctrica y mecánica por un proceso de soldar a través de la acción del calor y la fusión de la mezcla de soldadura y fundente, incluyendo la etapa de enfriamiento siguiente, de conformidad con la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Del documento DE 102 03 112 Al se conoce un método para mejorar la calidad de uniones soldadas. La propuesta referida se ocupa de la soldadura de componentes S D (dispositivos montados en superficie, por sus siglas en inglés) de superficie grande con portadores de circuitos, en los cuales las partes del proceso de soldar son conectadas entre si eléctrica y mecánicamente mediante soldadura por fusión. Para la activación de la soldadura se emplea un fundente.

En el documento DE 102 03 112 Al se llama la atención sobre la problemática de los componentes orgánicos de la pasta de soldadura. Componentes no consumidos en la activación química de las partes del proceso de soldar pueden distribuirse durante el evento de soldar en la unión soldada y en su derredor. Los componentes orgánicos que permanecen dentro de la unión soldada en gestación se forman durante el evento de soldaduras en burbujas llenas de líquido o vapor y suben a causa de su sustentación en las regiones superiores de la unión soldada. La consecuencia de esto es que las burbujas chocan durante el paso por una estufa de soldadura, dependiendo de la posición del módulo constructivo a las conexiones de componentes generalmente extendidas o a las superficies de las caras inferiores de los componentes. Semejantes burbujas producen defectos en el contacto soldado, i.e., la función eléctrica y mecánica de la unión soldada sufre menoscabo. Para evitar esta desventaja puede modificarse el diseño de las partes de la unión, por ejemplo, modificando la forma o la posición de una laca de soldadura en derredor del punto de soldadura para evitar el aforamiento de las burbujas salientes. Se intentó también realizar una modificación del perfil de fusión, siendo que un incremento más lento o más rápido de las temperaturas y una modificación de la temperatura pico da tiempo a las burbujas para subir y salir lateralmente del metal fundido.

Pero una desventaja es aquí la mayor carga térmica a que se expone el módulo constructivo.

Para mejorar la calidad de las uniones soldadas, DE 102 03 112 Al propone como solución cambiar las partes del proceso de soldar al menos durante el evento de fusión de la pasta de soldadura a un ángulo inclinado definido con relación al plano normal. Las partes del proceso de soldar deben transportarse además repetidas veces a través de la estufa de soldadura.

Las medidas precedentes ciertamente muestran mejoras en cuanto a la reducción del número de defectos, pero la secuencia tecnológica se complica y se incrementa el tiempo de ciclo de los eventos de soldadura correspondientes .

En conexiones eléctricas que deben ser soldadas sobre estructuras de vidrio, sobre todo sobre cristales en automóviles, se usaron hasta ahora materiales de cobre. El material de cobre como elemento de conexión tiene, sin embargo, la desventaja de que su expansión en cambios de temperatura tiene un comportamiento diferente de la del vidrio a causa de los coeficientes de expansión correspondientes .

El estrés mecánico que se presenta en consecuencia puede producir roturas en el cristal. Estos efectos negativos se compensaron hasta ahora mediante el uso de aleaciones de soldadura especiales y dúctiles, conteniendo plomo. Existe, sin embargo, de manera creciente la exigencia de prescindir del plomo, i.e. de usar aleaciones de soldadura libres de plomo, lo que, sin embargo, conlleva el surgimiento de problemas tecnológicos.

En principio es posible considerar como materiales que tienen un coeficiente de expansión similar a vidrio para vehículos, entre otras, las aleaciones de hierro y níquel y aceros nobles. Pero la conductividad térmica de estos materiales es claramente inferior a la de cobre. El calentamiento de una conexión eléctrica producida e.g. como aleación de níquel, incluyendo la aleación de soldadura, por lo tanto requiere de un tiempo de ciclo más largo y/o más energía térmica.

El resultado de esto es un efecto de atenuación del transporte de calor, i.e., la energía se disipa, partiendo de la fuente de calor, significativamente más lento al sumidero de calor, i.e., a la pasta de soldadura y la superficie de contacto correspondiente en el cristal.

Además, el punto líquidus de aleaciones libres de plomo, siendo de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 170°C, es significativamente más bajo que el de aleaciones conteniendo plomo, ubicándose éste en el rango entre 200 °C y 300°C.

De lo anterior se desprende, por consiguiente, mayores inversiones en la ejecución del proceso de soldadura en el sentido de un uso más grande de energía, de tiempo de trabajo y como resultado una limitación de la capacidad de máquina. Por último existe el riesgo de rotura del vidrio que no ha de menospreciarse. Resulta además que la sensibilidad de rotura del vidrio que se emplea usualmente en el campo automotor limita las posibilidades en cuanto a diferencias mayores de temperatura de aprovechar la medida, en sí obvia, de incrementar la energía térmica, i.e. la potencia en este sentido.

Soldaduras libres de plomo se unen además con sustancialmente menos facilidad con las superficies de contacto conductivas usualmente aplicadas en el material de vidrio, e.g. en forma de una impresión de plata. Es difícil que se formen las gargantas de soldadura y existe el riesgo de que la soldadura salpique o se formen perlas de soldadura, lo que a su vez conlleva una menor resistencia mecánica y eléctrica entre las partes del proceso de soldadura .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN A partir de lo precedente, el problema del que se ocupa la invención es indicar un método perfeccionado para la realización tecnológicamente optimizada de uniones soldadas, en particular de uniones soldadas libres de plomo, siendo que al menos uno de los parámetros de soldadura provee la soldadura necesaria para la unión, empleándose un fundente para la activación de la soldadura y realizándose la unión eléctrica y mecánica a través de un proceso de soldadura por medio de la acción de calor y la fusión de la mezcla de soldadura y fundente, incluyendo la fase de enfriamiento posterior, reduciéndose además el riesgo de una rotura de vidrio y se puede evitar en general un incremento del tiempo de ciclo en comparación con los métodos usados hasta ahora.

La solución del problema se lleva a cabo a través de una enseñanza de conformidad con la reivindicación 1, representando las reivindicaciones subordinadas al menos acondicionamientos convenientes y perfeccionamientos.

En el método inventivo para la realización tecnológicamente optimizada de uniones soldadas, en particular uniones soldadas libres de plomo, al menos una de las partes del proceso de soldar provee la soldadura necesaria para la unión. Esto se hace, por ejemplo, de la manera que se aplicó previamente soldadura libre de plomo sobre una virola de cable o un pie de soldadura. Se usa además un fundente que ya está contenido en la soldadura o que puede aplicarse por separado.

La unión soldada, propiamente hablando, se produce a través de un proceso de soldar por medio de la acción de calor y la fusión de la mezcla de soldadura y fundente, seguido por enfriamiento y solidificación.

Las partes del proceso de soldar y la soldadura se calientan inventivamente en una primera etapa de tratamiento térmico hasta una temperatura debajo de la temperatura de activación de la soldadura y del fundente.

A esta etapa sigue una segunda etapa de tratamiento térmico en la cual se lleva a cabo un calentamiento adicional a una temperatura encima de la temperatura de activación del fundente hasta el rango superior del intervalo de fusión de la soldadura. En esta etapa se funde la soldadura y empieza a unirse con las respectivas partes del proceso de soldar.

Para acelerar el comportamiento de adhesión de los parámetros de unión se lleva a cabo durante el proceso de soldadura en una tercera etapa de tratamiento térmico un incremento adicional de la potencia térmica o energía aplicada hasta ahora de 5% a 30%.

Una de las partes del proceso de soldar es una superficie metálica aplicada sobre un material de vidrio, en particular una superficie de contacto de impresión de plata, e.g. para una conexión de campo de calefacción o de antena de un vehículo automotor.

Otra parte del proceso de soldar es un medio de conexión eléctrica que consiste preferentemente de una aleación de hierro y níquel. Como conexiones eléctricas pueden usarse virolas de cable, puentes de soldadura o pies de soldadura. El medio de conexión eléctrica preferido representa una virola de cable de conformidad con el documento DE 20 2008 015 165 Ul. La manifestación del documento DE 20 2008 015 165 Ul se declara presentemente objeto de la presente enseñanza. Lo mismo vale para la manifestación de conformidad con el documento DE 20 2011 100 906 Ul.

El rango de temperatura de la primera etapa de tratamiento se ubica en una modalidad preferente esencialmente entre 80°C y 120°C. El rango de temperatura de la segunda etapa de tratamiento térmico se ubica en una modalidad preferida esencialmente entre >120°C y 200°C.

Las etapas de tratamiento térmico mencionados en lo precedente terminan cuando se cuente o se detecte la formación de una garganta de soldadura uniforme entre las partes del proceso de soldar.

La enseñanza inventiva sirve, por consiguiente, para mejorar la adhesión de la soldadura en la superficie de contacto impresa de plata y reduce el estrés del material de base, i.e. del vidrio, a causa de un cambio repentino de temperatura.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se explica a continuación con más detalle por medio de un ejemplo de modalidad y con la ayuda de figuras.

Para esto muestran: Fig. 1 una sección transversal a guisa de ejemplo y una vista de plano de un terminal de cable con virola de cable como parte de unión a guisa de ejemplo, siendo el terminal de cable un haz de cobre que fue prensado con la virola de cable y teniendo, además, una superficie libre de la virola de cable un recubrimiento con soldadura libre de plomo; Fig. 2 una vista de lado y una vista de plano sobre un pie de soldadura en forma de ocho adoptado incluyendo un recubrimiento de soldadura libre de plomo presente en la cara inferior del pie de soldadura, y una representación seccionada a lo largo de la linea A-A y Fig. 3 un diagrama de la curva de potencia y energía sobre el tiempo con tres diferentes etapas de tratamiento térmico, incluyendo un evento de enfriamiento rápido al final de la etapa 3.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como partes del proceso de soldar pueden emplearse virolas de cable 1 de conformidad con la Fig. 1. Las virolas de cable 1 dan alojamiento a un extremo de haz de cobre 2 de un cable que no se muestra en la figura. El extremo de haz de cobre 2 está conectado con la virola de cable 1 preferentemente por medio de engarzado a presión.

En una cara inferior libre de la virola de cable 1 se encuentra una capa de soldadura 3 libre de plomo.

En la otra parte del proceso de soldar, formada como pie de soldadura en forma de ocho (signo de referencia 4) de conformidad con la Fig. 2, también se encuentra en la cara inferior del pie de soldadura 4 una capa de soldadura 3 libre de plomo.

Las virolas de cable, e.g. como conexiones de antena de conformidad con la Fig. 1, pueden estar realizadas de acuerdo a la enseñanza de conformidad con el documento DE 20 2008 015 165 Ul . Las conexiones en forma de un pie de soldadura 4 de acuerdo a la Fig. 2 pueden estar realizadas de conformidad con la enseñanza según el documento DE 20 2011 100 906 Ul .

Las tres etapas decisivas del proceso de soldadura, tal como se representan en la Fig. 3, trascurren como sigue.

En una primera etapa se lleva a cabo un calentamiento de la conexión eléctrica, de la soldadura y de la impresión de plata debajo de la temperatura de activación del fundente y encima del punto de temperatura en que la soldadura empieza a licuarse. Aqui el sistema se calienta de manera uniforme sin difundir todavía el fundente .

En una segunda etapa se calienta el sistema a una temperatura que se ubica encima de la temperatura de activación del fundente y en la región superior del intervalo de fusión de la soldadura.

Aquí se activa el fundente y disuelve las capas de oxidación que se encuentran en la impresión de plata y en la propia soldadura. La soldadura se licúa y empieza a unirse con la aleación de la impresión de plata.

En la tercera etapa se lleva a cabo un incremento inventivo adicional de la aplicación de potencia por 5% a 30% para acelerar el comportamiento de adhesión de las partes del proceso de soldar.

La duración del tratamiento térmico termina cuando se hayan formado gargantas de soldadura uniformes.

De acuerdo a un ejemplo de modalidad de la invención, la duración de la primera etapa se ubica en el rango de 0.5 a 3 segundos, la duración de la segunda etapa en el rango de 0.5 a 4 segundos y la duración de la tercera etapa en el rango de 0.5 a 5 segundos. En otro ejemplo de modalidad preferido, la etapa 1 se extiende sobre un período de aproximadamente 1.5 a 1.8 segundos. A esto sigue la segunda etapa que, a partir del momento de arranque, i.e., el inicio de la primera etapa, se ubica en un rango >1.5 a 1.8 hasta aproximadamente 6 segundos. La siguiente tercera etapa empieza entonces después de transcurrir el sexto segundo, y dura hasta el segundo 8.5.

La curva de potencia de la primera etapa se ubica en el rango entre 150 y 350 Watt, la curva de potencia de la segunda etapa en el rango entre 160 y 400 Watt y el rango de la tercera etapa entre 170 y un máximo de 500 Watt .

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método para la realización tecnológicamente optimizada de uniones soldadas, en particular de uniones soldadas libres de plomo, proveyendo al menos una de las partes del proceso de soldadura la soldadura necesaria para la unión, empleándose un fundente para la activación de la soldadura y realizándose la conexión eléctrica y mecánica a través de un proceso de soldadura por medio de la acción de calor y la fusión de la mezcla de soldadura y fundente, incluyendo una etapa de enfriamiento siguiente, caracterizado porque las partes del proceso de soldadura y la soldadura son calentadas en una primera etapa de tratamiento térmico hasta una temperatura debajo de la temperatura de activación de la soldadura y del fundente, realizándose a continuación en una segunda etapa de tratamiento térmico un segundo calentamiento a una temperatura encima de la temperatura de activación del fundente hasta el rango superior del intervalo de fusión de la soldadura, siendo que en esto se funde la soldadura y empieza a unirse con las respectivas partes del proceso de soldadura, y realizándose además con la finalidad de acelerar el comportamiento de adhesión de las partes de proceso de soldadura en una tercera etapa de tratamiento térmico un incremento adicional de 5% a 30% de la potencia o energía aplicada hasta ahora.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una de las partes del proceso de soldadura es una superficie metálica aplicada sobre un material de vidrio, en particular una impresión de plata.

3. Método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque otra parte del proceso de soldadura es un medio de conexión eléctrico consistiendo de una aleación de hierro y níquel.

4. Método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque se emplean como medios de conexión eléctrica virolas de cable, puentes de soldadura o pies de soldadura .

5. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rango de temperatura de la primera etapa de tratamiento se ubica entre esencialmente 90° y 120°C y el rango de temperatura de la segunda etapa de tratamiento térmico se ubica entre >120°C y 200°C.

6. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tercera etapa de tratamiento térmico termina cuando se detecta una formación uniforme de gargantas de soldadura entre los parámetros de soldadura.

7. Método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las etapas de tratamiento térmico incluyen una etapa de mantenimiento de temperatura.