Guide des matériaux et types de soudure

Guide des matériaux et types de soudure

Fil de soudure

Figure 1 : Fil de soudure

La soudure est un alliage à bas point de fusion ; elle lie de manière permanente deux ou plusieurs surfaces métalliques. Il existe différents types de soudures, à base de plomb, sans plomb et à base d'argent, chacune ayant des propriétés et des avantages uniques. Le choix du type de soudure et du flux appropriés est essentiel pour garantir la solidité, la durabilité et la pérennité du joint. Cet article explore les différents types de soudure, leurs caractéristiques et leurs applications.

Table des matières

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Types de soudure

Il est important de comprendre les différents types de soudure et leurs propriétés pour s'assurer que le joint de soudure peut résister aux contraintes environnementales et mécaniques auxquelles il sera exposé.

  • Dans les applications où le joint est soumis à des températures élevées, il est essentiel de choisir une brasure à point de fusion élevé pour éviter que le joint ne fonde ou ne s'affaiblisse. Par exemple, la soudure à l'argent a un point de fusion compris entre 630 𐩑C et 825 𐩑C (1136 - 1517 𐩑F), et elle est couramment utilisée dans les applications à haute température.
  • Les applications nécessitant des joints à haute résistance, comme dans l'aérospatiale ou l'automobile, requièrent des soudures plus résistantes à la traction et au cisaillement, comme la soudure étain-plomb.
  • Pour les applications impliquant des composants électroniques délicats, il est préférable d'utiliser des soudures à basse température et à faible point de fusion (comme la soudure bismuth-étain et la soudure à l'indium) afin d'éviter les dommages causés par la chaleur.

En choisissant le bon type de soudure, vous pouvez garantir une connexion solide, fiable et durable qui répondra aux exigences spécifiques de votre application.

Soudure à base de plomb

Les soudures à base de plomb contiennent du plomb comme l'un de leurs principaux composants. La soudure étain-plomb, la plus courante, contient environ 60 % d'étain et 40 % de plomb. L'étain est ajouté en raison de son point de fusion plus bas. En outre, le plomb empêche la croissance des whiskers d'étain (de petites protubérances ressemblant à des cheveux, appelées whiskers, se développent à la surface de l'étain, ce qui entraîne des courts-circuits). La soudure au plomb a été largement utilisée dans diverses applications, notamment l'électronique, la plomberie et le travail des métaux.

  • Avantages : Il y a de multiples raisons de choisir la soudure à base de plomb :
    • Point de fusion plus bas que les types sans plomb
    • Bonne fluidité (la soudure s'étale et adhère facilement aux surfaces à souder, formant un joint lisse et uniforme)
    • Plus facile à travailler
    • Plus rapide à porter à la température de travail
    • Faible coût
    • Inconvénients : En raison des inquiétudes concernant les risques potentiels pour la santé liés à l'exposition au plomb, de nombreux pays ont interdit ou restreint l'utilisation de soudures au plomb dans certaines applications, en particulier celles qui impliquent de l'eau potable ou des aliments. Dans de nombreux cas, des alternatives sans plomb sont désormais utilisées.

Soudures sans plomb

L'EPA (Environmental Protection Agency) a établi des règles pour l'utilisation de tuyaux, de raccords, d'accessoires, de soudures et de flux sans plomb pour l'eau potable, exigeant un maximum de 0,2 % de plomb pour les soudures et les flux. La soudure sans plomb contient généralement une combinaison de métaux tels que l'étain, le cuivre, l'argent et parfois de petites quantités d'autres métaux.

  • Avantages : L'utilisation de soudures sans plomb présente de nombreux avantages, notamment la réduction de l'impact sur l'environnement et l'amélioration de la sécurité des travailleurs qui manipulent les soudures. En outre, de nombreux pays ont des réglementations qui exigent l'utilisation de soudures sans plomb dans certaines applications, en particulier celles liées à l'eau potable ou à l'alimentation.
  • Inconvénients : L'un des défis posés par les soudures sans plomb est qu'elles nécessitent souvent des températures de fusion plus élevées que les soudures à base de plomb. Cela peut rendre son utilisation plus difficile, car il peut endommager les composants électroniques s'il n'est pas utilisé correctement. En outre, la soudure sans plomb peut avoir des propriétés physiques et mécaniques légèrement différentes de celles de la soudure à base de plomb, ce qui affecte son adéquation à certaines applications.

Soudure à flux

La soudure à flux contient un noyau de flux à l'intérieur du fil de soudure. Le flux est un matériau qui permet de nettoyer et de préparer les surfaces métalliques à assembler en éliminant les oxydes, les contaminants et autres impuretés. Il facilite également l'écoulement de la soudure en fusion en réduisant la tension superficielle et en empêchant l'oxydation pendant le processus de soudure.

Le noyau du flux à l'intérieur du fil de soudure comprend un mélange de composés organiques et inorganiques conçus pour réagir avec les surfaces métalliques lorsqu'elles sont chauffées au cours du processus de soudure. Il existe deux formes de soudures avec flux.

  • Noyau de colophane : La soudure à âme de colophane contient un flux à base de colophane à l'intérieur du fil de soudure. La colophane est une résine naturelle dérivée des pins et couramment utilisée comme fondant dans l'électronique et d'autres applications. Le flux de colophane n'est pas corrosif et laisse un résidu facile à nettoyer, ce qui en fait un choix populaire pour les applications délicates.
  • Carottes acides : La soudure à âme acide contient un flux acide à l'intérieur du fil de soudure. Le flux acide est généralement fabriqué à partir d'acide chlorhydrique ou de chlorure de zinc et est utilisé pour souder des métaux tels que le cuivre, le laiton et le zinc. Le flux acide est corrosif et peut endommager d'autres métaux. Il est donc essentiel de ne l'utiliser que sur des métaux sélectionnés et de nettoyer les surfaces après le brasage.

Lorsque le fil de soudure fond, le noyau de flux est libéré et nettoie les surfaces à assembler. Cela facilite l'écoulement de la soudure et crée une liaison plus forte et plus fiable.

  • Avantages : La soudure à flux élimine la nécessité d'appliquer un flux séparé, ce qui permet d'économiser du temps et des efforts. Il est utile pour le brasage dans les zones difficiles d'accès, ou lorsqu'il est impossible d'appliquer le flux séparément.
  • Inconvénients : Le flux contenu dans l'âme du fil de soudure peut ne pas être suffisant pour certaines applications, en particulier celles qui impliquent des joints plus importants ou plus complexes. En outre, il peut laisser un résidu qui peut nécessiter un nettoyage supplémentaire une fois le processus de soudure terminé.
Soudure d'un circuit imprimé à l'aide d'un fil

Figure 2 : Soudure d'un circuit imprimé à l'aide d'un fil

Facteur de forme

La soudure se présente sous plusieurs formes : fil, soudure préformée, pâte et poudre. Le choix entre ces types de soudure exige un examen approfondi des caractéristiques et de l'application de chaque type, comme le montre le tableau 1.

Caractéristiques Fil de soudure Brasage des préformes Pâte à braser
Apparence Fil métallique fin recouvert d'un matériau de flux Morceaux de soudure prédécoupés Mélange de soudure métallique finement pulvérisée et de flux.
Comment l'utiliser ? Coupez le fil de soudure à la longueur souhaitée et faites-le fondre à l'aide d'un fer à souder ou d'une autre source de chaleur. Placer la préforme sur les surfaces métalliques à assembler, puis chauffer les composants à une température supérieure au point de fusion de la soudure. La pâte à braser est généralement appliquée sur les plages d'un circuit imprimé à l'aide d'un pochoir, ce qui permet un placement précis et un contrôle de la quantité de pâte à braser utilisée. Une fois la pâte à braser appliquée, les composants électroniques sont placés sur les plots. L'ensemble est chauffé dans un four à refusion pour faire fondre la soudure et créer une connexion électrique permanente.
Avantages Facile à utiliser, convient à une variété d'applications, peut être utilisé avec différents types de flux. Les préformes permettent un contrôle précis de la quantité de soudure utilisée dans chaque joint, ce qui contribue à réduire les déchets et à améliorer la cohérence. Ils éliminent la nécessité d'utiliser des flux salissants et peuvent contribuer à réduire les vides de soudure et autres défauts dans le produit fini. Permet de souder simultanément plusieurs composants, ce qui permet de gagner du temps et d'améliorer l'efficacité de la production. La pâte à braser est également idéale pour les circuits imprimés à haute densité, où le brasage traditionnel à fil peut s'avérer peu pratique.
Limites Contrôle limité de la quantité de soudure appliquée peut être salissant et peut nécessiter un flux supplémentaire. Les préformes doivent être correctement placées et alignées sur les surfaces métalliques avant d'être chauffées. Cela nécessite une attention particulière aux détails et des équipements spécialisés, tels que des machines de prélèvement et de placement ou des équipements d'assemblage automatisés. La pâte à braser doit être manipulée et stockée avec soin pour éviter le dessèchement ou la contamination du flux, ce qui peut affecter la qualité des joints de soudure.
Application Travaux de soudure et de réparation d'usage général Assemblage automatisé et configuration précise des joints Composants à pas fin et technologie de montage en surface

Tableau 1 : Comparaison de différents types de soudure en fonction de leur facteur de forme (caractéristiques physiques)

Qu'est-ce que la soudure à froid ?

Une soudure froide se produit lorsque la soudure fond partiellement en raison d'un chauffage insuffisant. Les articulations froides sont dures et irrégulières, ce qui rend l'articulation instable. Dans ce cas, réchauffez la jonction jusqu'à ce que la soudure coule à nouveau. Assurez-vous également que le fer à souder est bien préchauffé et qu'il fonctionne à la bonne puissance.

Qu'est-ce qu'une mèche de soudure ?

Une mèche de soudure, également appelée tresse de dessoudage ou mèche de soudure, est un fil de cuivre tressé utilisé pour retirer l'excédent de soudure d'une carte de circuit imprimé ou d'un composant électronique. Le fil de cuivre tressé de la mèche à souder est enduit de flux, ce qui permet d'éliminer la soudure du joint ou du composant sur lequel on travaille.

Pour utiliser une mèche à souder, placez le fil tressé sur le joint ou le composant et chauffez-le avec un fer à souder. Lorsque la soudure fond, elle est aspirée par capillarité dans le fil tressé, ce qui permet de l'éliminer du joint ou du composant.

La mèche de soudure est particulièrement utile pour éliminer l'excès de soudure ou la soudure non désirée, par exemple pour corriger un pont de soudure (lorsque deux connexions ou plus sont accidentellement reliées par un excès de soudure) ou lors du remplacement d'un composant. Il est également couramment utilisé lors de la récupération de composants électroniques provenant d'appareils anciens ou endommagés, car il permet d'enlever la vieille soudure pour faire place à de nouvelles connexions.

Mèche à souder

Figure 3 : Mèche à souder

Critères de sélection

Lors de la sélection d'une soudure adaptée à une application particulière, plusieurs critères essentiels doivent être pris en compte.

  1. Exigences en matière d'application et de résistance des joints :
  • Choisissez une soudure à base de plomb ou sans plomb si l'application concerne l'électronique, la plomberie et la fabrication de bijoux.
  • La soudure avec flux est utilisée en électronique et dans d'autres applications de précision, où les joints doivent être solides, propres et exempts de défauts.
  • Tenez compte des exigences de résistance du joint soudé. Cela permettra de déterminer le type d'alliage de soudure et le flux qui apporteront la résistance et la durabilité nécessaires. Par exemple, les soudures à l'argent ont généralement une teneur en argent supérieure à 45 % et peuvent être à base de plomb ou sans plomb. Il est particulièrement avantageux pour les joints mécaniques en raison de sa résistance supérieure à celle de la soudure standard. Toutefois, en raison de son point de fusion relativement élevé, la soudure à l'argent n'est pas adaptée à l'assemblage de métaux à faible point de fusion.
  1. Compatibilité : La soudure doit être compatible avec les matériaux à assembler et avec tout revêtement ou traitement de surface de ces matériaux. Par exemple, la température de fusion de la soudure doit être inférieure à la température de fusion des matériaux à assembler ; sinon, les matériaux risquent de fondre ou d'être endommagés pendant le processus de soudure. En outre, la composition chimique de la soudure doit être compatible avec les matériaux assemblés et avec tout revêtement ou traitement de surface de ces matériaux. Par exemple, certains métaux peuvent réagir avec certains produits chimiques contenus dans la soudure et provoquer de la corrosion ou d'autres dommages.
  2. Point de fusion : Le point de fusion de la soudure doit être inférieur au point de fusion des matériaux à assembler. Cela évitera d'endommager les matériaux et garantira que la soudure s'écoule correctement pendant le processus de soudage.
  3. Facteurs environnementaux : Tenez compte des conditions environnementales auxquelles le joint sera exposé, telles que la température, l'humidité et l'exposition aux produits chimiques. Les soudures à base de plomb peuvent être nocives pour l'environnement si elles ne sont pas éliminées correctement et peuvent faire l'objet de restrictions ou d'interdictions dans certaines régions en raison de réglementations environnementales. Si les considérations environnementales sont une priorité, la soudure sans plomb ou la soudure à cœur avec flux peut être un meilleur choix.
  4. Facilité d'utilisation : La soudure et le flux doivent être faciles à utiliser et le processus de soudure doit être simple et reproductible. Ceci est particulièrement important pour les applications de production en grande quantité. La brasure à flux, par exemple, contient un flux à l'intérieur du fil de soudure, ce qui peut simplifier le processus de soudage en éliminant la nécessité d'une application séparée de flux.
  5. Conformité réglementaire : Assurez-vous que la soudure répond aux exigences réglementaires pertinentes, telles que les réglementations RoHS (Restriction of Hazardous Substances) ou REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals).
  6. Coût : Enfin, il faut tenir compte du coût de la soudure et du flux, ainsi que des exigences en matière d'équipement ou de processus. Bien que le coût ne doive pas être le seul facteur pris en compte, il est important dans de nombreuses applications.

Lisez notre article sur le soudage pour savoir, étape par étape, comment souder un composant sur une carte électronique.

FAQ

De quoi est faite la soudure ?

La composition de la soudure peut varier en fonction de l'usage auquel elle est destinée, mais elle est généralement constituée d'un mélange de métaux tels que l'étain, le plomb, l'argent ou le cuivre.

L'acier inoxydable peut-il être soudé ?

Oui, l'acier inoxydable peut être soudé, même si cela peut être difficile en raison de sa grande résistance à l'oxydation et de sa faible conductivité thermique. Utilisez une soudure dont le point de fusion est inférieur à celui de l'acier. Choisissez également un fer à souder qui fonctionne à des températures plus élevées.

Quelle est la différence entre le flux de soudure et la pâte à souder ?

Le flux de soudure est utilisé pour nettoyer la surface métallique, réduire la tension superficielle et protéger le joint de l'oxydation, tandis que la pâte à braser est utilisée pour assembler les composants à un circuit imprimé en faisant fondre la soudure dans la pâte.

Quelle est la différence entre la pâte à souder et le fil de soudure ?

Un fil à souder est un fil fin fait d'un alliage métallique qui combine deux surfaces métalliques en faisant fondre le fil à l'aide d'un fer à souder. La pâte à braser est un mélange de poudre d'alliage métallique et de flux en suspension dans une substance pâteuse.

Quel est le matériau utilisé dans un fil de soudure ?

Les matériaux courants du fil de soudure sont l'étain, le plomb, l'argent ou le cuivre. Du flux est souvent ajouté au fil de soudure pour éliminer l'oxydation et les impuretés et favoriser l'adhérence aux surfaces métalliques à assembler.

Qu'est-ce que la poudre de soudure ?

La poudre de soudure est une fine poudre métallique composée d'un ou plusieurs métaux tels que l'étain, le plomb et l'argent. Les poudres de soudure sont souvent mélangées à du flux.

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