Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang:- 1. Mekanisme Penyolderan 2. Solder 3. Fluks yang digunakan 4. Desain Sambungan 5. Aplikasi.
Penyolderan adalah proses penyambungan bahan dengan memanaskannya pada suhu yang sesuai dan dengan menggunakan bahan pengisi yang disebut solder, yang memiliki cairan tidak melebihi 450°C dan di bawah solidus bahan dasar. Logam pengisi mengalir di antara permukaan kawin dengan aksi kapiler untuk membentuk sambungan. Solder biasanya merupakan paduan non-ferrous.
Kekuatan sambungan solder pada dasarnya berdasarkan pembentukan ikatan logam meskipun adhesi dan keterikatan mekanis juga berperan. Solder bertindak bukan dengan melelehkan logam dasar tetapi dengan melarutkan sejumlah kecilnya untuk membentuk lapisan senyawa intermetalik. Setelah sambungan solder terpengaruh, ia menyatukan bagian-bagiannya dengan gaya tarik-menarik yang sama antara atom-atom yang berdekatan seperti dalam kasus logam padat apa pun.
Mekanisme Solder:
Proses penyolderan melibatkan tiga faktor yang terkait erat, yaitu:
(i) Pembasahan,
(ii) Pemaduan dan penyebaran, dan
(iii) Aksi kapiler dan pengisian sendi.
(i) Pembasahan:
Ini adalah sifat cairan yang menyebar di atas permukaan padat. Dalam penyolderan, fluks atau solder harus menyebar ke permukaan dasar yang akan disambung. Jika solder tidak membasahi permukaan maka dapat dengan mudah terlempar meninggalkan sedikit atau tidak ada solder yang menempel pada logam dasar. Solder yang menyebar dan membasahi logam tidak mulia akan menghasilkan sambungan yang baik antara kedua permukaan dan dapat dihilangkan hanya dengan mengikis atau mengikir.
Kondisi cairan untuk benar-benar membasahi permukaan padat adalah sudut kontak atau sudut pembasahan, ditunjukkan pada Gambar 17.1, harus nol. Cairan yang tidak membasahi permukaan membuat sudut pembasahan yang besar seperti ditunjukkan pada Gambar 17.2.
Oleh karena itu, sudut pembasahan adalah ukuran seberapa baik solder cair akan membasahi logam dan merupakan satu-satunya faktor terpenting dalam menilai secara visual keefektifan proses penyolderan, dan kemampuan menyolder logam tidak mulia. Pembasahan pada dasarnya adalah reaksi kimia yang terjadi ketika satu atau lebih elemen solder bereaksi dengan logam dasar yang disolder untuk membentuk senyawa. Panas disediakan untuk memfasilitasi pembasahan.
Umumnya solder cair tidak membasahi permukaan logam padat yang bersih. Misalnya, solder timah-timbal memiliki sudut kontak antara 25° dan 70° dengan permukaan baja, tergantung pada komposisi solder. Namun, timah mampu untuk dipadukan dengan besi dan jika lapisan tipis timah terbentuk pada permukaan baja dengan paduan maka solder timah-timah akan membasahinya. Secara umum, solder akan membasahi permukaan logam asalkan membentuk senyawa intermetalik dengan padatan atau logam padat dapat membawa solder ke dalam larutan.
Pembasahan dihambat oleh lapisan oksida, oleh karena itu perlu untuk menghilangkan lapisan tersebut agar penyolderan berhasil. Pembasahan yang baik adalah sifat yang diinginkan dalam solder untuk membuat aliran solder lancar, cepat dan terus menerus ke lubang sambungan.
Namun, pembasahan bukanlah persyaratan mutlak untuk pembentukan ikatan, yang ditunjukkan oleh fakta bahwa meskipun baja tidak dibasahi oleh timbal tetapi jika timah cair dibiarkan memadat dalam kontak dengan permukaan baja bebas oksida yang bersih, hasil ini dalam sambungan solder yang terikat kuat.
(ii) Pemaduan dan Penyebaran:
Kemampuan solder untuk paduan dengan logam dasar terkait dengan kemampuannya membasahi permukaan. Paduan terkait dengan kebersihan logam dasar. Harus ada kontak yang erat antara solder dan logam dasar agar paduan terjadi pada antarmuka dan ini dicapai dengan membersihkan dan menggunakan fluks untuk menghilangkan film oksida dari permukaan logam dasar yang akan disambung.
Paduan juga membantu penyebaran karena jika solder cair larut dalam padatan, ia dapat berdifusi di bawah lapisan oksida dan melepaskannya dan dengan demikian mengarahkan aliran solder cair ke seluruh permukaan. Sifat dan derajat penyebaran tergantung pada sifat dasar logam, suhu, ada tidaknya fluks, kekasaran permukaan logam dan derajat oksidasinya .
Dalam beberapa kasus seperti penyolder timah-timbal yang menghemat kurang dari 30% timah, kondisi kesetimbangan terbentuk dengan cepat dengan penyebaran yang sangat sedikit. Namun, dengan paduan timah yang lebih tinggi, penyebaran awal diikuti oleh penyebaran sekunder yang berlangsung selama periode waktu yang cukup lama. Penyebaran maksimum solder timah-timbal terjadi dengan paduan yang mendekati suhu eutektik dan dalam penyolderan praktis paduan tersebut memiliki karakteristik aliran terbaik.
Tekstur logam dasar dengan saluran interkoneksi membantu menyebarkan solder dengan aksi kapiler. Difusi lateral dari saluran tersebut membantu penyebaran cepat cairan curah karena pembentukan ikatan difusi.
(iii) Aksi Kapiler dan Pengisian Sendi :
Cara di mana solder akan mengisi ruang antara dua permukaan kawin mempengaruhi kapasitas pengisian bersama dan sejauh mana ketidaksempurnaan permukaan diisi. Fluiditas solder cair harus sedemikian rupa sehingga dapat mengalir ke ruang sempit dengan aksi kapiler. Hal-hal lain dianggap sama, solder cair akan mengalir ke jarak yang lebih jauh tetapi pada laju aliran yang lebih rendah karena pemisahan permukaan berkurang.
Faktor utama yang mempengaruhi efektivitas pengisian sambungan meliputi sudut pembasahan antara solder dan logam dasar, jarak celah antara dua permukaan yang akan disambung, tingkat pemanasan dan keseragamannya, suhu, sifat solder yang digunakan dan penggunaan fluks. .
Jarak bebas untuk logam ringan seperti aluminium dan magnesium jauh lebih besar (0,125 – 0,625 mm) daripada paduan tembaga (0,05 – 0,40 mm). Dimana intersolubility dari solder dan logam induk merupakan masalah, celah kecil dapat menyebabkan kontaminasi yang berlebihan, peningkatan titik leleh dan pemadatan pra-matang. Kondisi seperti itu dapat diperbaiki sebagian besar dengan tingkat pemanasan yang lebih cepat.
Pemanasan yang tidak merata menyebabkan pengisian celah yang tidak teratur yang menyebabkan kualitas sambungan yang buruk. Sambungan lurus sulit untuk dipanaskan secara merata, oleh karena itu sambungan lengkung lebih disukai, jika memungkinkan.
Komposisi solder dan sifat fluks yang digunakan sangat mempengaruhi kapasitas pengisian sambungan dan kualitas sambungan solder.
Solder:
Umumnya solder yang digunakan dalam industri adalah dari sistem timah-timbal. Sebagian besar logam dapat disambung dengan solder ini dan mereka memiliki ketahanan korosi yang baik untuk sebagian besar media. Bergantung pada kompatibilitas logam tidak mulia, semua jenis fluks dapat digunakan dengan solder ini. Sementara merujuk pada mereka biasanya mengacu pada kandungan timah terlebih dahulu, jadi 60/40 solder adalah 60% timah dan 40% timbal. Titik lebur dan perilaku pemadatan solder timah-timah dapat direpresentasikan dengan diagram fase yang ditunjukkan pada Gambar 17.3 A.
Gambar 17.3A Diagram kesetimbangan metalurgi untuk sistem timah-timbal
Nomor ASTM, komposisi nominal, rentang leleh, dan aplikasi tipikal dari solder timah-timbal yang berbeda dirangkum dalam tabel 17.1. Pemilihan solder didasarkan pada kemampuannya untuk membasahi permukaan logam yang disambung dan untuk penghematan, kelas yang mengandung paling sedikit timah yang memberikan karakteristik pembasahan dan pengisian yang sesuai harus digunakan.
Terlepas dari solder timah-timbal yang populer, solder lain juga digunakan dengan maksud untuk mencapai sifat yang diinginkan untuk aplikasi tertentu. Beberapa dari sistem ini termasuk timah-antimoni, timah-antimoni-timbal, timah-perak, timah-timah-perak, timah-seng, kadmium-perak, kadmium-seng, seng-aluminium, sol der indium dan bismut mengandung solder yang dikenal. lebih populer sebagai ‘paduan melebur’.
Komposisi, titik leleh dan titik beku, serta penggunaan khusus solder penting dalam sistem ini dicatat dalam tabel 17.2 dan dapat digunakan sebagai panduan umum.
Fluks yang digunakan dalam Solder:
Fluks penyolderan dapat berupa produk cair, padat, atau gas yang bila dipanaskan dapat menyebabkan pembasahan logam oleh solder. Fungsinya untuk menghilangkan oksida dan senyawa permukaan lainnya dari permukaan yang akan disolder dengan cara menggusur atau melarutkannya. Itu harus memiliki berat jenis yang lebih rendah daripada solder sehingga dapat dipindahkan oleh solder pada sambungan.
Fluks penyolderan dapat diklasifikasikan ke dalam empat kelompok yaitu, fluks anorganik paling aktif, fluks organik cukup aktif, fluks rosin yang paling tidak aktif, dan fluks khusus untuk aplikasi khusus. Sebagian besar fluks ini tersedia dalam bentuk kawat, cairan, pasta, atau bubuk kering.
- Fluks Anorganik:
Fluks ini terdiri dari asam anorganik dan garam yang sangat korosif dan menghasilkan aksi peremajaan yang cepat dan sangat aktif. Mereka dapat diterapkan sebagai solusi, pasta, atau garam kering. Mereka dapat digunakan untuk aplikasi penyolderan suhu tinggi karena tidak terbakar atau hangus. Namun, residu fluks ini tetap aktif secara kimiawi setelah penyolderan dan karenanya harus diambil tindakan untuk menghilangkannya secara efektif.
Fluks anorganik yang mengandung garam amoniak dapat menyebabkan retak korosi tegangan pada penyolderan kuningan. Penyolderan baja membutuhkan fluks seng klorida yang meninggalkan residu yang sangat korosif. Larutan seng klorida dalam asam klorida yang digunakan untuk menyolder baja tahan karat bahkan lebih korosif. Residu fluks ini harus dicuci bersih.
- Fluks Organik:
Konstituen utama fluks organik adalah asam dan basa organik dan beberapa turunannya seperti hidrohalida. Mereka digunakan dalam kisaran suhu 90 sampai 320°C di atasnya mereka terurai oleh panas meninggalkan residu tidak aktif.
Fluks organik paling baik digunakan dalam jumlah yang dihitung sehingga dapat digunakan sepenuhnya dengan penguapan, pembakaran, atau pembakaran sehingga tidak meninggalkan konstituen aktif. Fluks yang tidak terdekomposisi tidak boleh bersentuhan dengan selongsong insulasi dan harus berhati-hati saat menyolder di ruang tertutup agar uap tidak mengembun pada bagian penting rakitan.
- Fluks Rosin:
Fluks rosin non-korosif dapat diproduksi dengan melarutkan damar putih-air dalam pelarut organik yang sesuai, misalnya, petroleum spirit. Rosin terutama terdiri dari asam abietat yang menjadi aktif pada suhu penyolderan 175 hingga 315°C tetapi kembali ke bentuk lembam dan tidak korosif pada pendinginan.
Oleh karena itu, menemukan penggunaan yang luas dalam pekerjaan radio dan elektronik di mana pembersihan yang efektif setelah penyolderan sulit dilakukan. Berbagai senyawa organik digunakan dicampur dengan damar, misalnya hidroklorida asam glutamat dan hidrazin hidrobromida.
Fluks ini terurai pada suhu penyolderan meninggalkan residu keras, non-higroskopis, non-konduktor listrik dan non-korosif yang, jika diperlukan, dapat dengan mudah dicuci dengan air. Mereka menemukan penggunaan yang luas dalam industri listrik.
Solder timah-timah yang lebih cair, 50/50 atau 60/40, biasanya digunakan dengan fluks rosin yang tidak korosif.
Fluks rosin yang diaktifkan ringan lebih disukai untuk militer, telepon, dan produk elektronik dengan keandalan tinggi lainnya, sementara fluks rosin yang lebih aktif banyak digunakan dalam aplikasi elektronik dan penting komersial di mana pembersihan menyeluruh setelah penyolderan dapat dipastikan.
- Fluks Khusus:
Fluks reaksi yang digunakan untuk menyolder aluminium bertindak dengan mengganti film oksida dengan mendepositkan film logam pada permukaan kerja dengan penguraiannya.
Beberapa solder juga tersedia dengan fluks yang terkandung di intinya. Jumlah fluks dalam inti dapat berkisar dari 0-5 hingga lebih dari 3-0%, 2-2% adalah yang paling umum. Solder Rosin-Cored dan Acid-Cored juga tersedia dan digunakan masing-masing untuk pekerjaan listrik dan lembaran logam.
Desain Bersama untuk Solder:
Solder memiliki kekuatan yang relatif rendah dibandingkan dengan logam yang harus mereka gabungkan. Oleh karena itu, diinginkan untuk merancang sambungan solder sehingga mereka saling mengunci secara mekanis yang membutuhkan solder untuk bertindak sebagai agen penyegel dan pengikat .
Dua tipe dasar sambungan solder adalah sambungan pangkuan dan sambungan butt. Gambar 17.3B menunjukkan sambungan solder tipikal yang meliputi pelipit terkunci, butt yang diikat, dan sambungan pangkuan dalam pipa. Sambungan tipe lap harus lebih disukai bila memungkinkan, karena memberikan kemungkinan kekuatan maksimum.
Sambungan solder yang kompleks dapat dibuat dengan penyolderan manual tetapi untuk proses yang menggunakan peremajaan otomatis, penyolderan, dan pembersihan pasca, desain yang dipilih harus relatif sederhana yang menyediakan aksesibilitas ke sambungan.
Tindakan kapiler menjadi faktor penting dalam penyolderan, sangat penting untuk memberikan jarak optimal antara bagian yang akan disolder sehingga fluks dapat ditarik ke ruang antara oleh aksi kapiler. Celah sambungan antara 0,07 hingga 0-12 mm oleh karena itu lebih disukai untuk sebagian besar sambungan untuk mencapai kekuatan maksimum, tetapi dalam beberapa kasus khusus seperti penyolderan logam pralapis, jarak bebas serendah 0,025 mm memberikan kekuatan yang diinginkan. Jarak bebas yang berlebihan dapat menyebabkan sambungan solder yang tidak ekonomis.
Aplikasi Solder:
Terlepas dari aplikasi spesifik dari berbagai metode penyolderan yang dijelaskan sebelumnya misalnya, penyambungan inti radiator mobil, pipa ledeng, industri elektronik termasuk radio, TV dan komputer, industri kelistrikan untuk menghubungkan kabel dan kabel ke lugs dan banyak lagi.
Dapat dikatakan bahwa pada umumnya penyolderan lebih umum digunakan untuk menutup sambungan dengan ringan, menambah kekakuan, dan meningkatkan konduktivitas listrik. Kadang-kadang mungkin diperlukan untuk bergantung pada kekuatan tariknya tetapi solder lebih dikenal karena keuletannya daripada kekuatannya. Namun, jika pengisian hati-hati tercapai, nilai keuletan yang sangat tinggi dapat diperoleh. Selain itu, penyolderan juga menemukan kegunaannya untuk menyegel sambungan buatan yang disatukan oleh paku keling, las titik, atau alat mekanis lainnya.
