Avete già utilizzato la saldatura a resistenza? Fatelo.

L'immagine di un ingegnere elettrotecnico o di un hacker impegnato a lavorare con un saldatore su un circuito stampato è un cliché alla televisione e al cinema (Figura 1).

Figura 1: L'ingegnere elettrotecnico che lavora su un circuito stampato con un saldatore è un'immagine inflazionata, ma cela una parte di verità. (Immagine per gentile concessione di Radio Shack, Bozeman)

C'è un buon motivo: la brasatura dolce è la tecnica dominante per eseguire collegamenti elettrici e anche l'unico metodo funzionale per collegare elettronicamente e meccanicamente la maggior parte dei componenti elettronici a una scheda. Esistono altre tecniche, come la crimpatura e la fascettatura, ma riguardano solo i fili.

Imparare a saldare non è difficile, ma ci vuole pratica e pazienza per realizzare un buon giunto di saldatura con prestazioni elettriche e meccaniche affidabili, e che funzioni. In caso contrario, si potrebbe pensare che sia presente una connessione, quando invece non è così.

Nella maggior parte delle immagini di questo tipo, l'ingegnere usa un saldatore di base a stilo, che è lo strumento da cui molti utenti partono per muovere i primi passi nell'elettronica. Molti appassionati di fai da te e la maggior parte dei professionisti però a un certo punto passano a un'unità termoregolata, che permette di impostare la temperatura della punta, una caratteristica utile per la saldatura di componenti e conduttori con diverse masse o sensibilità termiche.

Se effettuato correttamente, un giunto di saldatura ben eseguito è affidabile. Non ci sono dubbi. Per molti ingegneri, l'azione di creare un buon giunto di saldatura, insieme al fumo e all'odore del fondente che si scioglie (necessario per impedire l'ossidazione), è un misto di arte e soddisfazione personale. Certo, con le dovute proporzioni.

Perché lo si chiama "ferro" per saldare? Ci sono motivi storici: la saldatura, in quanto tecnologia di fusione dei metalli, è nata prima dell'elettronica. Prima che fossero disponibili le comode unità riscaldate elettronicamente che usiamo oggi, un "ferro" per saldare era semplicemente quello che indica il termine: un ferro che veniva messo nel fuoco per farlo riscaldare e poi estratto, con un tempo di lavoro di circa un minuto prima del raffreddamento (Figura 2).

Figura 2: Il termine "ferro per saldare" è un retaggio del passato e si riferisce allo strumento che veniva riscaldato sul fuoco e poi usato per saldare due pezzi di metallo. (Immagine per gentile concessione di Pinterest)

Questi ferri venivano utilizzati da chi faceva esperimenti e ricerche (i "maker" dell'epoca) e da idraulici, lattonieri e altri artigiani. Gli utenti seri tenevano diversi di questi ferri nel fuoco a riscaldarsi contemporaneamente, in modo da averne sempre uno pronto rovente. La gestione di questo set di ferri richiedeva attenzione e tempo.

Quando furono realizzate le lampade a gas portatili, il ferro per saldare da mettere nel fuoco diventò un attrezzo che poteva essere scaldato direttamente dalla fiamma (Figura 3). Se credete che saldare sia difficile, pensate che gli operai che posarono il primo cavo telegrafico che attraversava l'Atlantico, a metà del XIX secolo, usavano utensili come questo per le giunzioni e le saldature degli spessi cavi subacquei, e tutto avveniva su una nave in mare aperto.

Figura 3: Lo sviluppo di riscaldatori a gas portò all'utilizzo di ferri per saldare "autoriscaldanti". (Immagine per gentile concessione di Steve's Antique Technology/StevenJohnson.com)

La disponibilità dell'elettricità portò presto alla creazione dei saldatori a stilo, con elementi riscaldanti integrati, e mandò in pensione i ferri con riscaldamento esterno. Anche se in un contesto di produzione i circuiti stampati vengono in genere saldati utilizzando la saldatura a rifusione o a onda, c'è ancora l'esigenza di saldare a mano in caso di rilavorazioni, componenti speciali o se è necessario collegare fili ai connettori.

Secondo alcuni, gli ingegneri elettrotecnici di oggi passano la maggior parte del tempo al computer e non sanno saldare. La realtà è che per molti ingegneri che si occupano di progetti sul campo saper saldare a mano è ancora importante e utile. Anche se il tradizionale saldatore a stilo può andare bene (si parla sia di un'unità di base non regolata che di una più avanzata con controllo della temperatura), questo utensile ha molte limitazioni e difetti in termini di precisione del posizionamento e rischio di causare danni ai componenti adiacenti o a materiali come gli alloggiamenti in plastica.

Trasformare la dissipazione in vantaggio

Per fortuna, esiste una tecnica di saldatura alternativa, comoda e intuitiva, chiamata saldatura a resistenza, disponibile da decenni e che offre molti vantaggi. Sfrutta il noto principio dell'autoriscaldamento elettrico per creare un "punto caldo" molto localizzato, con temperatura abbastanza elevata da fondere e creare un collegamento affidabile e di alta qualità. La lega saldante è dello stesso tipo usato per i saldatori a stilo. Un sistema di saldatura a resistenza tipico è l'unità a pinzette per lavori leggeri Modello 10502 di American Beauty Tools mostrata nella Figura 4.

Figura 4: Il Modello 10502 è un'unità di saldatura a resistenza a bassa potenza, che offre controllo della potenza e pinzette, per una maggiore precisione del posizionamento. (Immagine per gentile concessione di American Beauty Tools)

L'unità può erogare fino a 250 W a 2,8 V c.a. al collegamento da saldare. Il funzionamento è semplice: la corrente dal sistema viene applicata attraverso il giunto tramite un paio di pinzette sul manipolo. Le punte delle pinzette vengono posizionate per accavallare il collegamento da eseguire. L'operatore aziona un pedale, la corrente passa tra le pinzette, il giunto si riscalda, l'operatore esegue la saldatura, lascia che si fonda e rilascia il pedale.

L'intera sequenza dura solo pochi secondi, e il riscaldamento che potrebbe altrimenti danneggiare o fondere i componenti o i materiali adiacenti è praticamente inesistente. Dato che la tensione applicata sulle punte è limitata (nell'ordine di pochi volt), non c'è pericolo di scossa per l'operatore né il rischio di danneggiare i componenti contigui.

Il manipolo e le pinzette sono una parte fondamentale per garantire flessibilità, prestazioni e comodità del sistema. Il motivo è semplice: la punta del saldatore a stilo deve toccare il giunto da saldare con un'area di contatto termico sufficiente per garantire il necessario trasferimento di calore al giunto, affinché la lega saldante si fonda. Questo può diventare difficile in spazi angusti o in presenza di componenti molto piccoli. Invece, le pinzette del sistema di saldatura a resistenza dirigono il flusso di corrente, che è più efficiente e localizzabile in modo più preciso in situazioni anguste.

Queste pinzette sono offerte in varie dimensioni per gestire diverse situazioni di saldatura e vari tipi di spazi. Le punte delle pinzette sono regolabili per facilitare l'accesso a punti molto stretti o attorno agli angoli. Ad esempio, il manipolo Modello 105133 di American Beauty Tools è lungo 15,24 cm e dispone di elettrodi a spina conica in nichelcromo. Gli elettrodi hanno un'apertura di 0,95 cm e possono essere facilmente piegati o aperti, in modo che l'utente possa personalizzare il manipolo per applicazioni specifiche (Figura 5).

Figura 5: Il manipolo Modello 105133 include elettrodi in nichelcromo con spaziatura di 0,95 cm, regolabili per un migliore accesso a punti angusti. (Immagine per gentile concessione di American Beauty Tools)

Conclusione

La saldatura a resistenza è molto più di una semplice alternativa alla saldatura tradizionale a stilo, e offre vantaggi specifici. Concentra il calore in un punto ristretto, garantisce un accesso facilitato a punti angusti, riduce i tempi di saldatura, minimizza la possibilità di danni causati dal calore, utilizza un manipolo più leggero riducendo così l'affaticamento dell'operatore, taglia il consumo energetico dato che viene attivata solo al momento effettivo della saldatura e gli elettrodi non si usurano e non richiedono una continua impregnazione e una pulizia costante.

Se non l'avete mai usata, provatela. L'apprezzerete.

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Riferimenti video di American Beauty Tools

1. "Componenti a foro passante saldati a una PCB mediante apparecchiature di saldatura a resistenza"
2. "Saldare a resistenza più fili ai terminali di saldatura di un gruppo commutatore a più prese intermedie"
3. "Saldare a resistenza un connettore audio multi-pin a un cavo assemblato"
4. "Terminazioni di fili in un microinterruttore con saldatura a resistenza"
5. "Sostituzione di elettrodi: manipolo con micropinzette 105133"