Ao longo dos meus vinte anos no setor da produção de eletrónica, ouvi muitas afirmações sobre a utilização de azoto em processos de soldadura em ambiente inerte: muitas delas completamente erradas. Nesta análise, vou utilizar o exemplo da soldadura por refluxo num forno fechado, embora muitas destas considerações possam aplicar-se à soldadura por onda e até à soldadura a vácuo.
Comecemos pela verdadeira razão pela qual um engenheiro de montagem utiliza azoto na soldadura inerte: porque é o gás mais barato disponível que não reage com superfícies metálicas quentes para formar uma película que impossibilite a soldadura. É isso mesmo. Ponto final. Quem utiliza azoto para o refluxo não o faz por este possuir propriedades maravilhosas, mas sim porque apresenta baixos níveis de oxigénio e humidade e consegue purgar (diluir) o oxigénio até um nível suficientemente baixo para impedir ou retardar a oxidação das superfícies metálicas durante o aquecimento.
Para compreender qualquer processo que utilize gases inertes (não reativos), é necessário compreender a composição do ar, o gás mais abundante à nossa disposição. O ar é composto por cerca de 78% de azoto, 20,9% de oxigénio e 0,9% de árgon, com pequenas quantidades de outros gases, como o dióxido de carbono, entre outros, juntamente com quantidades variáveis de vapor de água. O vapor de água pode atingir cerca de 4% e, claro, a este nível, diluirá as concentrações dos outros gases em (96/100), caso ache que há algum problema com os cálculos. O nível de oxigénio (20,9%) equivale a 209 000 ppm (partes por milhão). A unidade ppm é uma medida muito mais útil quando se trata de níveis percentuais baixos; por exemplo, 0,01% = 100 ppm. É também importante notar que a medida fracionária (ppm ou %) está correlacionada com a quantidade em volume e, a partir da equação dos gases ideais, também com a percentagem molar.
Vou abordar metade dos mitos agora e a outra metade na próxima vez.
Mito 1: «O azoto remove os óxidos»
Facto: O azoto utilizado a temperaturas de refluxo não possui quaisquer propriedades de fluxo (remoção de óxidos) e não reage quimicamente com nada a essas temperaturas. O azoto impede ou retarda a oxidação ou (no caso de uma superfície limpa com fluxo) a reoxidação, simplesmente porque não é um gás oxidante. O gás de formação (uma mistura de hidrogénio e azoto) é muito diferente, e abordarei este assunto numa nota posterior.
Mito 2: «O azoto melhora a transferência de calor»
Facto: Não tem qualquer efeito térmico prático no processo de soldadura. A transferência de calor nos gases, à mesma pressão e temperatura, é determinada pelo peso molecular dos gases: nada mais. Uma vez que o azoto tem um peso molecular de 28 e o oxigénio quase o mesmo, 32, a diferença nas propriedades de transferência de calor entre o ar e o azoto é mínima, quer se trate de um fluxo laminar ou turbulento.
Mito 3: «Se medir o nível de oxigénio no azoto de entrada, ficarei a saber qual é o nível no forno»
Facto: Mesmo um forno de refluxo inertizado aparentemente bem vedado acaba por misturar, em certa medida, ar ambiente com o azoto. Isto acontece por difusão simples (impulsionada pela diferença na pressão parcial do oxigénio no ar em comparação com o interior do forno) ou por mistura turbulenta de azoto com ar junto a uma abertura. O que acontece num forno real é mostrado na ilustração (acima). Introduzir uma baixa taxa de fluxo de azoto no forno terá pouco ou nenhum efeito (a); em seguida, introduzir mais irá reduzir o nível, mas observará grandes variações (b); por fim, atingirá um patamar (c) em que terá obtido o nível mínimo de oxigénio possível, mas a mistura turbulenta continua a introduzir oxigénio proveniente do ar exterior. À medida que aumenta a taxa de fluxo de azoto, está simplesmente a aumentar a turbulência e, consequentemente, a taxa de mistura
Mito 4: «Nitrogénio mais puro vai dar-me melhores resultados»
Facto: O nitrogénio padrão, de qualidade criogénica, contém cerca de 2 a 5 ppm de oxigénio. Mesmo purgando um forno bem vedado, não conseguirá atingir exatamente o mesmo nível do gás de entrada. Não notará qualquer diferença se estiver a utilizar uma fonte de nitrogénio com 10 ppm ou 10 ppt (partes por trilião) de oxigénio. Como se pode ver na ilustração acima (c), o efeito do gás de alta pureza é completamente anulado pela mistura com o ar.
Mito 5: «O azoto reduz todos os defeitos de soldadura»
Facto: O azoto pode ajudar a resolver alguns defeitos relacionados com a humectação e, muitas vezes, pode transformar um processo de soldadura mediano (marginalmente aceitável) num processo aceitável. Outro facto: Não só pode aumentar a humedecimento («capilaridade») de forma descontrolada em estruturas de condutores ou outras superfícies, como também pode causar salpicos de solda e contribuir para a inclinação do chip (montagem de semicondutores de potência) ou para o efeito «tombstone» ( SMT).
Mais na próxima vez. A Parte II deste artigo pode ser consultada aqui.
Saúde! Andy
