Lutownica

Lutownica

Lutownica to narzędzie służące do lutowania. Składa się ona z kolby, służącej jako uchwyt oraz grota, czyli części mającej bezpośredni styk ze spoiwem – lutem. Możemy je podzielić na:

• lutownice transformatorowe, w których wysoka temperatura jest uzyskiwana poprzez przepływanie prądu o dużym natężeniu przez drut, który jest zarazem grotem. Ich nazwa pochodzi od transformatora, który jest jej integralną częścią. Lutownice te są dość popularne, gdyż czas nagrzewania grota jest krótki (kilka sekund). Nowocześniejsze rozwiązania posiadają wbudowane oświetlenie skierowane na miejsce lutowania, oraz kilkuzakresowy przełącznik mocy. Ich wadą jest brak dokładnej kontroli temperatury grota oraz silne pole elektromagnetyczne wokół grota.
• lutownice grzałkowe (oporowe), w których metalowy (zazwyczaj miedziany lub wykonany ze stopów miedzi) grot podgrzewany jest elektryczną grzałką. Najprostsze zasilane wprost z sieci nie pozwalają na regulację/stabilizację temperatury. Odmianą lutownicy grzałkowej jest tzw. lutownica kolbowa, w której grot wykonany jest z masywnego kawałka metalu. Powoduje to akumulację znacznych ilości energii cieplnej, co ułatwia lutowanie większych elementów. Natomiast stacje lutownicze, które składają się z zasilacza (i najczęściej stabilizatora) oraz dołączonej do niej tzw. kolby – grzałki w odpowiedniej obudowie, zasilanej najczęściej napięciem 24 V są chętnie stosowane do lutowania układów elektronicznych, ponieważ kolba jest lekka.
• lutownice z elektrodami grafitowymi zbudowane są na bazie transformatora, który zasila szczypce wyposażone w elektrody węglowe. Po zamknięciu obwodu grafitowymi elektrodami na przewodzącym prąd elemencie lutowanym, płynie prąd elektryczny, wydzielając ciepło na styku grafit – element lutowany. Zaletą jest duża moc, zaś wadą (zwłaszcza przy lutowaniu twardym) pozostawiany ślad elektrody grafitowej.
• lutownice gazowe, których grot podgrzewany jest palnikiem zasilanym gazem (np. propan-butan). Możliwe jest użycie takiej lutownicy bez grota – wówczas wykorzystywane są gorące gazy spalinowe. Mają one większe możliwości niż transformatorowe, ponieważ topią np. cynę z dodatkiem miedzi której nie roztopi lutownica transformatorowa.
• lutownice podgrzewane zewnętrznym źródłem ciepła to po prostu miedziany grot na uchwycie; grot po podgrzaniu w płomieniu palnika (np. na kuchence gazowej) przez kilkadziesiąt sekund zachowuje na tyle wysoką temperaturę, że umożliwia lutowanie (zasada działania podobna do żelazka z "duszą"). Obecnie lutownice takie, jako całkowicie archaiczne, niewygodne i nie nadające się do precyzyjnych prac – całkowicie wyszły z użycia.

Współcześnie lutownic elektrycznych używa się niemal wyłącznie do prac z obwodami elektronicznymi o niewielkich wymiarach, zatem moc elektryczna grzejników nie jest wysoka, nie przekracza na ogół kilkudziesięciu watów (spotykane najczęściej mieszczą się w przedziale od 40 do 125 W). Znacznie większe lutownice elektryczne (zazwyczaj kolbowe), o mocy sięgającej 400 - 500 watów stosowane bywają do lutowania blach (np. rynien miedzianych lub stalowych ocynkowanych). Mają one – oprócz dużej mocy – także stosunkowo duże wymiary grota, zapewniające dużą bezwładność cieplną, korzystną przy pracy z elementami o dużej powierzchni. Lutownice kolbowe do blach i rur wypierane jednak są coraz częściej lutownicami gazowymi mającymi m.in. tę przewagę nad elektrycznymi, że nie wymagają doprowadzania energii elektrycznej (co może być istotne przy pracy na placu budowy, np. na dachu budynku), a zasilane są z przenośnej butli z propanem.

Lutowanie – metoda trwałego łączenia elementów metalowych za pomocą metalowego spoiwa zwanego lutem o temperaturze topnienia niższej niż temperatura topnienia łączonych elementów. Proces lutowania należy prowadzić w temperaturze wyższej od temperatury topnienia lutu, lecz nie wyższej od temperatury topnienia łączonych elementów. Dzięki temu lut topi się, a łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym. Istotne jest, aby zarówno lut, jak i elementy lutowane, osiągnęły temperaturę lutowania (wyższą od temperatury topnienia lutu), w przeciwnym przypadku mogą powstać wadliwe złącza zwane zimnymi lutami lub zimnymi stykami, o niezadowalających właściwościach użytkowych. Podstawową różnicą między lutowaniem a spawaniem jest to, że w przypadku spawania temperatura procesu jest tak wysoka, aby stopić i materiał dodatkowy, i brzegi elementów spawanych.

Podczas lutowania powierzchnia łączonych metali nie zostaje stopiona, a trwałe połączenie następuje dzięki wystąpieniu zjawiska kohezji i płytkiej dyfuzji . Spoiwo lutownicze wnika w szczelinę między elementami lutowanymi oraz mikropory materiału lutowanego dzięki zjawisku zwilżania powierzchni elementów lutem. Żeby powstało prawidłowo wykonane złącze lutowane, musi dojść do wytworzenia wiązania metalicznego między elementami lutowanymi a lutem. Aby do tego doszło, ciekły lut musi zwilżyć powierzchnie elementów lutowanych. W tym celu powierzchnie lutowane są czyszczone z warstewki tlenków i aktywowane za pomocą topnika nakładanego razem z lutem lub tuż przed nałożeniem lutu.

Zależnie od temperatury topnienia lutu rozróżnia się:

• lutowanie miękkie (poniżej 450 °C)
• lutowanie twarde (powyżej 450 °C)
• lutowanie wysokotemperaturowe (powyżej 900 °C)

Materiałem łączącym jest lut (lutowie). Narzędzie ręczne służące do lutowania to lutownica lub palnik. Czynność lutowania jest również wykonywana w specjalnych piecach.

Procesem odwrotnym do lutowania jest rozlutowywanie.

Lutowanie przemysłowe

Przemysłowe, masowe lutowanie obwodów drukowanych zawierających duże ilości elementów elektronicznych wytwarzanych techniką montażu przewlekanego wykonuje się metodą lutowania "na fali" (ang. wave soldering). Technika ta polega na przesuwaniu obwodu drukowanego, po włożeniu na miejsca wszystkich przewidzianych do lutowania elementów, tuż nad powierzchnią ciekłego lutu. W pewnym miejscu zbiornika z lutem, za pomocą pompy wytwarzany jest poprzeczny "garb" na powierzchni lutu (czyli "fala", od której pochodzi nazwa metody). Szczyt fali lutu dotyka spodu przesuwającego się obwodu drukowanego i metalowe części (nóżki elementów oraz miedziane ścieżki na płycie) zostają pokryte stopionym lutem. Po przejściu płyty nad falą nagrzane miejsce stygnie i zakrzepły lut tworzy złącza lutowane wysokiej jakości.

Lutowanie współcześnie stosowanych układów elektronicznych realizuje się również techniką rozgrzewania przy pomocy gorącego powietrza lub podczerwieni. Jest to tak zwane lutowanie bezdotykowe. Jest to metoda stosowana do obwodów drukowanych wytwarzanych techniką montażu powierzchniowego. W tym przypadku mieszanina lutu i topnika jest nakładana w postaci pasty na odpowiednie miejsca obwodu drukowanego. Po umieszczeniu elementów elektronicznych na swoich miejscach płytę i elementy na niej rozgrzewa się gorącym powietrzem lub promiennikiem podczerwieni. Po stopieniu lutu (a wcześniej - topnika) obwód drukowany jest chłodzony, złącza lutowane stygną, lut krzepnie i proces lutowania kończy się.

Hotair to nowoczesne stacje lutownicze na gorące powietrze. Strumień powietrza jest wytwarzany przez pompę, następnie elementem grzejnym podgrzewany jest do żądanej temperatury. Nad utrzymywaniem zadanej temperatury czuwa mikroprocesor, który reguluje temperaturę, przepływ powietrza, czas pracy i inne parametry. Strumień powietrza możemy dowolnie regulować za pomocą dysz.

Get your own Slide Show!