O lutownicach i lutowaniu słów kilka...
Otaczająca nas rzeczywistość i postęp technologiczny jakiego jesteśmy świadkami coraz częściej prowadzi do wniosku, że nie opłaca się naprawiać uszkodzonego sprzętu elektronicznego, decydujemy się oddać go do utylizacji, także wtedy, gdy naprawiony mógłby nam służyć jeszcze przez wiele lat.
Z jednej strony wymiana na nowy sprzęt zapewni nam satysfakcję z posiadania nowego urządzenia, ale czy zastanowiliśmy się kiedykolwiek co dzieje się ze zużytym sprzętem, czy na pewno nie przyczyni się on do zwiększenia ilości niepotrzebnych śmieci coraz bardziej zanieczyszczających naszą planetę?
Z drugiej strony satysfakcja z naprawionego sprzętu może być dużo większa niż z posiadania nowego urządzenia. Czasem sprzęt z którego korzystamy przez lata, odmawiając nam posłuszeństwa, wymaga jedynie drobnych napraw elektroniki.
Wbrew powszechnemu mniemaniu istnieją nadal specjalistyczne warsztaty elektroniczne, które mogą podjąć się naprawy sprzętu po ocenieniu przyczyny usterki. Im bardziej skomplikowane urządzenie tym większa jest wymagana wiedza i umiejętności od serwisanta. Nie jest to jednak wiedza tajemna osiągalna jedynie dla nielicznych. Każdy cierpliwy i potrafiący się uczyć może z czasem dołączyć do grona serwisantów, czy to na potrzeby swojego hobby, czy na potrzeby zawodowe.
Zatem od czego zacząć? Oczywiście od edukacji teoretycznej ale równolegle można próbować montażu prostych zestawów elektronicznych, zasilanych bezpiecznym napięciem, do samodzielnego lutowania składających się z gotowej płytki elektronicznej, schematu montażu i kompletu komponentów, i oczywiście od doskonalenia umiejętności lutowania. I o tym ostatnim napiszemy dalej.
Lutowanie w elektronice
Pewnie nie raz słyszeliście o lutowaniu. Być może nawet trzymaliście lutownicę w ręku. Zanim jednak zagłębimy się nieco w szczegóły i opowiemy ciut więcej o samym rzemiośle, zaczniemy od podstawowych faktów.
Lutowanie w elektronice to sposób na trwałe połączenie ze sobą co najmniej dwóch elementów za pomocą metalicznego spoiwa (lutu) w celu zapewnienia między nimi przepływu prądu elektrycznego. Aby do tego doszło należy wstępnie rozgrzać powierzchnie łączonych elementów, w razie potrzeby należy użyć dodatkowego topnika w celu ich oczyszczenia, a następnie przyłożyć spoiwo w taki sposób by spływając z rozgrzanego grotu lutownicy utworzyło wklęsłą, trwałą spoinę.
Jeśli nie rozgrzejemy odpowiednio punktu lutowniczego lub lutowane powierzchnie nie będą odpowiednio oczyszczone to spoiwo nie zwilży prawidłowo łączonych elementów i wraz z upływem czasu takie połączenie zwane potocznie zimnym lutem będzie charakteryzowało się małą wytrzymałością mechaniczną co może skutkować przerwą w obwodzie. Jednak nadmierne przegrzanie spoiwa może je narazić na utlenienie co również nie jest zalecane bo takie spoiwo nie będzie optymalnie przewodzić a lutowane komponenty mogą być wtedy narażone na uszkodzenie. Wraz z rosnącym doświadczeniem praktycznym lutowanie jednego punktu z użyciem konkretnej lutownicy i spoiwa będzie trwało około sekundy i kończyło się za każdym razem utworzeniem trwałego połączenia. Warto dodać, że zmiana używanego dotąd sprzętu lub spoiwa może wymagać czasem wykonania kilku, kilkunastu treningowych połączeń przed przystąpieniem do pracy by dostosować swoje przyzwyczajenia do innej pojemności cieplnej grota nowej lutownicy, innej temperatury topnienia nowego spoiwa i zachować pełną kontrolę nad procesem lutowania.
Spoiwo lutownicze i topniki
W przypadku lutowania spoiwo ma mniejszą temperaturę topnienia niż metalowe, zespalane tą metodą elementy a ze względu na używane w tym procesie temperatury do 450°C nazywane jest lutowaniem miękkim. W zależności od Rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 6 października 2004 r. (Dz.U. 2004 nr 229 poz. 2310) i potrzeb serwisowych lub produkcyjnych do lutowania używane są spoiwa ołowiowe i bezołowiowe zawierające różnego rodzaju topniki ułatwiające oczyszczanie i pokrywanie spoiwem łączonych elementów. Ponieważ ołów jest metalem toksycznym, spoiwa go zawierające są aktualnie zastępowane spoiwami cyny z dodatkami srebra, miedzi... z różnymi temperaturami topnienia i różną wytrzymałością mechaniczną lutu.
Spoiwa w postaci drutu lutowniczego zwane również potocznie tinolem są dostępne w różnych średnicach, w zależności od potrzeb możemy również zamówić rolki o różnych masach. Druty o najmniejszych średnicach ułatwią lutowanie precyzyjne, najpopularniejsze druty uniwersalne to 0,7 do 1mm, druty o większej średnicy są często stosowane np. przez elektryków do pobielania przewodów (pokrywania spoiwem ich końcówek) i ich lutowania. Gotowe do lutowania druty lutownicze zawierają w swojej strukturze topnik, który ma za zadanie oczyścić powierzchnie lutowane z tlenków i innych zanieczyszczeń, i przez to umożliwić prawidłowe i trwałe pokrywanie ich (zwilżanie) spoiwem.
W niektórych przypadkach wymagane jest stosowanie dodatkowych topników, np. kalafonii wytwarzanej z żywicy sosnowej lub topników w postaci żelu lub pasty, często dostępnych w odpowiednich dozownikach lub strzykawkach. Niektóre topniki są oznaczone jako „no clean” co oznacza, że nie wymagają po skończonym procesie lutowania oczyszczania spoin dodatkowymi preparatami chemicznymi. Inne topniki zawierają agresywne składniki, które pozostawione na płytce mogą w dłuższej perspektywie powodować korozję dlatego do ich usuwania zalecamy specjalne zmywacze PCB.
Lutownice
Lutownice transformatorowe
Laik z pewnością doceni niewątpliwy urok lutownic transformatorowych, ich pistoletowy uchwyt, spust i ten dymek unoszący się nad szybko rozgrzewającą końcówką grotu... wbrew pozorom to nie jedyne zalety tych urządzeń. ;-)
Szybko nagrzewający się grot, kompaktowa budowa, doskonale sprawdzi się u serwisantów, którzy mają potrzebę wymiany kilku komponentów elektronicznych poza swoim stałym stanowiskiem pracy np. u klienta, gdzie nie zawsze jest czas i miejsce na użycie innych narzędzi, czy np. do łączenia przewodów i naprawy obwodów elektrycznych...
Wbrew jednak pierwszemu wrażeniu jest to sprzęt wymagający od użytkownika sporej wprawy ponieważ szybko rozgrzewająca się do wysokich temperatur rzędu 400-450°C końcówka grota może przyczynić się do przegrzania lutu, spalenia topnika zanim usunie zanieczyszczenia z lutowanej powierzchni, czy w skrajnych przypadkach do uszkodzenia komponentu lub ścieżki na płytce ale we wprawnych rękach będzie narzędziem nie do zastąpienia i ma wielu zagorzałych zwolenników, którzy posługują się nimi na co dzień.
Lutownice grzałkowe
Lutownice oporowe, które nazywane są również grzałkowymi, w kształcie kolby, zasilane napięciem sieciowym 230VAC to uniwersalne urządzenia o szerokim wachlarzu zastosowań. W zależności od mocy, wielkości, możliwości wymiany grotów może to być lutowanie precyzyjne elementów SMD, zespalanie uszkodzonych, delikatnych przewodów słuchawkowych, a w przypadku największych, wyposażonych w groty wykonane z grubych prętów metalu, akumulujących duże ilości energii cieplnej, do lutowania blach, czy witraży. Są wśród nich również takie, które umożliwiają regulację temperatury końcówki grota, przez co pozwalają na pracę z większą precyzją.
Operowanie przyrządem przypominającym większy długopis jest dużo łatwiejsze, bardziej intuicyjne i mniej męczące niż wcześniej opisywaną lutownicą transformatorową. Wyposażenie swojego warsztatu pracy właśnie w lutownicę kolbową pozwoli nie tylko na doskonalenie umiejętności lutowania ale przede wszystkim na wielogodzinną codzienną pracę.
Lutownice gazowe i na baterie
Co zrobić gdy napotkamy konieczność naprawy wymagającej lutowania elementów w miejscu oddalonym od najbliższego gniazdka elektrycznego? Zastosować przenośny generator napięcia elektrycznego, albo przetwornicę elektryczną i akumulator, a może rozważyć użycie lutownicy gazowej lub na baterie? Są to urządzenia stworzone właśnie do takich celów. Wyobrażacie sobie ciągnięcie ze sobą ciężkiego akumulatora kwasowego i przetwornicy albo długiego kabla przedłużacza do puszki elektrycznej umieszczonej na wysokości np. 2 piętra albo na dachu budynku? Ja sobie wyobrażam ale zdecydowanie łatwiej można użyć w takich warunkach lutownicy gazowej lub na baterie. Lutownice gazowe lub na baterie spełnią swoją rolę jeśli będziemy ich używali do lutowania niedużych elementów z uwagi na małą pojemność cieplną używanych w nich grotów. Lutownice gazowe można używać jako palników do podgrzewania naprawianych elementów, do tego celu służą końcówki w postaci dyszy lutowniczych. Niektóre z nich wyposażone są w piezoelektryczne zapalarki co uniezależnia nas od konieczności używania dodatkowego źródła ognia. W celu zapewnienia wieloletniej trwałości i wykorzystania pełnej sprawności lutownic gazowych do napełniania wewnętrznych zbiorników zaleca się używanie czystego gazu (najczęściej jest to butan). Innymi urządzeniami pozwalającymi na bezprzewodowe lutowanie w miejscach oddalonych od sieci elektrycznej są tzw. lutownice na baterie, które zasilane są bateriami alkalicznymi typu LR6 lub w nowszych modelach akumulatorami Litowo-jonowymi umożliwiającymi wielokrotne ładowanie. Lutownice tego typu pozwalają często na wykonanie do 180 punktów lutowniczych.
Stacje lutownicze, na gorące powietrze i rozlutownice
Jeśli dotarliście aż do tego miejsca, to może zainteresuje was czym są stacje lutownicze i rozlutownice? Stacjami lutowniczymi zwykliśmy nazywać urządzenia składające się z części mieszczącej zasilacz i panel sterowania oraz zintegrowanej z nią kolby lutowniczej z możliwością montażu wymiennych grotów, a w przypadku stacji na gorące powietrze oprócz zasilacza i panelu sterującego umieszczono tam dodatkowo wentylator a kolbę lutowniczą zastąpiono kolbą z możliwością (w zależności od modelu) montażu wymiennych dysz. Dzięki zastosowaniu w swoim warsztacie stacji lutowniczej użytkownik ma możliwość ustalenia temperatury końcówki grota i dopasowania jej do aktualnie wykonywanej operacji lutowniczej. Oprócz tego możliwość zastosowania różnych wymiennych grotów zwiększa uniwersalność tego rozwiązania.
Stacje na gorące powietrze nazywane potocznie z angielska Hot Air mogą służyć nie tylko do wylutowywania elementów ale i do precyzyjnego lutowania układów BGA lub komponentów SMD, których mikroskopijne rozmiary powodują, że do ich montażu użycie lutownicy z tradycyjnym grotem udaje się tylko największym wirtuozom lutowania.
Czym są w takim razie, zasygnalizowane w tytule, rozlutownice? Są to urządzenia specjalizowane do demontażu komponentów elektronicznych wyposażone w dyszę z pomocą której podgrzejemy i roztopimy spoinę oraz w pompę odsysającą płynne spoiwo umożliwiając demontaż komponentów.
