Lutowanie - jak lutować kable poprawnie?

Lutowanie to łączenie dwóch metali za pomocą trzeciego, którego temperatura topnienia jest znacznie niższa niż dwóch pozostałych. W elektronice najczęściej lutujemy przewody miedziane przy użyciu spoiwa lutowniczego, zwanego potocznie cyną, z które w rzeczywistości jest stopem cyny z innymi metalami w ściśle określonych proporcjach.

Co to jest lutownica?

Do lutowania potrzebna jest lutownica, czyli coś, co będzie ogrzewało miejsce wykonania połączenia. Elektronicy używają lutownic elektrycznych. Istnieją dwa rodzaje: kolbowa, zwana oporową, oraz transformatorowa, zwana zwarciową. Różnią się między sobą zasadą działania, ale efekt jest ten sam.

Lutownica transformatorowa

Lutownica transformatorowa zawiera w środku transformator, który na swoim wyjściu daje prąd o bardzo wysokim natężeniu, rzędu kilkudziesięciu amperów, ale niskim napięciu. Ten prąd przepływa przez grot, wykonany najczęściej z miedzianego drutu. Prąd przepływający przez ten drut rozgrzewa go.

Niestety, kontrola nad temperaturą grota jest praktycznie żadna. Masa tej lutownicy jest znaczna, ale można się do niej przyzwyczaić. Przy odrobinie wprawy można nią lutować również elementy montowane powierzchniowo (SMD).

Wielką jej zaletą jest osiągnięcie właściwej temperatury grota w czasie rzędu sekundy od włączenia, dlatego dobrze sprawdzi się w doraźnych pracach serwisowych, gdzie trzeba połączyć grube przewody lub przylutować coś sporadycznie.

Lutownica kolbowa

W lutownicy kolbowej jest umieszczona grzałka, która podgrzewa metalowy grot. Taką lutownicę trzyma się za rączkę, wykonaną z tworzywa sztucznego, rzadziej z drewna. Jest lekka i łatwo można regulować jej temperaturę, ale osiągnięcie nominalnej temperatury zajmuje jej kilka minut. Dlatego lepiej sprawdza się tam, gdzie zachodzi potrzeba wielokrotnego używania lutownicy – na przykład, podczas montażu układu elektronicznego.

Jednak w dzisiejszym świecie częściej można znaleźć lutownicę kolbową. Zwłaszcza w postaci tzw. stacji lutowniczej, która zapewnia kontrolę nad temperaturą grota oraz umożliwia jej regulację. Niska masa kolby nie męczy ręki podczas żmudnego lutowania wielu drobnych elementów, a przez to zmniejsza drżenie mięśni. Ponadto, regulacja umożliwia dostosowanie temperatury do wielkości lutowanego obiektu: drobniutkie elementy należy podgrzewać słabiej, a te większe silniej, aby samo wykonanie lutu nie trwało długo.

Lutownica pistoletowa - kompromis

Są w handlu dostępne lutownice pistoletowe, mające kształt transformatorowej, ale z grzałką zamiast grota z drutu. Trzyma się je tak samo, jak transformatorowe, ale są lżejsze i grzeją cały czas.

Czym lutować?

W warunkach amatorskich, do lutowania używa się spoiwa lutowniczego (zwanego również tinolem), które zawiera w swoim składzie stop cyny i ołowiu. Ta mieszanina metali w składzie 60% cyny i 40% ołowiu ma niską temperaturę topnienia, około 190ºC. Jednak dobre luty powstają po podgrzaniu jej do wyższej temperatury, rzędu 320-400ºC.

Jak jest zbudowany tinol?

Tinol ma formę metalowej rurki o określonej średnicy, wykonanej ze stopu lutowniczego, a w jej środku znajduje się topnik. Ułatwia on wykonanie prawidłowego lutu, ponieważ oczyszcza lutowane powierzchnie w momencie przyłożenia końcówki tinolu do rozgrzanej powierzchni.

Tinol jest sprzedawany w szpulkach lub fiolkach o określonej masie. Im cieńszy, tym mniejsze luty można wykonywać – na przykład, na pojedynczych nóżkach miniaturowych układów scalonych montowanych powierzchniowo. Spoiwo lutownicze o większych średnicach przekroju stosuje się do łączenia ze sobą przewodów lub dużych złącz.

Dodatkowy topnik

Topnik warto móc dostarczyć również z zewnątrz, ponieważ w samym tinolu jest go relatywnie mało. Trzeba też wziąć pod uwagę, że pod wpływem temperatury on się rozkłada i degeneruje, na przykład utlenia. Przy długotrwałym podgrzewaniu powierzchni warto dodać go nieco więcej, niż jest w samym tylko tinolu.

Na rynku jest mnóstwo różnych topników, a każdy z nich ma inne właściwości. Topniki kwasowe są agresywne w działaniu i wymagają dokładnego umycia lutowanych powierzchni, ponieważ jego długotrwała obecność może być przyczyną korozji. Do wielu zastosowań wystarczy zwykła kalafonia. Jej dużą zaletą jest fakt, że nie przewodzi prądu i nie wymaga zmywania po lutowaniu. Jej pozostałości wyglądają mało estetycznie, ale to jedyna przypadłość.

Dodatkowe narzędzia

Do lutowania będą potrzebne również cążki boczne do cięcia. Najlepiej mieć dwie pary: jedną masywną do przecinania grubych przewodów i drugą drobniejszą, do cięcia cienkich przewodów oraz wyprowadzeń elementów.

Przydają się również kombinerki, zwłaszcza do ściągania izolacji z opornych przewodów oraz do ciasnego skręcania ich ze sobą. Cienkim nożykiem, choćby z łamanym ostrzem, do tapet, można oskrobać lutowane powierzchnie, jeżeli są utlenione lub zanieczyszczone.

Odrobina BHP również nie zaszkodzi: przezroczyste okulary ochronne mogą uratować wzrok przed nadlatującą końcówką przewodu, która wystrzeliła ze szczypiec w trakcie cięcia. Podczas lutowania wydzielają się opary, więc można zaopatrzyć się w specjalny wyciąg lub chociaż zadbać o dobrą wentylację.

Czas na lutowanie

Mamy już wszystkie akcesoria do lutowania, co dalej? Najpierw należy zdjąć izolację z lutowanych przewodów, tak, aby odsłonić miedź. Jeżeli jest ona pokryta patyną lub innym zanieczyszczeniem, trzeba to zeskrobać.

Luźno sterczące druciki warto skręcić palcami. Takie przewody można wówczas pobielić, czyli pokryć warstwą spoiwa lutowniczego. Czyni się to poprzez:

• przyłożenie gorącego grota do gołej miedzi,
• rozgrzanie tego obszaru,
• przytknięcie końcówki tinola do przewodu (nie do grota)

Jeżeli pobielanie zachodzi opornie, ponieważ przewód jest gruby lub wykonany z materiału trudnego do lutowania, można rozgrzany koniec delikatnie zamoczyć w kalafonii – ona się miejscowo rozgrzeje i roztopi pod wpływem temperatury.

Mając pobielone przewody, wystarczy je do siebie przyłożyć i rozgrzać, dodając ewentualnie jeszcze trochę tinolu. Przewody można też skręcić – przed lub po pobieleniu – aby mocniej się siebie trzymały. Ten sposób jest polecany zwłaszcza dla przewodów giętkich, składających się z wielu cienkich drucików. Pobielenie skręconych przewodów będzie wtedy równoznaczne z ich zlutowaniem ze sobą.