Lutowanie - Soldering
Lutowania ( AmE : / s ɒ d ər ɪ ŋ / , BrE : / s oʊ l d ər ɪ ŋ / ) jest procesem, w którym co najmniej dwa elementy są połączone ze sobą przez stopienie i umieszczenie spoiwa ( lutowanymi ) w w połączeniu, spoiwo ma niższą temperaturę topnienia niż metal sąsiedni. W przeciwieństwie do spawania , lutowanie nie polega na topieniu obrabianych elementów. Podczas lutowania metal przedmiotu obrabianego również nie topi się, ale spoiwo topi się w wyższej temperaturze niż podczas lutowania. W przeszłości prawie wszystkie luty zawierały ołów , ale kwestie środowiskowe i zdrowotne w coraz większym stopniu nakazywały stosowanie stopów bezołowiowych do celów elektronicznych i hydraulicznych.
Początki
Istnieją dowody na to, że lutowanie było stosowane już 5000 lat temu w Mezopotamii. Uważa się, że lutowanie i lutowanie twarde powstały bardzo wcześnie w historii obróbki metali, prawdopodobnie przed 4000 rokiem p.n.e. Miecze sumeryjskie z ok. 3000 pne zostały zmontowane za pomocą twardego lutowania.
Lutowanie było historycznie używane do wyrobu biżuterii, naczyń kuchennych i narzędzi kuchennych, montażu witraży , a także do innych zastosowań.
Aplikacje
Lutowanie jest używane w hydraulice, elektronice i metaloplastyce, od flashowania po biżuterię i instrumenty muzyczne.
Lutowanie zapewnia dość trwałe, ale odwracalne połączenia między rurami miedzianymi w instalacjach wodno-kanalizacyjnych , a także połączenia w obiektach z blachy, takich jak puszki po żywności, obróbka dachowa , rynny deszczowe i chłodnice samochodowe .
Części jubilerskie , obrabiarki oraz niektóre elementy chłodnicze i hydrauliczne są często montowane i naprawiane w procesie lutowania srebrem w wyższej temperaturze. Małe części mechaniczne są również często lutowane lub lutowane. Lutownica służy również do przyłączenia prowadzenie przyszedł i miedzi folia z barwionego szkła pracy.
Lutowanie elektroniczne łączy okablowanie elektryczne z urządzeniami, a komponenty elektroniczne z płytkami drukowanymi . Połączenia elektroniczne mogą być lutowane ręcznie za pomocą lutownicy. Zautomatyzowane metody, takie jak lutowanie na fali lub użycie pieców, mogą wykonać wiele połączeń na złożonej płytce drukowanej w jednej operacji, znacznie obniżając koszty produkcji urządzeń elektronicznych.
Instrumenty muzyczne, zwłaszcza instrumenty dęte blaszane i drewniane, wykorzystują w swoim montażu kombinację lutowania i lutowania. Korpusy mosiężne są często lutowane razem, natomiast klucze i klamry są najczęściej lutowane.
Lutowalność
Lutowalność podłoża jest miarą łatwości, z jaką można wykonać połączenie lutowane z tym materiałem.
Niektóre metale są łatwiejsze do lutowania niż inne. Miedź, srebro i złoto są łatwe. Kolejnymi trudnościami są żelazo, stal miękka i nikiel . Ze względu na cienkie, mocne warstwy tlenków stal nierdzewna i niektóre stopy aluminium są jeszcze trudniejsze do lutowania. Można lutować tytan , magnez , żeliwo , niektóre stale wysokowęglowe , ceramikę i grafit, ale wymaga to procesu podobnego do łączenia węglików: są one najpierw pokrywane odpowiednim metalowym pierwiastkiem, który wywołuje wiązanie międzyfazowe.
Lutowie
Spoiwa lutownicze są dostępne w wielu różnych stopach do różnych zastosowań. W montażu elektroniki, stop eutektyczny z 63% cyną i 37% ołowiem (lub 60/40, który ma prawie identyczną temperaturę topnienia) był stopem z wyboru. Inne stopy są używane do prac hydraulicznych, montażu mechanicznego i innych zastosowań. Niektóre przykłady lutów miękkich to cyna-ołów ogólnego przeznaczenia, cyna-cynk do łączenia aluminium , ołów-srebro dla wytrzymałości w temperaturze wyższej niż pokojowa, kadm-srebro dla wytrzymałości w wysokich temperaturach, cynk-aluminium dla aluminium i odporność na korozję, oraz cyno-srebro i cyno-bizmut dla elektroniki.
Formuła eutektyczna ma zalety przy lutowaniu: temperatury likwidusu i solidusu są takie same, więc nie ma fazy plastycznej i ma najniższą możliwą temperaturę topnienia. Posiadanie najniższej możliwej temperatury topnienia minimalizuje naprężenia cieplne elementów elektronicznych podczas lutowania. A brak fazy plastycznej pozwala na szybsze zwilżanie, gdy lut się nagrzewa, i szybszą konfigurację, gdy lut stygnie. Preparat nieeutektyczny musi pozostać nieruchomy, gdy temperatura spada w temperaturach likwidusu i solidusu. Jakikolwiek ruch podczas fazy plastycznej może spowodować pęknięcia, powodując zawodne połączenie.
Poniżej wymieniono typowe receptury lutów na bazie cyny i ołowiu. Ułamek reprezentuje najpierw procent cyny, a następnie ołowiu, co daje 100%:
- 63/37: topi się w temperaturze 183 ° C (361 ° F) (eutektyk: jedyna mieszanina, która topi się w punkcie zamiast w pewnym zakresie)
- 60/40: topi się między 183-190 ° C (361-374 ° F)
- 50/50: topi się w temperaturze 183–215 °C (361–419 °F)
Ze względów środowiskowych (i wprowadzenia przepisów, takich jak europejska dyrektywa RoHS ( Restriction of Hazardous Substances Directive ), luty bezołowiowe są coraz powszechniej stosowane. Sugeruje się je również wszędzie tam, gdzie małe dzieci mogą mieć kontakt (ponieważ małe dzieci są prawdopodobne). do wkładania rzeczy do ust) lub do użytku na zewnątrz, gdzie deszcz i inne opady mogą wypłukać ołów do wód gruntowych.Niestety większość bezołowiowych lutów nie jest preparatami eutektycznymi, topiącymi się w temperaturze około 250 °C (482°F), co trudniej jest z nimi stworzyć niezawodne połączenia.
Inne popularne luty obejmują preparaty niskotemperaturowe (często zawierające bizmut ), które są często używane do łączenia wcześniej lutowanych zespołów bez rozlutowywania wcześniejszych połączeń, oraz preparaty wysokotemperaturowe (zazwyczaj zawierające srebro ), które są używane do pracy w wysokiej temperaturze lub na początku montaż elementów, które nie mogą zostać odlutowane podczas kolejnych operacji. Stopowanie srebra z innymi metalami zmienia temperaturę topnienia, przyczepność i właściwości zwilżania oraz wytrzymałość na rozciąganie. Ze wszystkich lutów lutowniczych luty srebrne mają największą wytrzymałość i najszersze zastosowania. Dostępne są stopy specjalne o takich właściwościach, jak wyższa wytrzymałość, zdolność do lutowania aluminium, lepsza przewodność elektryczna i wyższa odporność na korozję.
Strumień
Zadaniem topnika jest ułatwienie procesu lutowania. Jedną z przeszkód w udanym połączeniu lutowanym jest zanieczyszczenie w miejscu połączenia; na przykład brud, olej lub utlenianie . Zanieczyszczenia można usunąć mechanicznie lub środkami chemicznymi, ale podwyższona temperatura wymagana do stopienia spoiwa (lutowia) sprzyja ponownemu utlenianiu obrabianego przedmiotu (i lutowia). Efekt ten jest przyspieszony wraz ze wzrostem temperatury lutowania i może całkowicie uniemożliwić połączenie lutowia z przedmiotem obrabianym. Jedną z najwcześniejszych form topnika był węgiel drzewny , który działa jako środek redukujący i pomaga zapobiegać utlenianiu podczas procesu lutowania. Niektóre topniki wykraczają poza proste zapobieganie utlenianiu, a także zapewniają pewną formę czyszczenia chemicznego (korozji). Wiele topników działa również jako środek zwilżający w procesie lutowania, zmniejszając napięcie powierzchniowe stopionego lutowia i powodując jego płynięcie i łatwiejsze zwilżanie przedmiotów obrabianych.
Przez wiele lat najpopularniejszym rodzajem topnika stosowanego w elektronice (lutowanie miękkie) był kalafoniowy , wykorzystujący kalafonię z wyselekcjonowanych drzew sosnowych . Był prawie idealny, ponieważ nie powodował korozji i nie przewodził w normalnych temperaturach, ale stał się umiarkowanie reaktywny (korozyjny) w podwyższonych temperaturach lutowania. W zastosowaniach hydraulicznych i motoryzacyjnych, między innymi, zazwyczaj używa się topnika na bazie kwasu ( kwasu solnego ), który zapewnia dość agresywne czyszczenie złącza. Topniki te nie mogą być stosowane w elektronice, ponieważ ich pozostałości są przewodzące, co prowadzi do niezamierzonych połączeń elektrycznych i ponieważ ostatecznie rozpuszczają przewody o małej średnicy. Kwas cytrynowy jest doskonałym rozpuszczalnym w wodzie topnikiem typu kwasowego do miedzi i elektroniki, ale należy go później zmyć.
Topniki do lutów miękkich są obecnie dostępne w trzech podstawowych formułach:
- Topniki rozpuszczalne w wodzie – topniki o wyższej aktywności, które po lutowaniu można usunąć wodą ( do usunięcia nie są wymagane lotne związki organiczne ).
- Topniki No-Clean – wystarczająco łagodne, aby nie „wymagały” usuwania ze względu na ich nieprzewodzące i niekorozyjne pozostałości. Topniki te są nazywane „no-clean”, ponieważ pozostałości po operacji lutowania nie przewodzące i nie powodują zwarć elektrycznych; niemniej jednak pozostawiają wyraźnie widoczną białą pozostałość przypominającą rozcieńczone ptasie odchody. Pozostałości topnika No-Clean są dopuszczalne na wszystkich 3 klasach PCB, zgodnie z definicją IPC-610, pod warunkiem, że nie utrudniają kontroli wizualnej, dostępu do punktów testowych ani nie mają wilgotnych, lepkich lub nadmiernych pozostałości, które mogą rozprzestrzeniać się na inne obszary. Powierzchnie złączy muszą być również wolne od pozostałości topnika. Odciski palców w nieczystych pozostałościach są defektem klasy 3
- Tradycyjne topniki do kalafonii – dostępne w postaci nieaktywowanej (R), umiarkowanie aktywowanej (RMA) i aktywowanej (RA). Topniki RA i RMA zawierają kalafonię połączoną ze środkiem aktywującym, zazwyczaj kwasem, który zwiększa zwilżalność metali, na które jest nakładany, poprzez usunięcie istniejących tlenków. Pozostałości powstałe w wyniku użycia topnika RA są żrące i muszą zostać oczyszczone. Topnik RMA został opracowany w taki sposób, aby uzyskać pozostałości, które są mniej korozyjne, dzięki czemu czyszczenie staje się opcjonalne, chociaż zwykle preferowane. Topnik R jest nadal mniej aktywny i jeszcze mniej korozyjny.
Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy dokładnie ocenić działanie strumienia; bardzo łagodny topnik „nie wymagający czyszczenia” może być całkowicie akceptowalny dla sprzętu produkcyjnego, ale nie zapewnia odpowiedniej wydajności w przypadku bardziej zróżnicowanych operacji lutowania ręcznego.
Metody ogrzewania
Do konkretnych zastosowań produkowane są różne rodzaje narzędzi lutowniczych. Wymagane ciepło może być wytworzone ze spalania paliwa lub z elektrycznie sterowanego elementu grzejnego. Inną metodą lutowania jest umieszczenie lutowia w miejscach połączeń w lutowanym obiekcie, a następnie podgrzanie całego obiektu w piecu, aby stopić lut.
Lutownica elektryczna jest szeroko stosowana do lutowania ręcznego. Może być wyposażony w różne końcówki, od tępych, przez bardzo cienkie, aż po dłuta do cięcia tworzyw sztucznych na gorąco zamiast lutowania. Najprostsze żelazka nie mają regulacji temperatury. Małe żelazka szybko stygną, gdy są używane do lutowania, powiedzmy, do metalowej obudowy, podczas gdy duże żelazka mają zbyt nieporęczne końcówki do pracy z obwodami drukowanymi (PCB) i podobnych prac. 25-watowe żelazko nie zapewni wystarczającej ilości ciepła dla dużych złączy elektrycznych, łączących miedziane obróbki dachowe lub duży ołów witrażowy. Z drugiej strony żelazko o mocy 100 watów może dostarczać zbyt dużo ciepła dla PCB. Żelazka z kontrolowaną temperaturą mają zapas mocy i mogą utrzymywać temperaturę w szerokim zakresie pracy.
Lutownica nagrzewa się szybciej, ale ma większe i cięższe ciało. Żelazka zasilane gazem z końcówką katalityczną do lekkiego nagrzewania, bez płomienia, są używane do zastosowań przenośnych. Pistolety na gorące powietrze i ołówki umożliwiają przerobienie pakietów komponentów, których nie można łatwo wykonać za pomocą żelazek elektrycznych i pistoletów.
W przypadku zastosowań nieelektronicznych palniki lutownicze używają płomienia zamiast końcówki lutowniczej do podgrzewania lutu. Palniki lutownicze są często zasilane butanem i są dostępne w rozmiarach od bardzo małych jednostek butan/tlen odpowiednich do bardzo drobnej, ale wysokotemperaturowej pracy jubilerskiej, po pełnowymiarowe palniki tlenowo-paliwowe odpowiednie do znacznie większych prac, takich jak orurowanie miedziane. Powszechne uniwersalne palniki propanowe, tego samego rodzaju, które są używane do zdzierania na gorąco farby i rozmrażania rur, mogą być używane do lutowania rur i innych dość dużych obiektów z końcówką lutowniczą lub bez niej; rury są zwykle lutowane palnikiem poprzez bezpośrednie przyłożenie otwartego płomienia.
Miedź lutownicza to narzędzie z dużą miedzianą głowicą i długim uchwytem, które jest podgrzewane w ogniu kuźni kowala i używane do nagrzewania blachy do lutowania. Typowe miedziaki lutownicze mają głowice ważące od jednego do czterech funtów. Głowica zapewnia dużą masę termiczną do przechowywania wystarczającej ilości ciepła do lutowania dużych obszarów przed koniecznością ponownego podgrzania w ogniu; im większa głowa, tym dłuższy czas pracy. Historycznie rzecz biorąc, miedziaki lutownicze były standardowymi narzędziami stosowanymi w karoserii samochodowej, chociaż lutowanie karoserii zostało w większości wyparte przez spawanie punktowe do połączeń mechanicznych i niemetaliczne wypełniacze do konturowania.
Piece tosterowe i ręczne lampy na podczerwień były używane przez hobbystów do replikowania procesów lutowania produkcyjnego na znacznie mniejszą skalę.
W czasie II wojny światowej i jeszcze przez jakiś czas siły SOE wykorzystywały małe pirotechniczne złącza samolutujące do wykonywania połączeń do zdalnej detonacji materiałów wybuchowych niszczących i sabotażowych. Składały się one z małej miedzianej rurki częściowo wypełnionej lutowiem i owiniętej wokół rurki wolno palącej się kompozycji pirotechnicznej. Druty, które miały zostać połączone, były wkładane do rurki, a mała kropla masy zapalającej pozwalała na uderzenie urządzenia jak zapałkę, aby zapalić pirotechnikę i podgrzewać rurę wystarczająco długo, aby stopić lut i wykonać połączenie.
Lutowanie laserowe
Lutowanie laserowe to technika polegająca na użyciu lasera o mocy 30–50 W do topienia i lutowania złącza elektrycznego. Do tego celu wykorzystywane są laserowe układy diodowe oparte na złączach półprzewodnikowych. Suzanne Jenniches opatentowała lutowanie laserowe w 1980 roku.
Długości fal wynoszą zazwyczaj od 808 nm do 980 nm. Wiązka jest dostarczana światłowodem do przedmiotu obrabianego o średnicy światłowodu 800 µm i mniejszej. Ponieważ wiązka wychodząca z końca włókna szybko się rozchodzi, soczewki są używane do tworzenia odpowiedniego rozmiaru plamki na przedmiocie obrabianym w odpowiedniej odległości roboczej. Podajnik drutu służy do podawania lutowia.
Można lutować zarówno materiały ołowiowo-cynowe, jak i srebrno-cynowe. Receptury procesowe będą się różnić w zależności od składu stopu . W przypadku lutowania 44-pinowych nośników chipów do płytki przy użyciu preform lutowniczych, poziomy mocy były rzędu 10 watów, a czas lutowania wynosił około 1 sekundy. Niski poziom mocy może prowadzić do niepełnego zwilżenia i tworzenia pustek, które mogą osłabić staw.
Lutowanie indukcyjne
Lutowanie indukcyjne wykorzystuje nagrzewanie indukcyjne prądem przemiennym o wysokiej częstotliwości w otaczającej miedzianej cewce. To indukuje prądy w lutowanej części, która generuje ciepło ze względu na wyższą rezystancję złącza w porównaniu z otaczającym go metalem ( ogrzewanie oporowe ). Te miedziane cewki mogą być ukształtowane w celu dokładniejszego dopasowania do złącza. Spoiwo (lut) jest umieszczane między powierzchniami czołowymi, a lut topi się w dość niskiej temperaturze. Topniki są powszechnie stosowane w lutowaniu indukcyjnym. Ta technika jest szczególnie odpowiednia do lutowania ciągłego, w którym to przypadku cewki te owijają się wokół cylindra lub rury, która ma być lutowana.
Lutowanie na podczerwień z ogniskiem światłowodowym
Lutowanie w podczerwieni z ogniskiem światłowodowym to technika, w której wiele źródeł podczerwieni jest prowadzonych przez włókna , a następnie skupianych w jednym miejscu, w którym lutowane jest połączenie.
Lutowanie oporowe
Lutowanie oporowe to lutowanie, w którym ciepło potrzebne do przepływu lutowia jest wytwarzane przez przepuszczanie prądu elektrycznego przez lut. Gdy prąd przepływa przez materiał rezystancyjny, wytwarzany jest pewien poziom ciepła. Regulując ilość przewodzonego prądu i napotkany poziom oporu, można z góry określić i kontrolować ilość wytwarzanego ciepła.
Opór elektryczny (zwykle opisywany jako sprzeciw materiału wobec przepływu prądu elektrycznego) służy do zamiany energii elektrycznej na energię cieplną, ponieważ prąd elektryczny ( I ) przepływający przez materiał o oporności ( R ) wyzwala moc ( P ) równą P = I 2 R , gdzie P to moc mierzona w watach, I to prąd mierzony w amperach, a R to rezystancja mierzona w omach.
Lutowanie oporowe różni się od lutowania przewodowego, w którym ciepło jest wytwarzane w elemencie, a następnie przepuszczane przez przewodzącą ciepło końcówkę do obszaru złącza. Zimna lutownica potrzebuje czasu, aby osiągnąć temperaturę roboczą i musi być utrzymywana w wysokiej temperaturze między złączami lutowniczymi. Transfer ciepła może zostać zahamowany, jeśli końcówka nie jest odpowiednio zwilżona podczas użytkowania. Dzięki lutowaniu oporowemu, bezpośrednio w obszarze złącza, w ściśle kontrolowany sposób, może szybko powstać intensywne ciepło. Pozwala to na szybszy wzrost do wymaganej temperatury topnienia lutu i minimalizuje podróż cieplną od złącza lutowanego, co pomaga zminimalizować ryzyko uszkodzenia termicznego materiałów lub komponentów w otoczeniu. Ciepło jest wytwarzane tylko podczas wykonywania każdego połączenia, dzięki czemu lutowanie oporowe jest bardziej energooszczędne. Sprzęt do lutowania oporowego, w przeciwieństwie do żelazek przewodzących, może być używany do trudnych zastosowań lutowania i lutowania twardego, gdzie mogą być wymagane znacznie wyższe temperatury. To sprawia, że w niektórych sytuacjach odporność jest porównywalna z lutowaniem płomieniowym. Gdy wymaganą temperaturę można osiągnąć za pomocą metody płomieniowej lub oporowej, ciepło oporowe jest bardziej zlokalizowane z powodu bezpośredniego kontaktu, podczas gdy płomień rozprzestrzenia się, ogrzewając potencjalnie większy obszar.
Lutowanie aktywne
Strumień mniej lutowania przy pomocy konwencjonalnych żelaza lutowania , ultradźwiękowego lutowania żelaza lub wyspecjalizowanych naczyniu lutowniczego i aktywnego lutowniczego, który zawiera składnik aktywny, najczęściej tytan , cyrkon lub chrom . Elementy aktywne dzięki aktywacji mechanicznej reagują z powierzchnią materiałów powszechnie uważanych za trudne do lutowania bez metalizacji wstępnej. Luty aktywne można chronić przed nadmiernym utlenianiem ich aktywnego pierwiastka poprzez dodanie pierwiastków ziem rzadkich o wyższym powinowactwie do tlenu (zwykle cer lub lantan ). Innym powszechnym dodatkiem jest gal – zwykle wprowadzany jako promotor zwilżania. Aktywację mechaniczną, niezbędną do aktywnego lutowania, można przeprowadzić przez szczotkowanie (np. szczotką drucianą lub stalową szpachelką) lub wibracje ultradźwiękowe (20–60 kHz). Wykazano, że aktywne lutowanie skutecznie łączy ceramikę, aluminium, tytan, krzem, grafit i nanorurki węglowe w temperaturach niższych niż 450 °C lub przy użyciu atmosfery ochronnej.
Lutowanie a lutowanie twarde
Istnieją trzy formy lutowania, z których każda wymaga coraz wyższych temperatur i zapewnia coraz większą wytrzymałość połączenia:
- lutowania miękkiego, który pierwotnie cyny ołowiu stopu jako spoiwa
- lutowanie srebrem, które wykorzystuje stop zawierający srebro
- lutowanie, które wykorzystuje stop mosiądzu jako wypełniacz
Stop spoiwa dla każdego rodzaju lutowania można dostosować w celu modyfikacji temperatury topnienia spoiwa. Lutowanie różni się znacznie od klejenia tym, że spoiwa łączą się bezpośrednio z powierzchniami przedmiotów obrabianych w miejscu połączenia, tworząc połączenie, które jest zarówno przewodzące elektrycznie, jak i gazo- i cieczoszczelne.
Lutowanie miękkie charakteryzuje się temperaturą topnienia spoiwa poniżej około 400 °C (752°F), podczas gdy lutowanie srebrem i lutowanie twarde wykorzystuje wyższe temperatury, zwykle wymagając palnika płomieniowego lub łukowego w celu osiągnięcia stopienia spoiwa. Spoiwa do lutowania miękkiego to zazwyczaj stopy (często zawierające ołów ), które mają temperaturę likwidusu poniżej 350 °C (662 °F).
W tym procesie lutowania do łączonych części doprowadzane jest ciepło, powodując stopienie lutu i wiązanie się z przedmiotami w procesie stopowania powierzchni zwanym zwilżaniem . W drucie linkowym lut jest wciągany do przewodu między żyłami w wyniku działania kapilarnego w procesie zwanym „przesiąkaniem”. Działanie kapilarne ma również miejsce, gdy przedmioty są bardzo blisko siebie lub stykają się. Wytrzymałość złącza na rozciąganie zależy od użytego spoiwa; w lutowaniu elektrycznym niewielka wytrzymałość na rozciąganie pochodzi z dodanego lutowia, dlatego zaleca się skręcanie lub składanie przewodów przed lutowaniem, aby zapewnić pewną wytrzymałość mechaniczną złącza. Dobre połączenie lutowane zapewnia połączenie przewodzące elektryczność, wodo- i gazoszczelne.
Każdy rodzaj lutu ma swoje zalety i wady. Lut miękki jest tak zwany ze względu na miękki ołów, który jest jego podstawowym składnikiem. Lutowanie miękkie wykorzystuje najniższe temperatury (a więc najmniej obciąża elementy), ale nie tworzy mocnego połączenia i nie nadaje się do zastosowań mechanicznych. Nie nadaje się również do zastosowań w wysokich temperaturach, ponieważ traci wytrzymałość i ostatecznie topi się. Lutowanie srebrem, stosowane przez jubilerów, mechaników oraz w niektórych aplikacjach hydraulicznych, wymaga użycia palnika lub innego źródła o wysokiej temperaturze i jest znacznie mocniejsze niż lutowanie miękkie. Lutowanie zapewnia najmocniejsze z połączeń niespawanych, ale wymaga również najwyższych temperatur do stopienia metalu lutowniczego, co wymaga palnika lub innego źródła wysokiej temperatury oraz przyciemnionych okularów ochronnych, aby chronić oczy przed jasnym światłem wytwarzanym przez rozgrzanie do białości. Często służy do naprawy przedmiotów żeliwnych, mebli z kutego żelaza itp.
Operacje lutowania można wykonywać za pomocą narzędzi ręcznych, jedno połączenie na raz lub masowo na linii produkcyjnej. Lutowanie ręczne wykonuje się zwykle lutownicą , pistoletem lutowniczym lub palnikiem , a czasami ołówkiem na gorące powietrze . Obróbka blachy była tradycyjnie wykonywana za pomocą „lutów miedzianych” ogrzewanych bezpośrednio płomieniem, z wystarczającą ilością ciepła zgromadzonego w masie miedzi lutowniczej, aby ukończyć połączenie; wygodniejsze są palniki gazowe (np. butan lub propan) lub elektrycznie podgrzewane lutownice. Wszystkie połączenia lutowane wymagają tych samych elementów oczyszczenia łączonych części metalowych, dopasowania połączenia, podgrzania części, nałożenia topnika, nałożenia wypełniacza, odprowadzenia ciepła i utrzymywania połączenia nieruchomo aż do całkowitego zestalenia spoiwa. W zależności od rodzaju użytego materiału topnikowego i zastosowania, może być wymagane czyszczenie złącza po jego ostygnięciu.
Każdy stop lutowniczy ma właściwości, które najlepiej sprawdzają się w określonych zastosowaniach, w szczególności wytrzymałość i przewodność, a każdy rodzaj lutu i stopu ma różne temperatury topnienia. Termin lut srebrny oznacza rodzaj użytego lutu. Niektóre luty miękkie są stopami zawierającymi srebro, używanymi do lutowania elementów posrebrzanych. Luty na bazie ołowiu nie powinny być stosowane do metali szlachetnych, ponieważ ołów rozpuszcza metal i zniekształca go.
Lutowanie i lutowanie twarde
Rozróżnienie między lutowaniem a lutowaniem twardym opiera się na temperaturze topnienia stopu wypełniacza. Jako praktyczne rozgraniczenie między lutowaniem a lutowaniem stosuje się zwykle temperaturę 450 °C. Lutowanie miękkie można wykonać za pomocą rozgrzanego żelazka, podczas gdy inne metody zwykle wymagają palnika o wyższej temperaturze lub pieca do stopienia spoiwa.
Zwykle wymagany jest inny sprzęt, ponieważ lutownica nie może osiągnąć wystarczająco wysokich temperatur do twardego lutowania lub lutowania twardego. Spoiwo do lutowania twardego jest mocniejsze niż lut srebrny, który jest mocniejszy niż lut miękki na bazie ołowiu. Luty do lutowania twardego są formułowane głównie pod kątem wytrzymałości, lut srebrny jest używany przez jubilerów do ochrony metalu szlachetnego oraz przez mechaników i techników chłodnictwa ze względu na jego wytrzymałość na rozciąganie, ale niższą temperaturę topnienia niż lutowanie, a główną zaletą lutu miękkiego jest niska temperatura (do zapobiec uszkodzeniom cieplnym elementów elektronicznych i izolacji).
Ponieważ złącze jest wytwarzane przy użyciu metalu o niższej temperaturze topnienia niż obrabiany przedmiot, złącze ulegnie osłabieniu w miarę zbliżania się temperatury otoczenia do temperatury topnienia lutu. Z tego powodu procesy w wyższych temperaturach dają spoiny, które są skuteczne w wyższych temperaturach. Połączenia lutowane mogą być tak mocne lub prawie tak mocne jak części, które łączą, nawet w podwyższonych temperaturach.
Lutowanie srebrem
„Lutowanie twarde” lub „lutowanie srebrem” służy do łączenia metali szlachetnych i półszlachetnych, takich jak złoto, srebro, mosiądz i miedź. Lut jest zwykle określany jako łatwy, średni lub twardy w odniesieniu do jego temperatury topnienia, a nie wytrzymałości złącza. Bardzo łatwy lut zawiera 56% srebra i ma temperaturę topnienia 618 °C (1145 °F). Bardzo twardy lut zawiera 80% srebra i topi się w temperaturze 740 °C (1370 °F). Jeśli potrzebnych jest wiele połączeń, jubiler zacznie od twardego lub bardzo twardego lutu, a później przełączy się na luty o niższej temperaturze.
Lut srebrny jest w pewnym stopniu pochłaniany przez otaczający metal, co powoduje, że połączenie jest w rzeczywistości mocniejsze niż łączony metal. Łączony metal musi być idealnie wyrównany, ponieważ lut srebrny nie może być normalnie używany jako wypełniacz i nie wypełnia szczelin.
Kolejną różnicą między lutowaniem a lutowaniem jest sposób nakładania lutu. Podczas lutowania używa się na ogół prętów, które są dotykane do złącza podczas podgrzewania. W przypadku lutowania srebrem małe kawałki drutu lutowniczego są umieszczane na metalu przed podgrzaniem. Topnik, często wykonany z kwasu borowego i denaturowanego alkoholu, jest używany do utrzymania metalu i lutowia w czystości oraz do zapobiegania przemieszczaniu się lutowia przed stopieniem.
Kiedy lut srebrny topi się, ma tendencję do płynięcia w kierunku obszaru największego ciepła. Jubilerzy mogą w pewnym stopniu kontrolować kierunek, w którym porusza się lut, prowadząc go z pochodnią; czasami nawet biegnie prosto wzdłuż szwu.
Lutowanie mechaniczne i aluminium
Szereg materiałów lutowniczych, głównie cynk stopy, służą do lutowania metalu, aluminium lub ich stopów, w mniejszym stopniu, ze stali i cynku. To lutowanie mechaniczne jest podobne do operacji lutowania niskotemperaturowego pod tym względem, że właściwości mechaniczne złącza są dość dobre i można je stosować do napraw strukturalnych tych materiałów.
W amerykański Welding Society definiuje lutowanie, jak przy użyciu wypełniaczy metali o temperaturach topnienia powyżej 450 ° C (842 ° F), - albo przez tradycyjną definicję w Stanach Zjednoczonych ponad 800 ° F (427 ° C). Stopy do lutowania aluminium zazwyczaj mają temperatury topnienia około 730°F (388°C). Ta operacja lutowania / lutowania twardego może wykorzystywać źródło ciepła z propanem.
Materiały te są często reklamowane jako „spawanie aluminium”, ale proces ten nie obejmuje topienia metalu nieszlachetnego, a zatem nie jest właściwie spoiną.
Standard wojskowy Stanów Zjednoczonych lub specyfikacja MIL-SPEC MIL-R-4208 określa jedną normę dla tych lutowanych stopów na bazie cynku. Szereg produktów spełnia tę specyfikację. lub bardzo podobne standardy wydajności.
Lutowanie rur
Rura miedziana lub „rurka” jest zwykle łączona przez lutowanie. W przypadku zastosowania w branży hydraulicznej w Stanach Zjednoczonych, lutowanie jest często określane jako pocenie się , a wykonane w ten sposób połączenie rurowe jest określane jako spocone połączenie .
Poza Stanami Zjednoczonymi „pocenie się” odnosi się do łączenia płaskich powierzchni metalowych w dwuetapowym procesie, w którym lut jest najpierw nakładany na jedną powierzchnię, a następnie ten pierwszy element jest umieszczany w miejscu na drugiej powierzchni i oba są ponownie podgrzewane aby osiągnąć pożądane połączenie.
Rury miedziane odprowadzają ciepło znacznie szybciej niż może zapewnić konwencjonalna ręczna lutownica lub pistolet, dlatego najczęściej używa się palnika propanowego, aby zapewnić niezbędną moc; w przypadku przewodów i złączek o dużych rozmiarach stosuje się palnik MAPP , acetylen lub propylen z powietrzem atmosferycznym jako utleniaczem; MAPP/tlen lub acetylen/tlen są rzadko używane, ponieważ temperatura płomienia jest znacznie wyższa niż temperatura topnienia miedzi. Zbyt duża ilość ciepła niszczy stan hartowanej rurki miedzianej i może wypalić topnik ze złącza przed dodaniem lutu, powodując wadliwe złącze. W przypadku rur o większych rozmiarach stosuje się palnik wyposażony w różne rozmiary wymiennych końcówek wirowych, aby zapewnić wymaganą moc grzewczą. W rękach wykwalifikowanego rzemieślnika , gorętszy płomień acetylenu, MAPP lub propylenu pozwala na wykonanie większej liczby połączeń na godzinę bez uszkodzenia hartowania miedzi.
Jednakże, możliwe jest użycie urządzenia elektrycznego do lutowania połączeń w rurze miedzianej których wielkość od 8 do 22 mm ( 3 / 8 do 7 / 8 cala). Na przykład, Antex Pipemaster jest zalecany do stosowania w ciasnych przestrzeniach, gdy otwarty ogień jest niebezpieczny lub przez użytkowników zrób to sam . Te szczypce -jak zastosowań narzędzia ogrzewano dopasowanych szczęk, które całkowicie otaczają rury, co umożliwia wspólne być stopiony w zaledwie 10 sekund.
Złączki lutowane, znane również jako złączki kapilarne , są zwykle używane do połączeń miedzianych. Te złączki to krótkie odcinki gładkiej rury zaprojektowane do przesuwania się po zewnętrznej stronie współpracującej rury. Powszechnie stosowane łączniki obejmują złącza proste, redukcje, łuki i trójniki. Istnieją dwa rodzaje złączek lutowniczych: złącza doprowadzające końcówkę, które nie zawierają lutu, oraz złącza z pierścieniem lutowniczym (znane również jako złącza Yorkshire), w których pierścień lutowniczy znajduje się w małym okrągłym wgłębieniu wewnątrz złącza.
Podobnie jak w przypadku wszystkich połączeń lutowanych, wszystkie łączone części muszą być czyste i pozbawione tlenków. Dostępne są wewnętrzne i zewnętrzne szczotki druciane dla typowych rozmiarów rur i kształtek; Często stosuje się również płótno szmerglowe i wełnę drucianą, chociaż odradza się stosowanie produktów z wełny metalowej, ponieważ mogą one zawierać olej, który mógłby zanieczyścić złącze.
Ze względu na rozmiar zaangażowanych części oraz wysoką aktywność i skłonność płomienia do zanieczyszczenia, topniki hydrauliczne są zazwyczaj znacznie bardziej aktywne chemicznie i często bardziej kwaśne niż topniki elektroniczne. Ponieważ połączenia hydrauliczne można wykonywać pod dowolnym kątem, nawet do góry nogami, topniki hydrauliczne są zwykle formułowane w postaci past, które pozostają na miejscu lepiej niż płyny. Topnik nakłada się na wszystkie powierzchnie złącza, wewnątrz i na zewnątrz. Resztki topnika są usuwane po zakończeniu połączenia, aby zapobiec erozji i awarii połączenia.
Dostępnych jest wiele preparatów lutu instalacyjnego o różnych właściwościach, takich jak wyższa lub niższa temperatura topnienia, w zależności od konkretnych wymagań zadania. Obecnie przepisy budowlane niemal powszechnie wymagają stosowania lutu bezołowiowego w rurociągach z wodą pitną, chociaż nadal dostępny jest tradycyjny lut cynowo-ołowiowy. Badania wykazały, że rury kanalizacyjne lutowane ołowiem mogą powodować podwyższony poziom ołowiu w wodzie pitnej.
Ponieważ rura miedziana szybko odprowadza ciepło z połączenia, należy zachować szczególną ostrożność, aby zapewnić odpowiednie nagrzanie połączenia, aby uzyskać dobre połączenie. Po prawidłowym oczyszczeniu złącza, stopieniu i dopasowaniu, płomień palnika jest przykładany do najgrubszej części złącza, zwykle złączki z rurą w środku, a lut nakładany jest na szczelinę między rurą a złączką. Gdy wszystkie części zostaną podgrzane, lut stopi się i wpłynie do złącza pod wpływem działania kapilarnego. Być może trzeba będzie przesunąć palnik wokół złącza, aby upewnić się, że wszystkie obszary są zwilżone. Instalator musi jednak uważać, aby nie przegrzać lutowanych obszarów. Jeśli rura zaczyna się odbarwiać, oznacza to, że rura została przegrzana i zaczyna się utleniać, zatrzymując przepływ lutowia i powodując nieprawidłowe uszczelnienie złącza lutowanego. Przed utlenianiem roztopione lutowie będzie podążać za ciepłem palnika wokół złącza. Gdy złącze jest odpowiednio zwilżone, lut, a następnie ciepło są usuwane, a gdy złącze jest nadal bardzo gorące, zwykle przeciera się je suchą szmatką. Usuwa nadmiar lutowia oraz pozostałości topnika, zanim ostygnie i stwardnieje. W przypadku połączenia pierścieniem lutowniczym, połączenie jest podgrzewane, aż pierścień stopionego lutu jest widoczny wokół krawędzi złączki i pozostawiony do ostygnięcia.
Spośród trzech metod łączenia rurek miedzianych, połączenia lutowane wymagają największych umiejętności, ale lutowanie miedzi jest bardzo niezawodnym procesem, pod warunkiem spełnienia pewnych podstawowych warunków:
- Rurki i złączki muszą być oczyszczone do gołego metalu bez nalotu
- Każde ciśnienie powstające w wyniku ogrzewania rurek musi mieć wylot
- Spoina musi być sucha (co może być trudne przy naprawie rur wodociągowych)
Miedź jest tylko jednym z materiałów łączonych w ten sposób. Złączki mosiężne są często używane do zaworów lub jako łączniki między miedzią a innymi metalami. Rury mosiężne są lutowane w ten sposób przy wytwarzaniu instrumentów dętych blaszanych i niektórych instrumentów dętych drewnianych (saksofon i flet)
Szczotką drucianą , wełną stalową i płótno szmerglowe są powszechnie stosowane do wytwarzania złącza hydrauliczne połączenie. Szczotki z włosia są zwykle używane do nakładania topnika do pasty hydraulicznej. Ciężka szmata jest zwykle używana do usuwania topnika ze złącza hydraulicznego, zanim ostygnie i stwardnieje. Można również użyć szczotki z włókna szklanego.
Podczas lutowania rur ściśle połączonych z zaworami, na przykład w układach chłodniczych, może być konieczne zabezpieczenie zaworu przed ciepłem, które może uszkodzić elementy gumowe lub plastikowe wewnątrz, w tym przypadku mokra szmatka owinięta wokół zaworu często może zatopić wystarczającą ilość ciepła poprzez gotowanie woda do ochrony zaworu.
Wady lutowania rur miedzianych
Przy łączeniu rurki miedzianej nieprawidłowe nagrzanie i wypełnienie złącza może prowadzić do powstania „pustki”. Jest to zwykle wynikiem niewłaściwego umieszczenia płomienia. Jeśli ciepło płomienia nie jest skierowane na tył kielicha złączki, a drut lutowniczy jest przyłożony naprzeciw płomienia, lut szybko wypełni otwór złączki, zatrzymując trochę topnika wewnątrz złącza. Ta bańka uwięzionego strumienia jest pustką; obszar wewnątrz złącza lutowanego, w którym lut nie jest w stanie całkowicie wypełnić kielicha okucia, ponieważ topnik został uszczelniony wewnątrz złącza, uniemożliwiając lutowi zajęcie tej przestrzeni.
Lutowanie witrażowe
Historycznie, groty lutownicze witrażowe były miedziane, ogrzewane przez umieszczenie w palenisku opalanym węglem drzewnym . Użyto wielu końcówek; gdy jedna końcówka ostygła po użyciu, umieszczano ją z powrotem w palenisku z węglem drzewnym i używano kolejnej końcówki.
Od niedawna stosuje się podgrzewane elektrycznie lutownice. Są one ogrzewane przez cewkę lub ceramiczny element grzejny wewnątrz końcówki żelazka. Dostępne są różne moce znamionowe, a temperatura może być kontrolowana elektronicznie. Te cechy pozwalają na dłuższe kulki bez przerywania pracy w celu zmiany końcówek. Lutownice zaprojektowane do użytku elektronicznego są często skuteczne, chociaż czasami mają zbyt małą moc, ponieważ ciężka miedź i ołów były używane w witrażach. Kwas oleinowy to klasyczny topnik stosowany do poprawy lutowności.
Witraż typu Tiffany powstaje poprzez naklejenie folii miedzianej na krawędzie kawałków szkła, a następnie zlutowanie ich ze sobą. Ta metoda umożliwia tworzenie trójwymiarowych witraży.
Lutowanie elektroniki
Lutowanie ręczne
W przypadku mocowania elementów elektronicznych do PCB , odpowiedni dobór i użycie topnika zapobiega utlenianiu podczas lutowania; ma zasadnicze znaczenie dla dobrego zwilżania i wymiany ciepła. Lutownica końcówki muszą być czyste i wstępnie konserwy z lutu zapewnić szybkie przenoszenie ciepła.
Połączenia elektroniczne są zwykle wykonywane między powierzchniami, które zostały ocynowane i rzadko wymagają czyszczenia mechanicznego, chociaż zmatowione wyprowadzenia komponentów i ślady miedzi z ciemną warstwą pasywacji tlenkowej (z powodu starzenia), jak na nowej płycie prototypowej, która była na półce około roku lub dłużej, może wymagać czyszczenia mechanicznego.
Aby uprościć lutowanie, początkującym zwykle zaleca się nakładanie lutownicy i lutu osobno na złącze, zamiast lutowania bezpośrednio na żelazo. Po nałożeniu wystarczającej ilości lutu drut lutowniczy jest usuwany. Gdy powierzchnie zostaną odpowiednio podgrzane, lut będzie opływał elementy obrabiane. Żelazo jest następnie usuwane ze złącza.
Jeśli wszystkie powierzchnie metalowe nie zostały odpowiednio oczyszczone ("topnik") lub całkowicie powyżej temperatury topnienia użytego lutowia, wynikiem będzie zawodne połączenie ("zimne lutowanie"), nawet jeśli jego wygląd może sugerować coś innego.
Nadmiar lutowia, niezużyty topnik i pozostałości są czasami usuwane z grotu lutownicy między złączami. Końcówka końcówki (zwykle pokryta żelazem w celu zmniejszenia erozji) jest zwilżona lutowiem („cynowana”), gdy jest gorąca, aby ułatwić lutowanie i zminimalizować utlenianie i korozję samej końcówki.
Po włożeniu elementu montowanego w otworze przelotowym nadmiar ołowiu jest odcinany, pozostawiając długość około promienia podkładki.
Techniki lutowania ręcznego wymagają dużych umiejętności w przypadku lutowania drobnozwojowego pakietów chipów do montażu powierzchniowego . W szczególności urządzenia z układem siatki kulowej (BGA) są bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe, do ręcznego przerobienia.
Zimne połączenia
W procesie lutowania mogą pojawić się różne problemy, które prowadzą do niefunkcjonalności połączeń natychmiast lub po okresie użytkowania.
Najczęstsza wada przy lutowaniu ręcznym wynika z tego, że łączone części nie przekraczają temperatury likwidusu lutu, co skutkuje powstaniem połączenia „zimnego lutu”. Jest to zwykle wynikiem bezpośredniego użycia lutownicy do podgrzewania lutowia, a nie samych części. Prawidłowo wykonane żelazko nagrzewa łączone części, które z kolei topią lut, gwarantując odpowiednie ciepło łączonych części do dokładnego zwilżenia. W przypadku używania drutu lutowniczego z osadzonym rdzeniem topnikowym, najpierw podgrzanie lutowia może spowodować odparowanie topnika, zanim oczyści on lutowane powierzchnie.
Połączenie lutowane na zimno może w ogóle nie przewodzić lub może przewodzić tylko sporadycznie. Złącza lutowane na zimno również zdarzają się w masowej produkcji i są częstą przyczyną sprzętu, który przechodzi testy, ale po kilku latach eksploatacji działa nieprawidłowo.
Suche fugi
Podczas przesuwania lutowia chłodzącego pojawia się „suche połączenie”. Ponieważ nieeutektyczne stopy lutownicze mają niewielki zakres plastyczności, złącze nie może być przesuwane, dopóki lut nie ostygnie zarówno w temperaturach likwidusu, jak i solidusu. Suche spoiny często występują, ponieważ spoina porusza się, gdy lutownica jest usuwana ze spoiny. Są słabymi mechanicznie i słabymi przewodnikami elektrycznymi.
Unikanie przegrzania elementów
W przypadku lutowania ręcznego narzędzie będące źródłem ciepła jest tak dobrane, aby dostarczało ciepło odpowiednie do rozmiaru złącza, które ma być wykonane. 100-watowa lutownica może dostarczać zbyt dużo ciepła płytkom drukowanym (PCB), podczas gdy 25 -watowa lutownica nie zapewni wystarczającej ilości ciepła dla dużych złączy elektrycznych.
Używanie narzędzia o zbyt wysokiej temperaturze może uszkodzić wrażliwe elementy, ale długotrwałe nagrzewanie przez zbyt zimne lub zbyt słabe narzędzie może również spowodować uszkodzenie cieplne. Nadmierne nagrzewanie PCB może spowodować rozwarstwienie — ślady miedzi mogą faktycznie oderwać się od podłoża, szczególnie na jednostronnych PCB bez platerowania otworów przelotowych .
Podczas lutowania ręcznego na wyprowadzeniach elementów wrażliwych na ciepło można użyć radiatora , takiego jak krokodyl, aby zmniejszyć przenoszenie ciepła do elementów i uniknąć ich uszkodzenia. Dotyczy to szczególnie części z germanu .
Radiator ogranicza temperaturę korpusu elementu, pochłaniając i rozpraszając ciepło, zmniejszając opór cieplny między elementem a powietrzem. Tymczasem rezystancja termiczna wyprowadzeń utrzymuje różnicę temperatur między częścią lutowanych wyprowadzeń a korpusem elementu. W ten sposób przewody stają się wystarczająco gorące, aby stopić lut, podczas gdy korpus elementu pozostaje chłodniejszy. Radiator będzie oznaczał użycie większej ilości ciepła do wykonania połączenia, ponieważ ciepło odebrane przez radiator nie będzie nagrzewać obrabianych elementów.
Podzespoły, które rozpraszają duże ilości ciepła podczas pracy, są czasami wynoszone nad płytkę drukowaną, aby uniknąć przegrzania płytki drukowanej. Plastikowe lub metalowe klipsy montażowe lub uchwyty mogą być używane z dużymi urządzeniami, aby wspomóc odprowadzanie ciepła i zmniejszyć naprężenia połączeń.
Kontrola wzrokowa połączeń
Po oględzinach dobre połączenie lutowane będzie gładkie, jasne i błyszczące, z wyraźnie widocznym zarysem lutowanego drutu. Ogólnie dobrze wyglądające złącze lutowane jest dobrym złączem.
Matowa szara powierzchnia jest dobrym wskaźnikiem połączenia, które zostało przesunięte podczas lutowania. Sucha fuga ma charakterystyczny matowy lub ziarnisty wygląd zaraz po wykonaniu fugi. Ten wygląd jest spowodowany krystalizacją ciekłego lutowia. Zbyt mało lutowia spowoduje suche i zawodne połączenie.
Połączenia lutowane na zimno są matowe, a czasem popękane lub podziurawione. Jeśli złącze ma grudki lub kulki błyszczącego lutowia, metal nie został prawidłowo zwilżony. Zbyt duża ilość lutowia (znana „kropelka lutownicza” dla początkujących) niekoniecznie jest niezdrowa, ale zwykle oznacza słabe zwilżanie.
Wklęsły filet jest idealny. Granica między lutowiem a przedmiotem obrabianym w dobrym połączeniu będzie miała mały kąt. Wskazuje to na dobre zwilżanie i minimalne zużycie lutu, a tym samym minimalne nagrzewanie elementów wrażliwych na ciepło. Spoina może być dobra, ale jeśli użyto dużej ilości niepotrzebnego lutowia, to oczywiście wymagane było nadmierne nagrzewanie.
Bezołowiowe preparaty lutownicze mogą schłodzić się do matowej powierzchni, nawet jeśli połączenie jest dobre. Lut wygląda na lśniący w stanie stopionym i nagle mętnieje, gdy się zestala, mimo że nie został naruszony podczas chłodzenia.
Użycie topnika i pozostałości
Niewłaściwie dobrany lub zastosowany topnik może spowodować uszkodzenie połączenia. Bez topnika złącze może nie być czyste lub może ulec utlenieniu, co skutkuje złym stanem złącza.
W pracach elektronicznych zwykle stosuje się drut lutowniczy z rdzeniem topnikowym, ale dodatkowy topnik można użyć za pomocą pisaka lub dozować z małej butelki za pomocą igły podobnej do strzykawki.
Niektóre topniki są zaprojektowane tak, aby były stabilne i nieaktywne po ostygnięciu i nie trzeba ich czyścić, chociaż można je w razie potrzeby. Jeśli takie topniki są używane, czyszczenie może być jedynie kwestią estetyki lub ułatwienia wizualnej kontroli połączeń w specjalistycznych zastosowaniach o znaczeniu krytycznym, takich jak urządzenia medyczne, wojsko i lotnictwo. W przypadku satelitów zmniejszy to również wagę, ale jest to przydatne. W warunkach wysokiej wilgotności, ponieważ nawet topnik nie powodujący korozji może pozostać lekko aktywny, topnik można usunąć, aby z czasem zredukować korozję.
Niektóre topniki są korozyjne i po lutowaniu należy usunąć pozostałości topnika. Jeśli nie zostanie odpowiednio oczyszczony, topnik może spowodować korozję złącza lub płytki drukowanej. Woda, alkohol, aceton lub inne rozpuszczalniki kompatybilne z topnikiem i zaangażowanymi częściami są powszechnie używane z wacikami bawełnianymi lub szczotkami z włosia.
W niektórych zastosowaniach płytka drukowana może być również pokryta pewną formą materiału ochronnego, takiego jak lakier, aby ją chronić i odsłonięte złącza lutowane przed wpływem środowiska.
Rozlutowywanie i przelutowywanie
Zużyty lut zawiera część rozpuszczonych metali nieszlachetnych i nie nadaje się do ponownego wykorzystania przy wykonywaniu nowych połączeń. Po osiągnięciu zdolności lutowniczej do metalu nieszlachetnego, nie będzie on już prawidłowo wiązał się z metalem nieszlachetnym, zwykle powodując kruche połączenie lutowane na zimno o krystalicznym wyglądzie.
Dobrą praktyką jest usuwanie lutowia ze złącza przed ponownym lutowaniem — można użyć plecionek rozlutowujących (lub knotów) lub urządzeń do rozlutowywania próżniowego ( przyssawki lutowia ). Knoty do rozlutowywania zawierają dużą ilość topnika, który usunie utlenianie ze śladu miedzi i wszelkich obecnych wyprowadzeń urządzenia. To pozostawi jasne, lśniące, czyste złącze do ponownego lutowania.
Niższa temperatura topnienia lutu oznacza, że można go odtopić od metalu podstawowego, pozostawiając go w większości nienaruszonym, chociaż zewnętrzna warstwa zostanie „pocynowana” lutem. Pozostanie topnik, który można łatwo usunąć za pomocą procesów ściernych lub chemicznych. Ta ocynowana warstwa pozwoli na przepływ lutowia na nowe złącze, w wyniku czego powstanie nowe złącze, a także sprawi, że nowy lut spłynie bardzo szybko i łatwo.
Lutowanie na fali i lutowanie rozpływowe
Obecnie masowo produkowane obwody drukowane (PCB) są w większości lutowane na fali lub rozpływowo , choć nadal szeroko stosowane jest również ręczne lutowanie elektroniki produkcyjnej.
W przypadku lutowania na fali komponenty są przygotowywane (przycinane lub modyfikowane) i instalowane na płytce drukowanej. Czasami, aby zapobiec ruchom, są tymczasowo utrzymywane na miejscu małymi kroplami kleju lub mocowane osprzętem, a następnie zespół jest przepuszczany przez spływający lut w pojemniku zbiorczym. Ten przepływ lutowia jest zmuszony do wytworzenia fali stojącej, więc cała płytka drukowana nie jest zanurzona w lutowiu, ale po prostu dotykana. Efekt końcowy jest taki, że lut pozostaje na pinach i padach, ale nie na samej płytce drukowanej.
Lutowanie rozpływowe to proces, w którym pasta lutownicza (mieszanina wstępnie stopionego proszku lutowniczego i topnika o konsystencji przypominającej masło orzechowe) jest używana do przyklejania elementów do ich podkładek mocujących, po czym zestaw jest podgrzewany przez lampy na podczerwień, ołówka na gorące powietrze lub, częściej, poprzez przepuszczenie go przez starannie kontrolowany piekarnik.
Ponieważ różne komponenty można najlepiej zmontować różnymi technikami, często stosuje się dwa lub więcej procesów dla danej płytki drukowanej. Na przykład, części montowane powierzchniowo mogą być najpierw lutowane rozpływowo, następnie następuje proces lutowania na fali dla komponentów montowanych przelotowo , a na końcu części o większej objętości są lutowane ręcznie.
Przepływ gorącego paska
Reflow Hot-bar to selektywny proces lutowania, w którym dwie wstępnie topione, pokryte lutowiem części są podgrzewane za pomocą elementu grzejnego (zwanego termodą) do temperatury wystarczającej do stopienia lutowia.
Podczas całego procesu (zwykle 15 sekund) wywierany jest nacisk, aby zapewnić, że komponenty pozostaną na miejscu podczas chłodzenia. Element grzejny jest podgrzewany i chłodzony dla każdego połączenia. W elemencie grzejnym można zastosować do 4000 W , co pozwala na szybkie lutowanie, dobre wyniki przy połączeniach wymagających dużej energii.
Przepisy środowiskowe i RoHS
Przepisy dotyczące ochrony środowiska w wielu krajach doprowadziły do zmiany formuły zarówno lutów, jak i topników.
W RoHS dyrektyw w Wspólnocie Europejskiej wymaga wiele nowych podzespołów elektronicznych być bezołowiowa dnia 1 lipca 2006 roku, głównie w branży dóbr konsumpcyjnych, ale w niektórych innych. W Japonii ołów został wycofany przed wprowadzeniem przepisów przez producentów, ze względu na dodatkowe koszty recyklingu produktów zawierających ołów.
Rozpuszczalne w wodzie topniki nie na bazie kalafonii są coraz częściej stosowane od lat 80-tych, dzięki czemu lutowane płyty można czyścić wodą lub środkami czyszczącymi na bazie wody. Eliminuje to niebezpieczne rozpuszczalniki ze środowiska produkcyjnego i ścieków fabrycznych.
Nawet bez obecności ołowiu lutowanie może wydzielać opary, które są szkodliwe i/lub toksyczne dla ludzi. Zdecydowanie zaleca się użycie urządzenia, które może usuwać opary z obszaru roboczego poprzez wentylację na zewnątrz lub filtrowanie powietrza.
Bezołowiowe
Lutowanie bezołowiowe wymaga wyższych temperatur lutowania niż lutowanie ołowiowo-cynowe. Lut eutektyczny Sn Pb 63/37 topi się w183 °C . Lut bezołowiowy SAC topi się w217–220 °C . Niemniej jednak w związku z tym przedsięwzięciem pojawiło się wiele nowych wyzwań technicznych. Aby obniżyć temperaturę topnienia stopów lutowniczych na bazie cyny, należało zbadać różne nowe stopy, z dodatkami miedzi, srebra i bizmutu jako typowymi drobnymi dodatkami w celu obniżenia temperatury topnienia i kontroli innych właściwości. Ponadto cyna jest metalem bardziej korozyjnym i może ostatecznie doprowadzić do awarii kąpieli lutowniczych.
Konstrukcja bezołowiowa rozszerzyła się również na komponenty, szpilki i złącza. Większość z tych szpilek używała miedzianych ramek i albo ołowiu, cyny, złota lub innych wykończeń. Wykończenia cynowe są najbardziej popularnymi wykończeniami bezołowiowymi. Niemniej jednak pojawia się pytanie, jak radzić sobie z cynowymi wąsami . Obecny ruch sprowadza przemysł elektroniczny z powrotem do problemów rozwiązanych w latach 60. poprzez dodanie ołowiu. JEDEC stworzył system klasyfikacji, aby pomóc producentom elektroniki bezołowiowej zdecydować, jakie środki zastosować wobec wąsów, w zależności od ich zastosowania.