Lutowanie miękkie – co trzeba o tym wiedizeć

Lutowanie to proces spajania najczęściej dwóch metali za pomocą stopionego lutu, który także jest metalem, ale jego temperatura topnienia jest o wiele niższa od materiałów łączonych.

Lutowanie miękkie – co trzeba o tym wiedzieć

Lutować elementy to nie jest to samo co je spawać, dlatego że w spawaniu łączone metale także ulegają  nadtopieniu, co w lutowaniu nie ma miejsca – tutaj tylko lut ulega upłynnieniu. Zjawiska umożliwiające połączenie się w ten sposób dwóch materiałów to między innymi dyfuzja, czyli wnikanie cząstek jednego materiału (lutu) w drugi (materiał spajany). Również jest to zwilżanie, czyli taka właściwość substancji, która umożliwia pokrywanie się lutu na powierzchni łączonej.

Zjawisko kapilarne także jest ważne przy lutowaniu, umożliwia wnikanie lutu w szczelinę lutowanych elementów. Rozróżniamy dwa rodzaje lutowania: lutowanie miękkie i twarde. Odróżnia je zakres temperatury topienia się lutu. Umowną temperaturą graniczną jest 450°C, poniżej niej jest lutowanie miękkie, powyżej lutowanie twarde.

Charakterystyka lutowania miękkiego

Zaletą lutowania miękkiego jest niska temperatura łączenia, zazwyczaj jest to 183-280°C. Ze względu na to nie jest wymagane duże dostarczenie energii,  tak jak w przypadku lutowania twardego, gdzie temperatury dochodzą nawet do 1100 °C.  Dlatego też jest to dobra metoda do zastosowania nie tylko w przemyśle, ale także na użytek domowy.

Jej dobrą cechą jest także to, że umożliwia zwilżanie większości metali, a więc także ich lutowanie. Natomiast wadą, a co za tym idzie ograniczeniem tego procesu jest jego wcześniejsza zaleta, czyli temperatura topnienia. Przedmioty lutowane tą metodą nie mogą pracować w temperaturze większej niż 50-250°C. Lutowane elementy nie mogą być także poddawane dużym naprężeniom, łączenie to nie jest zaliczane do łączeń wytrzymałych.

Zastosowanie lutu miękkiego

Lutowanie miękkie ma wszechstronne zastosowanie w elektronice. Począwszy od domowego elektronika-hobbysty przy lutowaniu przewodów, układów elektronicznych, po przemysł, gdzie lutowanie jest procesem zupełnie zautomatyzowanym, tak jak przy lutowaniu płytek drukowanych, dla wyrafinowanych układów scalonych.  Metoda ta stosowana jest także zupełnie w innych obszarach takich jak przy łączeniu rynien,  elementów blaszanych dachu, rur miedzianych, blach ocynkowanych, stalowych.

Ze względu na główny pierwiastek lut występuje na osnowie:

• cyny,
• cynku,
• kadmu,
• bizmutu,
• indu,
• galu.

Głównymi materiałami lutowanymi są:

• miedź,
• mosiądz,
• nikiel,
• stal,
• cynk.

Topnik – jego rola w lutowaniu

Topnik polepsza spajanie w trakcie lutowania. Poprawia zwilżalność i wnikanie, oczyszcza, usuwa tlenki, zapobiega utlenianiu lutu, obniża temperaturę topnienia. Występuje w postaci żrących płynów, past lutowniczych albo w formie stałej tak jak kalafonia, która jest stosowana przy lutowaniu stopem cynowo-ołowiowym i  jest substancją naturalną, a mianowicie  żywicą uzyskaną z drzew iglastych.

Za pomocą czego i jaką metodą lutować?

Ze względu na sposób lutowania możemy wyróżnić lutownice elektryczne, które lutują za pomocą rozgrzanego grotu na skutek przepływającego prądu. Grot na końcu lutownicy służy do topienia i nakładania lutu z topikiem na połączenie. Najbardziej rozpowszechnioną lutownicą elektryczną jest lutownica transformatorowa-pistoletowa do lutowania drutów miedzianych, układów elektrycznych oraz większych podzespołów elektronicznych. Posiada ona oświetlenie  dla wygodniejszego lutowania.

Do lutowania bardziej precyzyjnego, dla mniejszych elementów elektronicznych służy lutownica kolbowa. Posiada ona stację, w której można trzymać nagrzany grot, ma ona możliwość dokładnej zmiany temperatury lutowania.  Dla powyższych lutownic alternatywą dla łączenia układów  jest lutownica bateryjna. Jej mała wielkość bez przewodu zasilającego, tylko na baterie pozwala na większą wygodę i mobilność w lutowaniu, tam gdzie jest problem z dostaniem się do gniazdka elektrycznego.

Innym sposobem lutowania jest metoda bezdotykowa, do której zalicza się lutowanie gorącym powietrzem. Takie lutownice poprzez nadmuch powietrza o wysokiej temperaturze dobrze sprawdzają się przy delikatnej elektronice, najbardziej przy jej rozlutowywaniu.

Małą lutownicą może być także lutownica gazowa na butan. Podobnie jak lutownica bateryjna jest poręczna, stosowana do  lutowania przewodów, ale także biżuterii do łączenia różnych metali. Do lutowania większych elementów na przykład rur miedzianych za pomocą cyny stosuje się palnik z butlą na propan-butan.

Lutowanie na zawołanie

Lutowanie miękkie jest ogólnodostępną metodą, bardzo często wykorzystywaną w  przemyśle. Bez niej nie mógłby istnieć rozwój, a prawie wszystkie rzeczy działające na prąd mają w sobie połączenia tego typu. Jest też przydatna w życiu codziennym, stosuje się ją przykładowo w łączeniu miedzianych rur na wodę.

Lutowanie miękkie cały czas ewoluuje, jest coraz bardziej dokładne i szybsze, np. ma to miejsce przy podzespołach elektronicznych. Po wejściu w życie rozporządzeń o wycofywaniu lutów z ołowiem ze względów zdrowotnych wiele firm musiało uporać się z problemem, że wprowadzone nowe luty miały właściwości technologiczne odbiegające od materiałów z ołowiem.

Rozwój lutowania trwa od czasów starożytnych, gdzie wyrabiano za jego pomocą biżuterię i trwać zapewne będzie dalej, bo jest to dobra metoda do szybkiego łączenia materiałów, nie zmieniająca ich kształtu i właściwości.