2.1. Lutowanie - Podstawy - Jaka lutownica?

Co będzie ci potrzebne?

Na początek kilka narzędzi. Mnie moje kosztowały w sumie około 400zł, z czego większość to koszt stacji lutowniczej.
Opiszę różne rodzaje lutownic, stacji, a w następnych wpisach kontynuując temat inne niezbędne oraz przydatne choć nie konieczne rzeczy, tak, żeby dać ci jak najwięcej informacji i umożliwić własny wybór tańszych albo lepszych opcji.
Niestety, ale przy sprzęcie do lutowania - szczególnie lutownicach, jakość przeważnie idzie w parze z ceną ;)

1. Czym jest lutownica?
W sposób raczej oczywisty najważniejszy element całej układanki, niezbędna w takiej czy innej formie do lutowania. Służy do rozgrzewania lutowia (np. stopu cyny) tak, żeby móc nią połączyć lutowane elementy, albo żeby móc wyciągnąć element który chcemy wymienić albo zachować na później (np. z płytki która jest popsuta i nie chcemy jej naprawiać).

Rodzajów sprzętu służącego do lutowania jest jednak na rynku mnóstwo, wielu marek. W dodatku nawet doświadczeni elektronicy spierają się czego najlepiej używać. Jedni twierdzą że lutownica transformatorowa jest świetna do elektroniki, inni wręcz przeciwnie, polecając tylko grzałkową. Prawda jest taka, że jeśli ktoś bardzo dobrze opanuje używanie jednej, a nie umie dobrze posługiwać się drugą, to faktycznie lepiej żeby pozostał przy swojej ulubionej - ona działa najlepiej dla niego. Ja przedstawię moje własne opinie starając się jednocześnie naświetlić w miarę obiektywnie temat.


a) Transformatorowa

Lutownica transformatorowa TopTools (czyli jedna z tych tanich kiepskich) 100W oraz 3 zapasowe groty (ten spłaszczony po lewej jest przeznaczony do cięcia tworzyw sztucznych).

Jej nazwa pochodzi od jej głównej części - transformatora dzięki któremu prąd płynący z sieci jest zmieniany w prąd o bardzo wysokim natężeniu, który przepływając przez drut rozgrzewa go. Drut ten (a raczej jego wystająca część) jest jednocześnie grotem - elementem roboczym lutownicy który topi lutowie.
Lutownice te są popularne ze względu na dużą moc (60-120W to standard), dzięki czemu szybko nagrzewają się - w kilka sekund. Dosyć szybko także wychładzają się, co jest dobre np. przy lutowaniu we wnętrzu samochodu, albo w innym miejscu gdzie nie bardzo jest jak bezpiecznie odłożyć rozgrzaną lutownicę.
Nowsze modele zwykle mają lampkę podświetlającą miejsce lutowania oraz często kilkuzakresowe przełączniki mocy.
Ich wadą jest brak dokładnej kontroli temperatury grota - ludzie doświadczeni w ich używaniu potrafią 'cykać' lutownicą tak, żeby utrzymać w miarę optymalną temperaturę grota podczas dłuższej pracy, jednak wymaga to dużego doświadczenia w pracy tą lutownicą.
Większość elektroników nie poleca lutownic transformatorowych właśnie z tego powodu, szczególnie początkującym - zbyt łatwo przegrzać elementy i je zniszczyć, zbyt łatwo przypalić płytkę, zbyt łatwo pozwolić na zbytnie wychłodzenie grotu w nieodpowiednim momencie powodując wady lutownicze jeśli nie ma się dużego doświadczenia w operowaniu transformatorówką.
Przez swój główny element - transformator - lutownice te są ciężkie. Są wielokrotnie cięższe od lutownic grzałkowych. I nawet dosyć wygodny uchwyt pistoletowy nie pomaga kiedy pracuje się dłuższą chwilę - zwyczajnie po pewnym czasie zaczyna boleć ręka.
Dodatkowo przepływ dużego natężenia prądu powoduje powstawanie silnego pola elektromagnetycznego wokół grota. Oznacza to że małe elementy metalowe mogą się 'przyklejać' do grota, co czasem może być pożądane, często jednak nie jest. Dodatkowo niektóre bardziej skomplikowane elementy elektroniczne mogą być wrażliwe na silne pola elektromagnetyczne i mogą zostać uszkodzone.

Ja osobiście nie polecam lutownicy transformatorowej do elektroniki.

Owszem, warto mieć jakąś choćby i najtańszą w zapasie, bo jest przydatna jeśli chce się lutować grubsze kable, czy chce się przylutować radiator do płytki (niektóre radiatory mają nóżki pozwalające na takie przymocowanie ich do płytek) - wtedy przy dużej pojemności cieplnej lutowanych elementów bardzo przydatna jest duża moc pozwalająca odpowiednio je nagrzać. Poza tym, jak już wspomniałem powyżej, bywają wygodne w użyciu w miejscach gdzie trudno bezpiecznie odłożyć rozgrzaną lutownicę.
Przydatną cechą jest także to, że bardzo łatwo do nich dorobić proste groty - wystarczy wziąć kawałek drutu miedzianego odpowiedniej dla danej lutownicy grubości, przyciąć i wygiąć w odpowiedni kształt. Oznacza to że zużyte groty (o ich zużywaniu się piszę dalej) łatwo zastąpić tanim, choć mniej trwałym odpowiednikiem. Dzięki temu można też dostosować łatwo grot do swoich potrzeb - na przykład wyginając go tak, żeby pasował do nóżek wylutowywanego układu scalonego czy innego elementu - tak, żeby nagrzewać wszystkie jednocześnie.

Warto więc mieć taką lutownicę w zapasie - do zadań specjalnych ;)

Ja posiadam jakąś lutownicę transformatorową kupioną w markecie budowlanym za ok. 20zł. Sprawdza się dobrze do moich zastosowań (chociaż kupiłem ją lekko uszkodzoną - warto dokładnie oglądać sprzęt przed kupieniem w takich przybytkach).


b) Grzałkowa, czyli inaczej oporowa.

Lutownica grzałkowa vel oporowa. Ciut oszukuję, bo to kolba mojej stacji lutowniczej, ale lutownice grzałkowe różnią się od tych podłączanych do stacji tylko tym że mają swój zasilacz podłączany bezpośrednio do gniazdka, albo są podłączane bezpośrednio pod 230V sieci, a kolby stacji są podłączane do stacji (która działa jako zasilacz).

Najpopularniejsze są te z uchwytem kolbowym, jednak zdarzają się egzemplarze z uchwytami pistoletowymi jak w lutownicy transformatorowej.
Ich głównym elementem jest grzałka oporowa która pod wpływem płynącego z gniazdka czy (częściej) zasilacza prądu rozgrzewa się, a ciepło przewodzone jest na grot.
Jeśli chodzi o najprostsze lutownice grzałkowe, to zasadniczo cała ich budowa - jednak one nie są najlepsze do elektroniki - nie posiadają regulacji temperatury grota. Nie polecam kupowania w supermarketach czy sklepach budowlanych itp. tych najtańszych wersji, choć ich ceny są kuszące.
Lepsze lutownice posiadają regulację temperatury. Najprostszym sposobem regulacji jest zwykły potencjometr który pozwala wprawnemu użytkownikowi regulować temperatury - jednak nie jest to rozwiązanie najłatwiejsze w obsłudze, bo trzeba mieć na tyle doświadczenia i wyczucia żeby dobrze dopasować moc do wielkości lutowanego elementu żeby osiągnąć żądaną temperaturę.
Najlepsze są stacje lutownicze wyposażone w dokładniejszą regulację temperatury z czujnikiem temperatury w kolbie - ale o nich za chwilę.

Zaletą oporówek jest to, że są bardzo lekkie w porównaniu do transformatorówek, więc na dłuższą metę o wiele wygodniejsze w użyciu.
Regulacja temperatury pozwala na utrzymanie o wiele bardziej stałej temperatury grota, dzięki czemu łatwiej uniknąć błędów lutowniczych.
Posiadają niższą moc (często 15-60W), co jednak nie jest wadą, bo w zastosowaniach elektronicznych nie potrzebujemy aż tak dużej mocy przy większości elementów, a do tych do których mogłoby to być potrzebne, możemy podkręcić temperaturę wyżej, albo użyć taniej transformatorówki którą trzymamy w zapasie ;)
Kolejną zaletą jest brak silnego pola elektromagnetycznego.
Dodatkowo fakt używania zasilaczy w większości lutownic grzałkowych oznacza, że nie trzymamy w ręce czegoś podpiętego pod niebezpieczne 230V sieci, oraz że kabel zasilający nie jest pod takim napięciem - co jest ważne w wypadku jakiejś awarii sprzętu, czy przypadkowego przepalenia grotem kabla zasilającego.
Bezpieczeństwo przede wszystkim - bezpieczniki można kupić nowe, podobnie lutownice, ale życia nowego raczej się nie dostanie.
Chyba że jesteś kotem. I masz ich 9.

Ich wadą są zazwyczaj droższe groty (szczególnie do markowych, droższych i lepszych lutownic i stacji), w dodatku o wiele trudniej jest dorobić, więc zwykle raczej trzeba kombinować albo dokupować dedykowane groty do różnych zastosowań.
Inną wadą jest dłuższe nagrzewanie się, jednak zwykle osiągnięcie temperatury roboczej nie zajmuje więcej niż koło minuty - dwóch, więc po włączeniu można zająć się przygotowaniem wszystkiego innego czego będziemy potrzebować, a lutownica w tym czasie zdąży spokojnie osiągnąć odpowiednią temperaturę.

Istnieją znacznie większe wersje, o dużej mocy sięgającej 400-500W i dużym grocie dającym dużą bezwładność cieplną, ale nie mają one zastosowania w elektronice - są używane do lutowania blach (np. rynien), rur itp. więc nie będziemy się nimi tu zajmować.


c) Stacja lutownicza.

Stacja lutownicza której ja używam. Po lewej sama stacja z widocznymi przyciskami do zmiany temperatury i innych dodatkowych ustawień oraz wyświetlacz pokazujący ustawioną temperaturę i pokazujący czy aktualnie grot lutownicy jest w ustawionym zakresie temperatur, czy jest w trakcie grzania. Po prawej kolba lutownicy odłożona na podstawkę (z metalowym czyścikiem poniżej).

W gruncie rzeczy to zasilacz do którego podłączona jest najczęściej lutownica grzałkowa, ale często nie tylko. Jej najważniejszymi elementami - i sensem istnienia jest fakt posiadania przez stacje lutownicze (pomijając tanią chińszczyznę która ma tylko regulację potencjometrem) w lutownicach czujników temperatury (termopary itp.) oraz elektroniczne układy regulujące i stabilizujące temperaturę.
Dzięki temu możemy ustawić sobie taką temperaturę jaką chcemy, a elektronika sama zadba o to, żeby temperatura nie spadała nadmiernie w trakcie lutowania, ani żeby nadmiernie nie wzrosła. Zmniejszamy dzięki temu ryzyko tak niedogrzania, jak i przegrzania lutu oraz lutowanych elementów, pod warunkiem zastosowania poprawnej techniki lutowania - o czym dalej.
Bardziej zaawansowane stacje posiadają alarmy - wizualne i/lub dźwiękowe - informujące o obniżeniu temperatury grota poniżej zadanej granicy, co może zdarzyć się przy lutowaniu elementów o dużej pojemności cieplnej (grube przewody, radiatory). Są też stacje z pompą odsysającą - dzięki czemu ich kolby mogą używać grotów odsysających cynę przy rozlutowywaniu.

Przyzwoite stacje bez udziwnień i tylko z oporówką (głównie marka Xytronic - chińczyk, ale dosyć dobry - średnia półka, w przeciwieństwie do innych chińczyków) zaczynają się od jakichś 180-200zł. Nie kupujcie tańszych stacji, bo będziecie płacić dwa razy, chyba że planujecie polutować kilka elementów raz na miesiąc. A jeśli już bardzo, bardzo was kusi, zawsze posprawdzajcie jakie opinie ma dany sprzęt w sieci - raczej odechce wam się je kupować.
Dobre marki (chyba najbardziej znany Weller choćby) zaczynają się od jakiegoś 1000zł bodaj, albo gdzieś w tej okolicy.
Oczywiście zawsze warto poczytać co piszą o danym modelu jego użytkownicy żeby mieć pewność że kupuje się to czego się potrzebuje.

Ja, jako że stawiałem raczej na wariant oszczędnościowy, ale jednocześnie nie chciałem kupić czegoś co zaraz będę chciał wymienić na coś lepszego, kupiłem stację LF-369D firmy Xytronic, czyli właśnie coś ze średniej półki, za 190zł jeśli pamięć mnie nie myli.

Lepsze, droższe i bardziej zaawansowane stacje lutownicze posiadają także często albo w standardzie albo jako opcję do podłączenia wiele dodatkowych urządzeń:

- Gorące powietrze (czyli Hot Air)
Jest to urządzenie umożliwiające nadmuch gorącego powietrza (kilkaset stopni) na lutowane/rozlutowywane elementy. Często jest elementem droższych stacji lutowniczych, występuje też jako osobna stacja lutownicza na gorące powietrze, bez lutownicy oporowej.

Nie należy jej mylić z opalarką która osiąga o wiele wyższe temperatury - użycie opalarki na elementach elektronicznych przez chcące zaoszczędzić na sprzęcie osoby zwykle kończy się tragicznie dla tych elementów i płytki drukowanej, choć widziałem opinie że da się to zrobić - ale lutować da się i kawałkiem grubego gwoździa włożonego w ogień palnika kuchenki aż się rozgrzeje tak żeby topić cynę (podobnie z resztą wyglądały pierwsze lutownice).
Niestety, ale przy sprzęcie do elektroniki nader często cena oznacza jakość.

Stacja na gorące powietrze znacznie ułatwia pracę z elementami innymi niż przewlekane. Lutowanie i (szczególnie) rozlutowywanie elementów SMD (ang. Surface Mount Device - Elementy Montowane Powierzchniowo, więcej o rodzajach elementów i ich obudów będzie w artykule im poświęconym) jest znacznie łatwiejsze przy jej użyciu. Jest niezbędna do lutowania niektórych elementów, które w zależności od obudowy mogą w ogóle nie mieć 'nóżek', ani innych wyprowadzeń które można zlutować od zewnątrz, a tylko wyprowadzenia pod spodem - nie da się ich zlutować w domowych warunkach inaczej niż gorącym powietrzem (przemysłowo stosuje się piece lutownicze). Podobnie może okazać się niemożliwe bezuszkodzeniowe zdemontowanie różnych układów scalonych nawet przewlekanych czy SMD, które bywają przyklejone do płytki klejem, co czasem uniemożliwia demontaż bez gorącego powietrza.

Zwykle takie stacje posiadają możliwość regulacji tak temperatury jak i mocy nawiewu, co przy umiejętnym użyciu rozwiązuje problem zwiewania innych elementów podczas lutowania napotykany czasem przez niewprawnych użytkowników. Dostępne są też nakładki do lutowania większych elementów pozwalające na precyzyjne podgrzewanie danego elementu bez znacznego wpływu na otoczenie.

Dla zupełnie początkującej osoby, ewentualnie osoby która nie planuje w najbliższym czasie zajmować się elementami innymi niż przewlekane - nie jest to sprzęt obowiązkowy.
Jeśli jednak myślisz o elektronice na poważnie, wcześniej czy później będziesz potrzebować stacji na gorące powietrze - więc nie powielaj mojego błędu i kup od razu przyzwoitą stację mającą i kolbę oporową i hot air. Zwykle taki zestaw jest nieco tańszy niż kupienie dwóch stacji osobno, a jednocześnie zajmuje mniej miejsca na stole.

- Pęseta grzałkowa (lutownica pęsetowa/pincetowa, soldering tweezers).

Lutownica pęsetowa. Źródło: Wikipedia

W zasadzie zwykle jest to coś na kształt dwóch niewielkich lutownic grzałkowych połączonych zawiasem ze sprężynką. W użyciu łapie się element (zwykle SMD) z dwóch stron przy obu wyprowadzeniach i luty przy nich są rozgrzewane jednocześnie.
Do niektórych stacji można dokupić takie pęsety pasujące do gniazda zasilania normalnie zajmowanego przez lutownicę grzałkową lub na gorące powietrze.
Podobno przydatne przy lutowaniu i wylutowywaniu elementów SMD.
Nigdy tego nie używałem, ale wydaje mi się (i takież opinie głównie czytałem w internecie), że w zasadzie nie osiąga się tym nic czego nie można równie łatwo osiągnąć lutownicą grzałkową albo hot air. Może nieco wygodniej wylutowuje się elementy SMD, ale chyba nie aż tak żeby dodatkowo inwestować w to specjalnie. No, chyba że jest w zestawie który i tak chcemy kupić.

- Podgrzewacz.
Jest to 'blat' podłączany do stacji lutowniczej (albo osobny) rozgrzewający się do zadanej temperatury - zwykle ok. 150 stopni Celsjusza.
Jego zadaniem jest wstępne podgrzanie od spodu płytki którą będziemy lutować/rozlutowywać przy pomocy gorącego powietrza.
Pozwala to uniknąć naprężeń mechanicznych związanych z nierównomiernym nagrzewaniem szczególnie niebezpiecznych dla dużych układów scalonych, które mogą zostać uszkodzone przy montażu/demontażu bez podgrzewacza.

Wiele osób zamiast kupować dedykowane podgrzewacze do elektroniki, które są dość drogie (200-400zł) używa np. grilli elektrycznych (kosztujących 50-100zł), które również mają płytę podgrzewającą się do określonej temperatury - która jednak bywa nie dostosowana dokładnie do zastosowań elektronicznych, warto więc albo sprawdzić jaką temperaturę może osiągnąć i podtrzymywać dana płyta, albo skorzystać ze sprzętu już sprawdzonego przez innych (wystarczy poszukać w necie). Albo samemu zmontować układ regulujący temperaturę do odpowiedniego poziomu - co wymaga nieco więcej wysiłku (acz nie jest znowuż aż tak trudne).

Raczej jest to element dodatkowy - nie konieczny dla początkującego elektronika.

- Tygiel lutowniczy.
Jak sama nazwa wskazuje - jest to niewielki 'kociołek' z odpowiednią grzałką podgrzewającą go do temperatury topnienia lutowia. W elektronice średnio przydatny. Bywa elementem standardowym lub do dokupienia do niektórych stacji lutowniczych, albo jako osobne urządzenie.
Jego głównym przydatnym dla nas zastosowaniem jest możliwość bardzo szybkiego pocynowania (inaczej pobielenia, o tym też dalej) dużej ilości kabli, czy innych elementów, nawet bardzo grubych, w krótkim czasie.
Koszt w zależności od rozmiaru (i marki) od jakichś 80zł wzwyż. Nie mogę polecać nic konkretnego, bo sam nie używam - do cynowania większych elementów wystarcza mi transformatorówka, jako że nie robię tego zawodowo i nie muszę przerabiać dużej ilości elementów w krótkim czasie.
Nie jest to raczej potrzebne początkującemu elektronikowi - chyba że wiesz że będziesz cynować duże ilości kabli, jeśli tak, to zdecydowanie ułatwi ci to życie.

- Zasilanie serwisowe.
Niektóre stacje mają także wyjścia zasilające zwykle 5V, 12V, 24V i masa/uziemienie lub tylko niektóre spośród nich.
Bywa to przydatne jeśli jeździ się z takim sprzętem w teren i/lub nie posiada się osobnego zasilacza serwisowego pozwalającego testować różne obwody bez zabawy w szukanie odpowiednich zasilaczy zewnętrznych.
Nie jest to raczej potrzebne początkującemu elektronikowi (tym bardziej że znając życie jako jeden z pierwszych poważniejszych projektów wykonasz własny zasilacz serwisowy z jakiegoś starego zasilacza komputerowego albo czegoś podobnego). Więc jeśli taka funkcja jest to fajnie, ale nie wybierałbym stacji specjalnie ze względu na to jeśli nie zamierzasz używać tej stacji do serwisu terenowego. Albo jeśli nie chcesz się bawić w robienie własnego tańszego zasilacza ze starego zasilacza komputerowego.

- IR, laser
Bardziej zamieszczam to tu jako ciekawostkę, bo to zaawansowany i drogi sprzęt o którym większość elektroników marzy, a stosowany jest głównie w zastosowaniach przemysłowych i/lub bardzo precyzyjnych i specyficznych (wojsko, sprzęt medyczny, kosmiczny, inne zastosowania od których zależy działanie bardzo ważnego sprzętu).
Istnieją podgrzewacze działające promieniowaniem podczerwonym na płytki, mające w zasadzie taką samą funkcjonalność jak podgrzewacze grzałkowe, jednak podgrzewające w sposób o wiele lepiej kontrolowany, dokładniejszy i ogólnie lepszy ;P
Istnieją lutownice laserowe, które nagrzewają lutowie wiązką 5-30W lasera (nie, nie da się tego zrobić z wskaźnika laserowego ani nawet z diody laserowej z DVD), co pozwala na niezwykle precyzyjne lutowanie.

d) Lutownica gazowa.

Lutownica gazowa. Źródło: Wikipedia

 Jest to lutownica działająca na tej samej zasadzie co lutownica grzałkowa - zwykle też ma formę kolby i podobne groty.
Jednak tym co rozgrzewa grot nie jest elektryczność, a gaz. Najczęściej jest to zwykły gaz do zapalniczek do kupienia w puszkach (takich jak do różnych sprayów, wydatek rzędu 15zł za puszkę).
Ma zasadniczo taką samą funkcjonalność jak lutownica grzałkowa, jednak jej poważną zaletą i właściwie sensem istnienia jest możliwość przenoszenia - jest lekka i nie potrzebuje gniazdka do którego trzeba by ją podłączyć, co najwyżej doładowania co 20min - 1h (zależnie od modelu) gazem z puszki.
Większość takich lutownic ma możliwość lutowania grotami rozgrzewanymi płomieniem, możliwość zdjęcia grotu i lutowania jako palnikiem (przydatne np. do lutowania blach, innych dużych elementów), oraz możliwość założenia specjalnych dysz do lutowania gorącym powietrzem - dając bardzo dużą wszechstronność tego przenośnego urządzenia.
Nie jest to sprzęt pierwszej potrzeby, ale bardzo ciekawa alternatywa, szczególnie jeśli ktoś planuje serwisowanie w terenie, gdzie nie zawsze jest dostęp do sieci, żeby użyć sprzętu elektrycznego i/lub jeśli nie lubi dźwigać/wozić dużo sprzętu ze sobą.

Podobnie jak z lutownicami grzałkowymi istnieją większe i potężniejsze wersje do lutowania rynien i dużych powierzchni blach - wypierające lutownice grzałkowe z tego zastosowania właśnie ze względu na swoją przenośność, jako że są zasilane z przenośnych butli z propanem, co może być ważne przy pracy w miejscach gdzie trudno o dostęp do sieci elektrycznej.

To tyle jeśli chodzi o lutownice. Jeśli coś pominąłem, masz jakieś pytania albo po prostu chcesz powiedzieć co myślisz o tym tekście - napisz komentarz ;)

W następnej części o topnikach - w tym najbardziej znanej kalafonii, oraz rodzajach lutowia - głównie o najbardziej znanych, stopach cyny. Są do lutowania równie niezbędne jak lutownica, więc jeśli cię to interesuje - czytaj dalej ;)

Następna część: 2.2. Lutowanie - Podstawy - Cyna i kalafonia
Poprzednia część: 2.0. Lutowanie - Podstawy - Czym jest lutowanie?
Początek: 1. BHP i niebezpieczeństwa w elektryce i elektronice