Czas czytania: 5 min.
Artykuł powstał we współpracy z autorem zewnętrznym i jest publikowany gościnnie poza naszym standardowym procesem redakcyjnym. Traktuj go jako materiał uzupełniający.
Pewnego dnia człowiek wziął do ręki metal taki jak miedź, srebro lub złoto i zauważył, że te mogą się ze sobą sklejać, gdy są podgrzewane. Piecyki na węgiel drzewny do rud metali stworzyły warunki do eksperymentów z temperaturą i prawdopodobnie tak w starożytności rozpoczęła się historia metalurgii. Jeden z jej owoców to lutowanie, ale do stacji lutowniczej jeszcze mieliśmy daleko. Zapraszamy do wspólnej podróży.
Wczesne zastosowania lutowania
Uwzględnimy oczywiście tylko najważniejsze wydarzenia, wynalazki i zmiany, które miały znaczący wpływ na rozwój tematu. Rys historyczny to coś, co pokazuje, jak coś powstało, rozwijało się i jakie miało znaczenie na różnych etapach rozwoju cywilizacji. Dzięki odniesieniu do przeszłości łatwiej wyjaśnić współczesny stan rzeczy i przyszłe kierunki rozwoju, dlatego też i trudno przecenić wagę zjawiska, technologii i wydarzenia, jakim były lutownicze początki. Czy w niemal każdej działalności człowieka nie jest tak, że pewne idee zostały porzucone, a inne przetrwały? Dziś wiemy, że złotnicy w starożytnej Mezopotamii stosowali lutowanie, aby móc połączyć cienkie, złote lub srebrne druty w skomplikowane wzory. W Rzymie stosowano lutowanie do łączenia elementów rur wykonanych z ołowiu, co stanowiło podstawę systemów budownictwa hydrauliki. Przykład starożytnego artefaktu związanego z lutowaniem można znaleźć w Metropolitan Museum of Art w Nowym Jorku – jest to złoty naszyjnik z kulkami z egipskiej XII dynastii Średniego Państwa. Techniki te obejmowały wykorzystanie stopów do łączenia – całkiem solidny, złoty posąg boga Amona, choć częściowo zdemontowany, miał pewne elementy, takie jak ramiona i regalia, przymocowane właśnie za pomocą lutowania. W średniowieczu lutowanie było wykorzystywane w rzemiosłach takich jak złotnictwo, srebrnictwo i tworzenie witraży, należy tu także zaliczyć montaż okien w katedrach i wszelkich znaczących budowlach epoki.
Rozwój techniki i narzędzi lutowania
W XVII i XVIII wieku lutowanie rozwijało się jako nieodzowna część prac rzemieślniczych oraz przemysłowych, a w szczególności w kontekście postępu w metalurgii i technologii. Choć wciąż opierało się na tradycyjnych metodach, to pojawiły się innowacje, które wyznaczyły drogę do powstania nowoczesnych lutownic. Wskażmy trzy dziedziny – instrumenty naukowe i optykę, przemysł zegarmistrzowski oraz budowę instrumentów muzycznych. Lutowanie stało się bazą precyzyjnego łączenia części w mikroskopach i teleskopach. Mechanizmy zegarowe wymagały niewielkich, a jednocześnie wytrzymałych połączeń między naprawdę małymi, metalowymi częściami. Lutowanie umożliwiło precyzyjne konstruowanie instrumentów dętych takich jak trąbki i puzony. Było tak, ponieważ w XVIII wieku znacznie lepiej rozumiano właściwości różnych stopów metali, a to umożliwiło produkcję bardziej zaawansowanych lutów. Stopy cyny i ołowiu stały się standardem do łączenia metali. Znawcy wiedzą, że używamy ich przecież do dziś, choć akurat sprawa z obecnością ołowiu rodzi komplikacje, których na szczęście dziś możemy być już świadomi. W XVIII wieku badania nad elektrycznością zaczęły wymagać bardziej precyzyjnych połączeń metalowych, co stworzyło grunt pod późniejsze zastosowania lutowania w instalacjach elektrycznych. Stopy cyny i ołowiu wymagają do topienia się zaledwie około 200°C, a rolę topników mogły pełnić sól amonowa i boraks – lutowanie bez prądu było praktyką znaną przez wieki i opierało się na ręcznym podgrzewaniu narzędzi, wykorzystywało otwarte paleniska i podgrzewanie w piecach kowalskich, ale czas pokazał, że nie tędy droga. Może raczej powinniśmy powiedzieć: do dyspozycji pojawiła się po prostu coraz lepiej rozumiana elektryczność. Niejako ważny moment to ten, w którym pojawiły się żelazne podgrzewacze. Było to coś na kształt narzędzi mobilnych, w których szybko można było podgrzać grot użyteczny w pracy terenowej. Brzmi znajomo?
Pierwsza stacja lutownicza - kiedy ją wynaleziono?
Pierwsza lutownica elektryczna miała lekki, platynowy grot ogrzewany prądem elektrycznym przepływającym… przez sam grot. Do 1889 roku opracowywano lutownice elektryczne z drutem oporowym owiniętym wokół tylnego końca miedzianej głowicy i zamkniętym w ochronnej powłoce. W 1921 roku firma Ernsta Sachsa, pioniera technologii grzewczych, wprowadziła na rynek elektryczną lutownicę. Była wzorowana na modelach opracowanych wcześniej przez American Electrical Heater Company, jednak wprowadzono w niej ulepszenia charakterystyczne dla niemieckiej inżynierii. Wynalazek pozwolił na wygodniejsze użytkowanie dzięki wbudowanemu systemowi grzewczemu opartemu na rezystancji i eliminował konieczność podgrzewania lutownicy w ogniu. Pięć lat później, w 1926 roku, William Alferink dokonał kolejnego przełomu składając wniosek o patent na pierwszą stację lutowniczą. Wynalazek Alferinka był o tyle rewolucyjny, że po raz pierwszy integrował narzędzie lutownicze z jednostką sterującą umożliwiającą regulację temperatury grota. Oznaczało to tyle, że wreszcie można było dostosować sprzęt do lutów i materiałów.
Lutowanie i II wojna światowa
Czasy wojenne przyniosły konieczność szybkiej produkcji i napraw sprzętu stosowanego w komunikacji, radarach, uzbrojeniu. Lutownice elektryczne z tego okresu zaczęły wykorzystywać zaawansowane układy zasilania pozwalające na stabilną pracę nawet w zmiennych warunkach napięcia sieciowego. Termostaty były jeszcze w bardzo wczesnej fazie, ale ważne jest to, że lutownice zwróciły się w kierunku systemów podtrzymujących temperaturę grotu. W Niemczech przodowała firma Weller, która, choć istniejąca od 1945 roku, stworzyła pierwsze modele lutownic stosowane w niemieckim przemyśle wojskowym. American Electrical Heater Company rozpoczęła masową produkcję lutownic z elementem grzewczym opartym na drucie oporowym już w latach 20-30. Radziecki model serii СП-1 (SP-1) był wykorzystywany do montażu i naprawy w radiach i sprzęcie radiolokacyjnym.
Zmodernizowane lutowanie przemysłowe
Przepraszamy, jeżeli ta historia dziwnie przyspiesza, ale tak to już jest, gdy na owoce rewolucji przemysłowej w pewnych gałęziach trzeba było czekać trochę dłużej. W latach 50. zaczęły pojawiać się pierwsze elektryczne lutownice przemysłowe, które były bardziej precyzyjne niż te używane w poprzednich dziesięcioleciach. Zoptymalizowane zasilanie elektryczne zapewniło stabilną temperaturę i pozwoliło na lepszą kontrolę procesu lutowania. Z tego okresu pochodzą pierwsze lutownice oporowe oraz narzędzia zgrzewające. Na początku lat 60-tych wspomniany Weller uzyskał patent na lutownicę „Magnastat” odnowiony w 1964 i 1971 roku. Lutownica ta mogła kontrolować temperaturę za pomocą wrażliwego na temperaturę grotu magnetycznego. „Magnastat” stał się bestsellerem i został włączony do stacji lutowniczej W-TCP w 1967 roku. Skupmy się jednak na stacjach lutowniczych, choć oczywiście te dwa rodzaje sprzętu – lutownice i stacje lutownicze – są siostrzane. W latach 60. i 70. XX wieku stacje korzystały już z precyzyjnej regulacji, a przed tym okresem lutownice z elektrycznym ogrzewaniem miały tylko jeden poziom temperatury. Wprowadzono systemy regulacji cyfrowej, które zyskały popularność w obróbce wczesnych układów scalonych i komponentów elektronicznych.
Cyfryzacja i automatyzacja a lutowanie
Lata 80. XX wieku były czasem intensywnego rozwoju technologii cyfrowych systemów sterowania temperaturą w ogóle. Powstały pierwsze cyfrowe sterowniki PLC, cyfrowe metody sterowania HVAC, kuchenki elektryczne, urządzenia AGD i nowoczesne procesory. Stacje lutownicze, które wcześniej były w dużej mierze mechaniczne, zaczęły wykorzystywać technologie elektroniczne. Na dobre rozpowszechniły się stacje lutownicze z wymiennymi grotami. Jednocześnie stawały się także bardziej wszechstronne i umożliwiały lutowanie na różnych powierzchniach, czyli dobrze znane dziś lutowanie SMD. Lata 90. przyniosły systemy z wbudowanym systemem odzyskiwania ciepła podnoszące efektywność energetyczną i technologie powłok ceramicznych wydłużające żywotność grotów i oferujące lepszą odporność na korozję. Choć Chiny nie były pionierem w tej dziedzinie, to na przestrzeni lat 80. zyskały na znaczeniu jako producent wysokiej jakości stacji lutowniczych, które zaspokajały rosnące zapotrzebowanie na precyzyjne i trwałe urządzenia do lutowania, i jest tak zresztą po dziś dzień.
Wszystko do druku 3D - i jeszcze więcej
Odkryj drukarki 3D, filamenty i akcesoria oraz tysiące produktów z kategorii elektroniki, Arduino, Raspberry Pi, robotyki i programowania. Sprawdź pełną ofertę w największym sklepie dla fanów druku 3D w Polsce.
Lutowanie IoT, bezpieczeństwo i modułowość
Lata 2000-2010 przyniosły rozwój stacji lutowniczych opartych na gorącym powietrzu, lepsze filtrowanie gazów ochronnych takich jak azot i lutowanie BGA. Najnowsza automatyzacja to właściwie w pełni automatyczne systemy lutownicze. Dzięki integracji z Internetem Rzeczy (IoT) stacje lutownicze zaczęły zyskiwać funkcje monitorowania w czasie rzeczywistym, oraz zdalne kontrolowanie parametrów pracy. Interfejsy stacji lutowniczych stały się przyjazne dla użytkownika – mowa tu o wyświetlaczach i sterowaniu opartym na technologii dotykowej. Dziś coraz chętniej sięgamy do trendów modułowych końcówek, automatycznego rozpoznawania, odsysania dymu w przypadku szkodliwych topników i łączenia z aplikacjami mobilnymi.
