Kryteria w
W klasycznej lutownicy kolbowej grzałka i czujnik temperatury znajdują się w rękojeści, a grot stanowi osobny, wydrążony element nasuwany na grzałkę. Tak działają m.in. popularne systemy z grotami 900M, spotykane powszechnie w tańszych stacjach chińskich producentów. Podczas lutowania ciepło musi przejść z ceramicznej, prętowej grzałki, przez wewnętrzną powierzchnię grota, aż do jego końcówki – a dopiero później do spoiny. Każdy luz mechaniczny, nalot tlenkowy, zabrudzenie czy wreszcie zużycie tulei zwiększa opór cieplny i w efekcie utrudnia lutowanie.
W grotach „kartridżowych” (ang. tip cartridge) grzałka oraz czujnik temperatury znajdują się wewnątrz samego grotu, zaś połączenie elektryczne zapewnia specjalny system współosiowych styków. Sztandarowymi przykładami są systemy marki JBC (C245 oraz C210), Hakko T12/T15 czy nawet tak unikalne rozwiązania jak… samoregulujące się groty (Metcal SmartHeat). Taki grot nie jest już więc tylko pasywnym kawałkiem odpowiednio ukształtowanej miedzi z powłoką roboczą, ale kompletnym modułem cieplnym.
Zalety grotów z wbudowaną grzałką
Najważniejsza przewaga grotu kartridżowego to przede wszystkim prostsza i krótsza droga cieplna. Grzałka znajduje się bliżej końcówki roboczej, a czujnik temperatury szybciej reaguje na spadek temperatury po dotknięciu np. dużego pola miedzi lub innego elementu o dużej pojemności cieplnej. Sterownik nie reaguje więc na to, co dzieje się kilka centymetrów dalej (wewnątrz kolby), lecz na stan znacznie bliższy rzeczywistemu punktowi lutowania.
Różnicę doskonale można odczuć przy lutowaniu np. złączy szpilkowych w otworach PTH (metalizowanych) połączonych bezpośrednio z polami miedzi. Klasyczna stacja często wymaga wtedy podniesienia temperatury nastawy, np. z 330°C do 370°C czy nawet 400°C, żeby skompensować straty na drodze cieplnej – a i to nie zawsze jest w stanie pomóc, nie wspominając o szeregu wad takiego rozwiązania (na czele z szybkim wypalaniem topnika czy ryzykiem delaminacji PCB). Stacja z grotami kartridżowymi i odpowiednio dobranymi grotami często pozwala zostać przy niższej temperaturze, bo szybciej dostarcza energię do miejsca lutowania.
Kolejną niezaprzeczalną zaletą grotów zintegrowanych z grzałką i czujnikiem temperatury jest możliwość błyskawicznej wymiany grota. W typowych lutownicach kolbowych zmiana końcówki w czasie pracy może odbywać się na dwa sposoby. Pierwszy (i zwykle zdecydowanie zalecany): montażysta musi poczekać, aż całość wystygnie i dopiero wtedy odkręcić nakrętkę, która przytrzymuje tuleję mocującą grot, rozłożyć kolbę niemalże „na części pierwsze”, po czym poskładać całość z powrotem. Na takie rozwiązanie może pozwolić sobie nieśpieszny amator elektroniki, ale w serwisie czy profesjonalnym montażu jest ono całkowicie bezużyteczne.
Druga opcja to wymiana „na gorąco” z użyciem odpowiedniego narzędzia – zwykle płaskich szczypiec z ząbkowanymi powierzchniami roboczymi, które umożliwią rozkręcenie kolby i relatywnie bezpieczną wymianę grota.
W przypadku grotów kartridżowych producenci często stosują specjalne systemy szybkiej wymiany grotów, które pozwalają na wykonanie całej operacji jedną ręką, i to w ciągu – dosłownie – 4…5 sekund. Do tego celu służą odpowiednio wyprofilowane uchwyty metalowe, wmontowane w ciężką, masywną podstawkę pod kolbę lutowniczą.
Ciekawostka
Technologia sprzętu lutowniczego wykorzystująca „aktywne” groty jest na tyle istotną i szeroką gałęzią branży, że doczekała się nawet… dedykowanego numeru w klasyfikacji patentowej CPC: B23K3/0315 Quick-heating soldering irons having the tip-material forming part of the electric circuit
Druga strona medalu
Największą wadą grotów kartridżowych jest oczywiście ich koszt. W klasycznej stacji dokupienie kilku dodatkowych grotów bywa pomijalnym wydatkiem, gdyż końcówki do tanich, chińskich stacji (np. typu 900M) kosztują przeważnie około kilkunastu złotych za sztukę (i to w polskim detalu). W przypadku systemów kartridżowych rozbudowana konstrukcja sprawia, że cena pojedynczego grotu jest wyraźnie wyższa. Jeżeli użytkownik potrzebuje wielu kształtów – np. cienkiego stożka, dłuta 1,2 mm, dłuta 2,4 mm, minifali, noża czy masywnego grotu do większych pól – koszt wyposażenia stanowiska rośnie bardzo szybko.
Druga wada to zależność od konkretnego ekosystemu. Tanie groty 900M lub T18 są powszechnie dostępne, występują w wielu zamiennikach i pasują do ogromnej liczby stacji oraz ich rozmaitych klonów. W przypadku systemów kartridżowych kompatybilność jest znacznie bardziej ograniczona. Tańsze zamienniki istnieją, ale ich jakość bywa nieakceptowalna, zaś oryginalny grot kosztuje zwykle tyle co kompletna stacja lutownicza rodem z Dalekiego Wschodu.
Po trzecie – zużycie końcówki oznacza niestety konieczność wymiany całego modułu. W klasycznym systemie zużyty grot jest tani, a grzałka i czujnik zostają w kolbie. W systemie kartridżowym wyrzucamy również sprawną część grzejną z czujnikiem, co można uznać za dość wątpliwe tak z ekonomicznego, jak i ekologicznego punktu widzenia.
Groty tulejkowe wciąż mają się nieźle
Największą zaletą prostych grotów tulejkowych jest ich niski koszt. Można mieć pod ręką cały wachlarz kształtów i nie przejmować się tym, że grot zużyje się przy pracy z zabrudzonym polem czy agresywnym topnikiem. Nic więc dziwnego, że w szkołach czy w laboratoriach uczelnianych klasyczne stacje lutownicze wciąż górują liczebnie nad nowocześniejszymi systemami kartridżowymi. Klasyczna stacja z grotem nasuwanym na grzałkę nadal jest bowiem dobrym wyborem do prac ogólnych, edukacyjnych, hobbystycznych i serwisowych, w których koszt eksploatacji ma większe znaczenie niż maksymalna dynamika cieplna czy wydajność mierzona szybkością pracy montażysty. Do typowego lutowania dyskretnych elementów THT, przewodów, złączy rastrowych czy komponentów SMD nie trzeba od razu kupować kosztownego systemu kartridżowego.
Druga zaleta to prostota serwisowa. Grzałkę, grot, tuleję, a nawet całą kolbę można często wymieniać osobno. Jeżeli pracujemy z jedną lub dwiema ulubionymi końcówkami i nie lutujemy regularnie elementów o dużej pojemności cieplnej, klasyczna stacja może być w pełni wystarczająca nawet przez wiele lat regularnej pracy.
Zamiast podsumowania
Dla ułatwienia decyzji zakupowych w tabeli poniżej zebraliśmy w skrócie najważniejsze różnice pomiędzy kolbami wyposażonymi w groty tulejkowe oraz systemami kartridżowymi.
| Cecha | Grot z grzałką (kartridżowy) | Klasyczny grot tulejkowy |
|---|---|---|
| Czas rozgrzewania | Bardzo krótki (zwykle do kilku sekund) | Długi, zależny od masy grotu oraz mocy grzałki |
| Skuteczność przekazu ciepła do punktu lutowania | Bardzo dobra, nawet przy dużej pojemności cieplnej | Ograniczona przez styk grot–grzałka |
| Powtarzalność rzeczywistej temperatury | Wysoka | Przeciętna (zależna od stanu grotu, tulei i grzałki) |
| Koszt typowych grotów (jednostkowy) | Wysoki lub bardzo wysoki | Niski |
| Koszt wyposażenia stanowiska w zestaw różnych grotów | Bardzo wysoki | Niski lub średni |
| Koszt stacji lutowniczej | Wyraźnie wyższy | Niższy lub bardzo niski |
| Serwis | Wymienia się cały kartridż | Grot i grzałka są niezależne |
| Zróżnicowanie dostępnych grotów | Bardzo duże (setki modeli) | Umiarkowane/niskie |
| Trudność obsługi | Niewielka (łatwa adaptacja) | Umiarkowana (wymaga pewnej wprawy) |
| Ogólna ergonomia w codziennej pracy | Doskonała (w szerokim zakresie zastosowań) | Umiarkowana (zwłaszcza przy płytach wielowarstwowych) |
| Proces wymiany grota | Bardzo krótki (kilka sekund) i łatwy | Czasochłonny i bardziej złożony |
Mamy nadzieję, że niniejszy artykuł pomoże niezdecydowanym Czytelnikom świadomie dobrać narzędzie, które posłuży im przez wiele kolejnych lat eksploatacji.
