"Lutowanie - metoda trwałego łączenia elementów metalowych za pomocą metalowego spoiwa zwanego lutem, o temperaturze topnienia niższej niż metali łączonych elementów. Podczas lutowania lut topi się, podczas gdy łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym. Istotne jest, aby zarówno lut, jak i elementy lutowane, osiągnęły temperaturę lutowania (wyższą od temperatury topnienia lutu), w przeciwnym przypadku mogą powstać wadliwe złącza zwane zimnymi lutami lub zimnymi stykami, o niezadowalających właściwościach użytkowych.
Podczas lutowania powierzchnia łączonych metali nie zostaje stopiona, a trwałe połączenie następuje dzięki wystąpieniu zjawiska kohezji i płytkiej dyfuzji. Spoiwo lutownicze wnika w szczelinę między elementami lutowanymi oraz mikropory materiału lutowanego dzięki zjawisku zwilżania powierzchni elementów lutem. Żeby powstało prawidłowo wykonane złącze lutowane, musi dojść do wytworzenia wiązania metalicznego między elementami lutowanymi a lutem. Aby do tego doszło, ciekły lut musi zwilżyć powierzchnie elementów lutowanych. W tym celu powierzchnie lutowane są czyszczone z warstewki tlenków i aktywowane za pomocą topnika nakładanego razem z lutem lub tuż przed nałożeniem lutu."

Tłumacząc prościej, lutowanie to łączenie metali przy użyciu metalicznego spoiwa, które topimy przy pomocy ciepła. Warto wspomnieć, że prawidłowy przebieg procesu lutowania odbywa się w obecności topnika, który odcina dopływ tlenu do rozgrzanej, metalicznej warstwy. Zapobiega to utlenianiu. Może on zawierać związki które oczyszczają powierzchnię metalu z tlenków, ale o tym później. Podczas lutowania spoiwo lutownicze delikatnie rozpuszcza warstwę miedzi, bądź innego materiału, wnikając w jego mikropory. Dzięki temu powstaje warstwa miedzi z cyną, która warunkuje proces poprawnego lutowania.

Spoiwa lutownicze

W artykule omówimy proces lutowania miękkiego, tj. takiego w którym używa się stopu cyny. Dla przeprowadzenia poprawnego procesu lutowania kluczowe znaczenie ma spoiwo.

Dostępne na rynku spoiwa rozróżniamy za pomocą procentowego składu stopu z jakiego je wykonano, np. Sn60Pb40 - 60% cyny i 40% ołowiu. Jednak co tak naprawdę to oznacza ? Do opisu gatunku stopu używa się następujących parametrów:

• temperatury topnienia - to chyba nie wymaga komentarza,
• obecności topnika - czy w drucie lutowniczym będzie znajdował się rdzeń zawierający topnik, który ułatwia lutowanie,
• zwilżalność - parametr określający zdolność cyny do samorzutnego rozpływu po polu lutowniczym.

Należy tutaj wspomnieć także o obecności na rynku cyny bezołowiowej. Jest jej coraz więcej, głównie przez normę RoHS. Jednak dla użytku domowego powyższa norma dopuszcza użycie stopu ołowiowego. Stopy bezołowiowe mają z reguły gorszą zwilżalność, wyższą temperaturę pracy, gorszy wygląd spoiny po lutowaniu (ciężko odróżnić zimne luty od właściwych), wytrzymałość mechaniczna także jest niższa w porównaniu do stopów ołowiowych. Gorsze parametry wpływają na awaryjność sprzętu, a trudności w serwisowaniu i w produkcji spędzają sen z powiek konstruktorom. Jednak temat jest tak szeroki, że wykracza poza treść tego artykułu.
Ogólnie, dla domowego majsterkowania polecam tinol Sn60Pb40, lub inny ołowiany o podobnym składzie. Powinien zawierać on w sobie rdzeń z topnika. Stopy te posiadają znakomitą wytrzymałość mechaniczną, niską temperaturę topnienia i połyskliwą powierzchnię lutu. Producent nie jest bez znaczenia. Ogólnie produkty krajowe są dość dobre (osobiście korzystam z oferty firmy Cynel, nie jest to żadna kryptoreklama, jednak nigdy się na nich nie zawiodłem), chińskie natomiast nie nadają się nawet do odlania z nich żołnierzyków.

Topnik to także kluczowy element, który umożliwia prawidłowe lutowanie. Najpopularniejszym jest niewątpliwie kalafonia, występująca w postaci bryłek lub wtopiona w pudełka. Znajdziemy ją także w drucie lutowniczym zwanym tinolem. Kalafonia to niezbędny materiał, zaraz po cynie, w każdym warsztacie. Wśród topników wyróżniamy aktywne i typu no-clean. Aktywne najczęściej są agresywne, czyli nadżerają warstwę tlenków z materiału umożliwiając tym samym ich zwilżenie spoiwem lutowniczym. Do tej grupy należą sole i kwasy. Należy zaznaczyć, że wymagają one bezwzględnie dokładnego wymycia ( dla chlorków wystarczy woda z mydłem, a potem alkohol ). Topniki no-clean są najczęściej oparte na kalafonii lub innych pochodnych organicznych, które nie naruszają materiału bazowego.

W elektronice stosuje się topniki bez agresywnych substancji, które nie wymagają bardzo dokładnego mycia. W każdym warsztacie, gdzie naprawia się sprzęt elektroniczny powinien znajdować się jeden "magiczny" topnik. Receptura jego produkcji znana jest od lat. Polega ona na rozpuszczeniu kalafonii w alkoholu (denaturacie, lub izopropanolu - lepsza opcja) lub w rozpuszczalniku nitro(najlepsza opcja, bo toluen i aceton bardzo szybko parują). Roztwór ten bardzo się przydaje w przypadku lutowania własnoręcznie wykonanych płytek - płytkę oczyszczamy papierem, a potem malujemy tym lakierem. Można nim zabezpieczyć powierzchnie miedziane przed dostępem wilgoci. Nadaje się on także do lutowania elementów SMD, jednak tutaj wygodniej jest użyć gotowego topnika, np. RF800. Do zastosowań elektronicznych znajdziemy wiele innych topników, jednak przeznaczone są one dla bardziej zaawansowanych użytkowników. Na poniższym zdjęciu widać trzy podstawowe topniki (roztwór kalafonii z izopropanolem, kalafonię, RF800- do SMD).