A megfelelő pákahegy kiválasztása – 2. rész

A megfelelő pákahegy kiválasztása - 2. részMiután korábban, cikksorozatunk bevezető részében, áttekintettük a pákahegy fő funkcióját, a művelethez szükséges hőenergia átvitelét a forrasztási pontra, most a legelterjedtebb hegyformákkal ismerkedünk meg, hogy a későbbiekben áttérhessünk egyes speciális formájú hegyekre is. A pákahegyeket gyártó cégek kínálatában az általános hegygeometriák általában három alapforma méret- és kialakítási változataiban szerepelnek.

Általános pákahegy-formák – kúpos hegyek

Ezeket a hegyeket az angol nyelvű szakmai anyagokban általában „conical” néven említik, magyarul pedig elterjedt a „ceruza” elnevezés. Amint a neve is mutatja, ez egy szabályos kúp, amely a csúcsánál egy adott sugárral (amely általában 0,2 vagy 0,5 mm) gömbformára kerekített.  A forma sajátosságaiból következik, hogy ez a forma elég kis érintkezési felületet biztosít a forrasztás során, tehát a teljesítmény átvitele eléggé korlátozott. Ennek ellenére, a kis forrasztási pontokhoz és a szűk helyekre való könnyű hozzáférés miatt a használata eléggé elterjedt.  Mivel ezzel a formával jobbára csak egy pontban – a csúcsával – lehet dolgozni, a nagy igénybevétel miatt ebben a pontban fokozottan kopásnak van kitéve, és hamar elhasználódik a hegy, így ez a típus az élettartam szempontjából sem gazdaságos. A fokozott sérülékenység miatt, ezt a formát kizárólag olyan alkalmazásokban ajánlott használni, amelyekben egyetlen pontból elvégezhető a forrasztás, nem kívánják meg a hegy vízszintes síkban végzett mozgatását.

Általános pákahegy-formák - kúpos

Ennek formának a változata a hajlított kúpos („bent conical”) kialakítás, amely még jobban megkönnyítheti a szűk helyekhez való hozzáférést. A hajlítás negatívan befolyásolja a hővezetési képességet, így ezeket a hegyek még gyengébb hatásfokúnak gondolnánk, mint az egyenes változatot. A hajlítás révén azonban ezt a pákacsúcsot nem csak a hegyével, hanem a hajlítás külső ívén az oldalával is odaérinthetjük a forrasztási ponthoz, megnövelve így a hőátadási felületet. Mindezek mellett ez a forma csak abban az esetben ajánlott, ha a forrasztási ponthoz való hozzáférés azt tényleg megköveteli.

Általános pákahegy-formák - hajlított kúpos

Általános pákahegy-formák – lapított hegyek

Talán a legelterjedtebb hegyforma a hegy tengelyére merőleges élben végződő lapított kialakítása, amely az angol nyelvű szakmai anyagokban „chisel”, magyarul pedig –ennek tükörfordításaként – „véső” néven szerepel. Ez a típus bárhol alkalmazható, ahol a forrasztási pont formája lehetővé teszi, hogy egy adott hosszúságú egyenes szakaszon érintsük hozzá a pákát és – a megfelelő méret kiválasztása esetén – stabil érintkező felületet biztosít a hőenergia átadásához. Az él legkisebb hossza 0,8 mm, a legnagyobb – az elektronikai forrasztásokhoz alkalmazott pákák esetén – 5 vagy 6 mm. Bár a hozzáférés a forrasztási ponthoz távolról sem olyan ideális, mint a kúpos pákacsúcsok esetén, a páka elég tág dőléstartományban biztosítja az egyenletes érintkező felületet, így ez a hegyforma is jól alkalmazható még szorosan egymás mellé helyezett alkatrészek forrasztásához is. Ha megfelelő helyünk van arra, hogy élesebb szögben döntve tartsuk a pákát, a hegy oldallapja is felhasználható a forrasztáshoz, tovább növelve a hőátadó felületet.  A legtöbb gyártó kínálatában megtalálhatók ennek a hegyformának a hajlított változatai is, amelyek – mint a hajlított pákahegyek általában – a hőátadó képesség csekély csökkentése árán jobb hozzáférést biztosítanak egyes rejtettebb pontokhoz. Ilyen hegyformák esetében, a forrasztás közben megengedett vízszintes síkban, az éllel párhuzamos irányban végzett mozgatás is, de mindenképpen ajánlott olyan méret használata, amely segítségével mozgatás nélkül is kialakítható a forrasztott kötés.

Általános pákahegy-formák - véső

Általános pákahegy-formák – ferdén vágott hegyek

A pákahegyek harmadik elterjedt kialakítása a ferdén vágott hegy, amely egy hengeres vagy kúpos forma a forgástengellyel egy adott szöget (általában 45° vagy 60°, ritkábban 30°) bezáró síkban történő metszésével kerül kialakításra, egy ellipszis alakú talpfelületet képezve. Az angol szaknyelv ezt a formát „bevel” néven említi, magyarul a „szalámiforma” terjedt el. Ilyen kialakítás mellett a legmagasabb a hőátadásban aktívan résztvevő felület aránya, így ezt a hegytípust a legjobb hőátadó képesség és a legalacsonyabb mértékű kopás, azaz a leghosszabb élettartam jellemzi. Mint minden előnynek, ennek is megvan a maga ára: ezek a tulajdonságok csak akkor érvényesülnek, ha a pákát úgy tudjuk tartani, hogy a talpfelület megfeküdjön az áramköri kártyán, így a ferde sík szöge meghatározza, hogy milyen szögben kell tartanunk a pákát, erősen korlátok közé szorítva a hozzáférést a sűrűn beépített áramköri panelek alkatrészeihez.

Általános pákahegy-formák - ferdén vágott

Ennek a formának egy módosított változata is nagyon népszerűvé vált a nagyobb méretű, két- vagy négy oldalon forrasztott felületszerelt integrált áramköröket alkalmazók körében. Ezeknél a hegyeknél a talp nem egy teljesen sík, hanem egy homorú felülettel került kialakításra. Az így kialakított mélyedésben a hegy nagyobb mennyiségű, akár egy lábsor teljes forrasztására elegendő olvadt forraszanyagot képes felvenni, jelentősen megkönnyítve ezen áramkörök forrasztását. Az ilyen hegyeket nevezzük „kanalas” pákahegynek. Miután egyes gyártók szabadalmaztatták a homorú hegyformát, más gyártók domború kialakítással is kísérleteztek, hasonló eredménnyel.

A másik két típussal ellentétben, a ferdén vágott és a kanalas pákacsúcsok legtöbb alkalmazása kifejezetten megkívánja a páka vízszintes síkban történő mozgatását, amelyre ez a hegyforma minden irányban – akár az alkatrész lábainak irányában, akár arra merőlegesen – kifejezetten alkalmas.

(a videót a Metcal bocsátotta rendelkezésemre)

Bár nem kizárható, hogy egyes speciális alkalmazások megkívánhatják a ferdén vágott pákahegyek hajlított kialakítását, – egy, a speciális hegyek között ismertetésre kerülő kivételtől eltekintve – az ilyen hajlított hegyek nem szerepelnek egyik jelentősebb gyártó elsődleges kínálatában sem.

Sorozatunk következő részében a speciálisan kialakított pákahegyeket vesszük szemügyre.

A megfelelő pákahegy kiválasztása – 1. rész

t18-s4 solderingA kézi forrasztóeszközök használatát támogató munkám során gyakran szegezték nekem a kérdést, hogy ajánljak egy olyan formájú pákahegyet, amellyel minden műveletet el lehet végezni egy adott terméken és nem kell cserélgetni. Erre csak azt mondhatom, mint az egyszeri székely bácsi, aki az állatkertben először látott zsiráfot: „ilyen állat pedig nincs”. Ugyanakkor az is tény, hogy a megfelelő hegy kiválasztásával jelentősen fokozhatjuk a munkánk hatékonyságát és a létrehozott forrasztások minőségét, ezért célszerű áttekinteni néhány irányelvet, amelyek segítségével könnyebben megtalálhatjuk az ideálishoz legjobban közelítő megoldást és optimalizálhatjuk a folyamatainkat.

Egy ilyen áttekintés segítségünkre lehet abban is, hogy jobban kiismerjük magunkat a gyártók kínálatában, akik egy felkapottabb forrasztópákához olykor ötvenet is meghaladó különféle hegyformát ajánlanak.

Kezdjük hát az elejéről…

Mi a pákahegy célja?

A pákahegy elsődleges célja, hogy biztosítsa a forrasztott kötés kialakításához szükséges hőenergiát. Ez az energia aktiválja a folyasztószert, amely előkészíti a felületeket a forrasztáshoz, olvasztja meg az ónötvözetet és biztosítja a forrasztandó felületek megfelelő hőmérsékletét. Ezt a hőt természetesen nem csak a pákahegy hozzáérintésével tudjuk biztosítani, elég csak a meleg levegős újraömlesztéses eljárásra gondolnunk, valamint egyéb, az általunk elsődlegesen vizsgált elektronikai forrasztások esetén kevésbe elterjedt módszerek is léteznek, mint pl. a nyílt lánggal végzett forrasztás, de a pákás megoldás legnagyobb előnye, hogy ez a módszer képes a legjobban lokalizálni a forrasztott alkatrészeket érő hőhatást.

Másodlagos célként megemlíthetjük azt is, hogy a pákahegy „szállítja” a forrasztás helyére a kötés kialakításához szükséges forraszanyag (ónötvözet) egy részét. Ez a kijelentés azonban már nem általánosítható, mert a forrasztási műveletek zömében a pákahegy ónozása csak az energia hatékony átvitelét segíti és – néhány speciális eset, mint például a húzó forrasztás kivételével – a kötéshez felhasznált mennyiséget nem a pákahegyen lévő ón biztosítja, az ahhoz szükséges forraszanyagot más módon kell a forrasztás helyére juttatni. Ennek a legáltalánosabb módja az ónhuzal „rátolása”, közvetlenül a kötésre és nem a pákahegyre.

Mekkora legyen a pákahegy?

hegy-meretÚgy a forma, mint a méret kiválasztásánál, az fő szempont, hogy a pákahegy minél jobban teljesíthesse a rendeltetését, azaz elsősorban minél hatékonyabban adja át a szükséges hőmennyiséget a kötésnek. Az energia átadása pedig az érintkező felületeken keresztül történik, így a szükséges hegy méretét a forrasztandó felületek mérete határozza meg. Akkora hegyet célszerű használni, hogy az minél nagyobb felületen érintkezzen a forrasztási ponttal, de ne legyen annál lényegesen nagyobb, mivel akkor a hegy hőenergiájának egy része jobb esetben csak simán elvész, de az is könnyen előfordulhat, hogy más alkatrészekhez is hozzáér, azok nem kívánt melegedését okozva. A túl kicsi hegy pedig értelemszerűen csak lassabban tudja átadni a szükséges energiamennyiséget, azaz kisebb átvitt teljesítménnyel számolhatunk.

 Mit jelent a teljesítmény?

Forrasztópákánk műszaki adatai között előkelő helyen szerepel a teljesítmény, amely a legtöbb, a szokásos elektronikai műveletekhez használt pákák esetén egy 50 – 100 W közötti érték. Ez viszont a páka fűtőteljesítményét jelzi, nem pedig azt, hogy a páka milyen teljesítményt képes leadni a forrasztáshoz, ami elsősorban a hegy kialakításától és az érintkezés minőségétől függ. A páka névleges teljesítménye csak egy elméleti maximum, amelyet a gyakorlatban soha nem lehet 100%-ban kihasználni. Az egyik legfőbb szempontunk a pákahegy kiválasztásában, hogy olyan méret és forma kombinációt válasszunk, amely a legjobban kihasználja a rendelkezésre álló teljesítményt.

(A videót a Metcal bocsátotta rendelkezésemre)

A fenti videóbejátszásban például megfigyelhető, hogy, bár mindegyik pákahegy megolvasztja az ónt, ez leggyorsabban a mintegy 40 W átviteli teljesítményt átvitelét lehetővé tévő nagy méretű, lapos pákaheggyel ez lényegesen gyorsabban történik, mint a mindössze 14 W átvitelére alkalmas kis hegyes heggyel.

Cikksorozatunk további részeiben az általánosan elterjedt formákat és azok alkalmazását fogjuk áttekinteni.