مكواة لحام

مكواة اللحام هي أداة يدوية تُستخدم في عملية اللحام . وهي توفر الحرارة لإذابة اللحام حتى يتمكن من التدفق إلى الوصلة بين قطعتي العمل.

تتكون مكواة اللحام من رأس معدني ساخن (الرأس ) ومقبض معزول. ويتم التسخين عادةً كهربائيًا، بتمرير تيار كهربائي (يُزوَّد عبر سلك كهربائي أو كابلات بطارية) عبر عنصر تسخين مقاوم . أما المكواة اللاسلكية، فيمكن تسخينها باحتراق غاز مُخزَّن في خزان صغير، وغالبًا باستخدام مُسخِّن تحفيزي بدلًا من اللهب. وكانت المكواة البسيطة، الأقل شيوعًا اليوم مما كانت عليه في الماضي، عبارة عن رأس نحاسي كبير مثبت على مقبض، يُسخَّن باللهب.

ينصهر اللحام عند درجة حرارة تقارب 185 درجة مئوية (365 درجة فهرنهايت) . صُممت مكاوي اللحام للوصول إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 200 و480 درجة مئوية (392 إلى 896 درجة فهرنهايت) . ^{[ 1 ]}    

تُستخدم مكاوي اللحام في الغالب لأعمال التركيب والإصلاح والإنتاج المحدود في تجميع الإلكترونيات . أما خطوط الإنتاج ذات الأحجام الكبيرة فتستخدم طرق لحام أخرى. ^{[ 2 ]} ويمكن استخدام مكاوي اللحام الكبيرة للحام الوصلات في الصفائح المعدنية. ومن الاستخدامات الأقل شيوعًا فن الحرق على الخشب (نقش التصاميم على الخشب) ولحام البلاستيك (كبديل للحام بالموجات فوق الصوتية ).

قبل تطوير مكاوي اللحام الكهربائية، كانت مكواة اللحام التقليدية تتكون من كتلة نحاسية ذات رأس مدبب مناسب، مثبتة على قضيب حديدي ومثبتة بمقبض خشبي. وقبل الاستخدام مباشرة، كانت المكواة تُسخن على النار أو في موقد فحم ، وكان لا بد من إعادة تسخينها كلما بردت. وكانت مكاوي اللحام تُستخدم بشكل أساسي من قبل الحدادين وصانعي النحاس للعمل مع الصفائح المعدنية الرقيقة . ^{[ 3 ]}

كان من الضروري استخدام كتلة نحاسية كبيرة لتوفير سعة حرارية كافية لتوفير حرارة مفيدة بعد إبعادها عن النار، والنحاس معدن باهظ الثمن. أدى ذلك إلى تطوير مكاوي لحام ذات رأس نحاسي صغير مثبت على كتلة حديدية رخيصة الثمن . ^{[ 4 ]} بل إن بعض المكاوي كانت مزودة برؤوس نحاسية قابلة للإزالة والاستبدال. ^{[ 5 ]}

كانت أول مكواة لحام كهربائية مزودة برأس بلاتيني خفيف الوزن للغاية، يتم تسخينه بواسطة تيار كهربائي يمر عبر الرأس نفسه. ^{[ 6 ]} وبحلول عام 1889، تم تطوير مكاوي لحام كهربائية مزودة بسلك مقاومة ملفوف حول الطرف الخلفي لرأس نحاسي ومغلف بغلاف واقٍ. ^{[ 7 ]} وكبديل، كان من الممكن تغليف عنصر التسخين برأس نحاسي مجوف خفيف الوزن نسبيًا. ^{[ 8 ]}

في عام ١٨٩٤، بدأت شركة American Electrical Heater Company بتصنيع مكاوي اللحام الكهربائية على نطاق واسع في ديترويت. وبعد فترة وجيزة، أطلقت الشركة خط إنتاجها من مكاوي اللحام. وفي عام ١٩٠٥، نشرت مجلة Scientific American دليلاً تعليمياً حول كيفية صنع مكواة اللحام، يشرح بوضوح كيفية صنع المكواة في بداياتها. ^{[ ٩ ]}

في عام 1921، طورت شركة ألمانية أسسها إرنست ساكس مكواة لحام كهربائية مشابهة لمكواة شركة American Electrical Heater Company. وفي عام 1926، تقدم ويليام ألفرينك بطلب للحصول على براءة اختراع لأول محطة لحام. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

في عام ١٩٤٦، تقدم كارل إي. ويلر بطلب للحصول على براءة اختراع لمسدس اللحام الخاص به الذي يسخن فورًا، وبدأ إنتاج "المكواة السريعة" في بنسلفانيا. ^{[ ١٢ ]} تم تصنيعها من خلال شركة ويلر للتصنيع، وكان هذا المنتج أول مسدس لحام حراري فوري. بعد بضع سنوات، طرحت الشركة في السوق مكواة لحام ذاتية الضبط. في عام ١٩٥١، بدأت شركة وين برودكتس بتصنيع مكواة اللحام الفورية الخاصة بها. بعد محاكمة استمرت ثلاث سنوات، ربح ويلر القضية بتهمة انتهاك براءة الاختراع. ^{[ ١١ ]}

في عام 1960، حصل ويلر على براءة اختراع مكواة اللحام "ماغناستات"، وجُدِّدت في عامي 1964 و1971. ^{[ 13 ]} كانت هذه المكواة قادرة على التحكم في درجة الحرارة باستخدام طرف مغناطيسي حساس للحرارة. حققت "ماغناستات" مبيعات هائلة، وأُدرجت في محطة اللحام W-TCP عام 1967. في الواقع، ضمن براءة الاختراع، وكوصف تكميلي، تُحدد ما أصبح اليوم الشكل " الفعلي " لغالبية مكاوي اللحام اليابانية والصينية الحالية: هاكو، باكو، إلخ... وصفت براءة الاختراع المنتهية الصلاحية، والتي توقف ويلر نفسه عن استخدامها في بعض الطرازات، أنبوبًا خارجيًا يحمل طرفًا نحاسيًا مطليًا، مثبتًا بصامولة على المقبض. ^{[ 14 ]}

يوجد في الطرف الخلفي البعيد لأنبوب السحب 26، والمثبت به بواسطة الحافة المحيطية 27، صامولة ملولبة قابلة للدوران بحرية 28 مصممة ليتم ربطها حول مسمار استقبال الصامولة 29 لحافة الغطاء 21 لسحب الطرف 11 إلى مكانه الصحيح.

يحمي حامل مكواة اللحام المكواة من المواد القابلة للاشتعال، وغالبًا ما يأتي مزودًا بإسفنجة من السليلوز ووعاء من مادة اللحام لتنظيف رأس المكواة. بعض مكاوي اللحام المخصصة للاستخدام المتواصل والاحترافي تأتي كجزء من محطة لحام، مما يسمح بضبط درجة حرارة رأس المكواة بدقة والحفاظ عليها ثابتة، وأحيانًا عرضها.

معظم مكاوي اللحام الإلكترونية مزودة برؤوس قابلة للتبديل، تُعرف أيضًا باسم رؤوس اللحام ، وتختلف في الحجم والشكل لتناسب أنواعًا مختلفة من العمل. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 15 ]} تشمل أشكال الرؤوس الشائعة: المشطوف ، والإزميل ، ^{[ 24 ] [ 25 ]} والمخروطي . ^[ 24 ^{] [ 25 ] ومن الأمثلة على الرؤوس المتخصصة رأس الملعقة أو جناح النورس، الذي يتميز بتجويفه. انظر الصورة أعلاه} للاطلاع على رسومات توضيحية لبعض أشكال الرؤوس المختلفة وبعض أسمائها.

تُعدّ رؤوس اللحام الهرمية ذات السطح المثلث المسطح، ورؤوس اللحام الإزميلية ذات السطح العريض المسطح، مفيدةً في لحام الصفائح المعدنية . أما رؤوس اللحام الإزميلية المخروطية أو المدببة الدقيقة، فتُستخدم عادةً في أعمال الإلكترونيات. قد تكون رؤوس اللحام مستقيمة أو منحنية. كما تتوفر رؤوس لحام مقعرة أو ذات تجويف مقعر في سطحها المسطح لحفظ كمية صغيرة من اللحام. ^{[ 26 ] [ 27 ]} يعتمد اختيار رأس اللحام على نوع العمل وسهولة الوصول إلى الوصلة؛ فعلى سبيل المثال، يختلف لحام الدوائر المتكاملة ذات التثبيت السطحي بمسافة 0.5 مم اختلافًا كبيرًا عن لحام وصلة ثقبية في مساحة واسعة. يُقال إن تجويف رأس اللحام المقعر يساعد على منع تلامس الأطراف المتقاربة؛ ويُنصح باستخدام أشكال مختلفة لتصحيح التلامس الحاصل. ^{[ 28 ]} نظرًا لقيود براءات الاختراع، لا تُوفر جميع الشركات المصنعة رؤوس اللحام المقعرة في كل مكان؛ وتوجد قيود خاصة في الولايات المتحدة الأمريكية. ^{[ 28 ]}

تستخدم مكاوي اللحام القديمة والرخيصة عادةً رأسًا نحاسيًا غير مطلي، يُشكّل باستخدام مبرد أو ورق صنفرة. يذوب هذا الرأس تدريجيًا في اللحام، مما يؤدي إلى تآكله وتشويه شكله. تُبرد رؤوس النحاس أحيانًا عند تآكلها. وقد ازدادت شعبية رؤوس النحاس المطلية بالحديد منذ ثمانينيات القرن الماضي. ولأن الحديد لا يذوب بسهولة في اللحام المنصهر، فإن الرأس المطلي أكثر متانة من الرأس النحاسي غير المطلي، مع أنه سيتآكل في النهاية ويحتاج إلى استبدال. وهذا مهم بشكل خاص عند العمل في درجات الحرارة العالية اللازمة للحام الحديث الخالي من الرصاص. نادرًا ما تُستخدم رؤوس الحديد والفولاذ الصلبة لأنها تخزن حرارة أقل، وتوصلها بشكل سيئ، وقد يؤدي الصدأ إلى تلف عنصر التسخين.

قد تحتوي رؤوس المكواة المطلية بالحديد على طبقة من النيكل بين قلب النحاس وسطح الحديد. ^{[ 22 ]} ويمكن استخدام طلاء خارجي من النيكل والكروم في منطقة أبعد عن رأس المكواة، لأن اللحام لا يلتصق جيدًا بهذه المادة: وهذا يمنع وصول اللحام إلى أجزاء من رأس المكواة غير المرغوب فيها. ^{[ 22 ]}

تحتوي بعض رؤوس التسخين على سخان ومستشعر درجة حرارة يعتمد على المزدوجة الحرارية لتسهيل التحكم في درجة الحرارة بشكل أكثر دقة (TS100 و T12، على سبيل المثال).

عندما تتأكسد رأس المكواة ويتراكم عليها التدفق المحترق، لا يعود اللحام يبلل الرأس، مما يعيق انتقال الحرارة ويجعل اللحام صعبًا أو مستحيلاً؛ لذا يجب تنظيف الرؤوس دوريًا أثناء الاستخدام. تحدث هذه المشاكل مع جميع أنواع اللحام، لكنها أشدّ وطأةً مع اللحام الخالي من الرصاص الذي انتشر استخدامه في الإلكترونيات، والذي يتطلب درجات حرارة أعلى من اللحام المحتوي على الرصاص. تتأكسد طبقة الحديد المكشوفة؛ وإذا حُفظت الرأس مغطاة بالقصدير باستخدام اللحام المنصهر، يُمنع التأكسد. تُغطى الرأس النظيفة غير المؤكسدة بالقصدير بوضع كمية قليلة من اللحام والتدفق.

يمكن استخدام إسفنجة صغيرة مبللة، تُرفق عادةً مع معدات اللحام، لمسح رأس المكواة. أما مع اللحام الخالي من الرصاص، فيمكن استخدام طريقة تنظيف أكثر فعالية باستخدام برادة النحاس. يساعد سائل اللحام على إزالة الأكسيد؛ وكلما كان السائل أكثر فعالية، كان التنظيف أفضل، مع العلم أن السائل الحمضي المستخدم على لوحات الدوائر الإلكترونية والذي لا يُنظف جيدًا يُسبب التآكل. رأس المكواة الذي يُنظف دون إعادة طلائه بالقصدير يكون عرضة للأكسدة.

رؤوس مكواة اللحام مصنوعة من قلب نحاسي مطلي بمعادن مختلفة، بما في ذلك الحديد. يُستخدم النحاس لنقل الحرارة، بينما تُستخدم الطبقات الأخرى لزيادة المتانة. النحاس سريع التآكل، مما يؤدي إلى تآكل رأس المكواة، خاصةً عند استخدام مواد خالية من الرصاص؛ أما الحديد فلا يتآكل. يتطلب تنظيف الرؤوس إزالة طبقة الأكسيد دون إتلاف طبقة الحديد وتعريض النحاس للتآكل السريع. استخدام لحام يحتوي على كمية قليلة من النحاس يُبطئ من تآكل رؤوس النحاس.

في حالات الأكسدة الشديدة التي لا يمكن إزالتها بالطرق اللطيفة، يمكن استخدام أداة كاشطة صلبة بما يكفي لإزالة الأكسيد ولكن ليس لدرجة خدش طبقة الحديد. يمكن استخدام سلك تنظيف نحاسي أو فرشاة أو عجلة على آلة تجليخ بحذر. يمكن استخدام ورق الصنفرة وأدوات أخرى، ولكن من المحتمل أن تُلحق الضرر بالطلاء.

• محطة لحام
• اللحام بالنحاس  - ربط المعادن هيكليًا باستخدام سبيكة ربط تتحمل درجات حرارة أعلى من اللحام العادي
• كولد هيت  - مكواة لحام مقاومة "تسخين فوري"
• اللحام  - صهر جسمين لربطهما معًا