Sterownik pracuje poprawnie przez lata, aż nagle linia zatrzymuje się bez wyraźnego powodu. Po restarcie wszystko wraca do normy. Po kilku tygodniach sytuacja się powtarza. W logach brak jednoznacznych błędów, pomiary są poprawne, program nie został zmieniony.
Takie scenariusze są dobrze znane działom utrzymania ruchu. Sporadyczne restarty, losowe alarmy, niestabilna komunikacja lub nieuzasadnione zatrzymania linii bardzo często przypisywane są zakłóceniom zasilania, środowisku pracy lub starzeniu elektroniki.
W rzeczywistości jedną z przyczyn może być zjawisko niemal niewidoczne gołym okiem,
a jednocześnie zdolne do zatrzymania całej produkcji. To właśnie wąsy cynowe.
Czym jest zjawisko wąsów cynowych?
Wąsy cynowe to mikroskopijne struktury krystaliczne wyrastające z powierzchni elementów pokrytych cyną. Mają postać cienkich metalicznych włókien, które mogą osiągać długość nawet kilku milimetrów przy średnicy rzędu kilku mikrometrów. Powstają samoczynnie na powierzchni połączeń lutowanych, wyprowadzeń komponentów oraz złączy elektrycznych. Co istotne, nie wymagają obecności napięcia ani przepływu prądu. Proces ich wzrostu zachodzi w czasie eksploatacji urządzeń i może trwać miesiące lub lata bez widocznych objawów.
Oznacza to, że w sprawnej i stabilnie pracującej elektronice może rozwijać się mechanizm prowadzący do nagłej awarii bez wcześniejszych sygnałów ostrzegawczych.
Jak powstają wąsy cynowe?
Główną przyczyną powstawania wąsów cynowych są naprężenia mechaniczne wewnątrz warstwy cyny. Powstają one podczas procesów produkcyjnych, starzenia materiałów oraz zmian temperatury. Struktura metalu dąży do redukcji naprężeń, a jednym ze sposobów ich rozładowania jest wzrost pojedynczych kryształów w postaci cienkich włókien.
Na rozwój zjawiska wpływa kilka czynników. Istotne znaczenie ma jakość procesu cynowania i struktura powłoki metalicznej. Ważna jest także dyfuzja metali pomiędzy podłożem a warstwą cyny. W urządzeniach pracujących w środowisku przemysłowym dodatkową rolę odgrywają wahania temperatury, wilgotność oraz drgania mechaniczne. Wąsy mogą rozwijać się zarówno w nowych urządzeniach, jak i w systemach eksploatowanych od wielu lat.
Jak zjawisko wpływa na systemy elektroniczne?
Wąsy cynowe są przewodzące, dlatego stanowią poważne ryzyko zwarć elektrycznych. Mogą łączyć sąsiednie ścieżki na płytkach drukowanych, wyprowadzenia układów scalonych lub styki złączy. Zwarcia takie bywają krótkotrwałe i niestabilne, co znacząco utrudnia ich wykrycie. W efekcie pojawiają się losowe restarty sterowników, błędy komunikacji lub nieuzasadnione alarmy systemowe.
W przemyśle skutki są szczególnie dotkliwe. Zakłócenia pracy sterowników PLC, falowników czy modułów wejść i wyjść mogą prowadzić do zatrzymania linii technologicznych lub utraty synchronizacji procesów. Problem polega na tym, że po demontażu urządzenia wąs cynowy często ulega zniszczeniu i fizyczna przyczyna awarii przestaje istnieć. Elektronika wraca do działania, a źródło problemu pozostaje nieznane. Dla działów utrzymania ruchu oznacza to długotrwałą diagnostykę oraz wysokie koszty przestojów produkcyjnych.
Jakie objawy mogą wskazywać na możliwe występowanie zjawiska?
Wąsy cynowe rzadko są pierwszym podejrzeniem podczas analizy awarii. Warto jednak brać je pod uwagę w przypadku problemów sporadycznych i trudnych do odtworzenia. Charakterystyczne są losowe zakłócenia pracy elektroniki, niestabilna komunikacja pomiędzy urządzeniami oraz błędy pojawiające się bez wyraźnej przyczyny logicznej lub programowej. Często po wymianie modułu na nowy problem znika, lecz po pewnym czasie pojawia się w innym urządzeniu tej samej generacji. Takie sytuacje są typowe dla starzejącej się elektroniki pracującej w warunkach przemysłowych przez wiele lat bez modernizacji.
Działania prewencyjne w zakładach produkcyjnych
Całkowite wyeliminowanie zjawiska nie jest możliwe na etapie eksploatacji, jednak można ograniczyć jego skutki. Fundamentalne znaczenie ma kontrola warunków środowiskowych pracy elektroniki oraz ochrona płytek drukowanych przed wilgocią i zanieczyszczeniami. W wielu zastosowaniach skuteczną metodą jest stosowanie powłok ochronnych na płytkach PCB, które ograniczają możliwość powstawania zwarć.
Istotna jest również strategia zarządzania cyklem życia elektroniki. Urządzenia pracujące nieprzerwanie przez wiele lat powinny być objęte planem diagnostyki, obejmującej przeglądy modułów sterujących oraz ocenę ich stanu technicznego, zanim pojawią się trudne do zdiagnozowania awarie.
Jakie znaczenie ma specjalistyczna diagnostyka?
Zjawisko wąsów cynowych wymaga doświadczenia w analizie uszkodzeń elektroniki przemysłowej. Standardowe testy funkcjonalne często nie ujawniają problemu, dlatego konieczne są zaawansowane metody inspekcji oraz wiedza o mechanizmach degradacji komponentów. W wielu przypadkach dopiero szczegółowa analiza mikroskopowa pozwala potwierdzić rzeczywistą przyczynę awarii.
Dla działów utrzymania ruchu oznacza to potrzebę współpracy z wyspecjalizowanymi serwisami elektroniki przemysłowej. Wczesna identyfikacja ryzyka pozwala uniknąć nieplanowanych przestojów i kosztownych wymian całych systemów sterowania.
Jeżeli w zakładzie pojawiają się trudne do wyjaśnienia awarie sterowników, modułów I/O lub paneli operatorskich, warto rozważyć audyt urządzeń elektroniki i automatyki przemysłowej w PLE Service. Nasz zespół specjalizuje się w audytach i naprawie elektroniki przemysłowej oraz wspiera działy utrzymania ruchu w identyfikacji przyczyn niestabilnej pracy urządzeń.
