Lutowanie styków i przewodów

Lutowanie - proces łączenia metali w stanie stałym lutem, który po stopieniu wpływa do szczeliny, zwilża lutowane powierzchnie, a po schłodzeniu krzepnie, tworząc szew lutowniczy.

Lutowanie odbywa się w temperaturze niższej od temperatury topnienia materiałów łączonych części. Jednocześnie temperatura lutu użytego do lutowania powinna być nieco wyższa niż temperatura topnienia, a temperatura łączonych części powinna być zbliżona do temperatury topnienia lutu. Spełnienie tego warunku jest niezbędne do uzyskania takiej ruchliwości lutu, która zapewnia wypełnienie szczelin w szwach między elementami stykowymi oraz opływanie ich powierzchni.

Dobre połączenie lutowane można uzyskać tylko wtedy, gdy lut zwilża powierzchnie styku łączonych elementów, a także ma wysokie właściwości kapilarne i zapewnia wypełnienie szczelin między łączonymi elementami.

Metalurgiczna metoda łączenia części za pomocą lutu o temperaturze topnienia poniżej 450 ° C nazywana jest lutowaniem miękkim. Adhezja lutu do metalu następuje z powodu adhezji lutu do metalu. Należy zaznaczyć, że warunkowo przyjmuje się temperaturę topnienia lutu do lutowania miękkiego na poziomie 450°C.

Wykonywanie połączeń stykowych przy użyciu lutu o temperaturze topnienia powyżej 450°C nazywa się lutowaniem. Wiązanie lutu z metalem jest w tym przypadku spowodowane zarówno adhezją, jak i dyfuzją lutu w metal.

Podczas lutowania prawie nie dochodzi do topienia łączonych elementów, dzięki czemu lutowane połączenia są łatwiejsze do naprawy.

Lutowanie twarde tworzy połączenia między praktycznie każdym tym samym metalem lub kombinacją różnych metali.

Miedź jest jednym z metali, które można łatwo lutować. Jednak dodatek pierwiastków stopowych do miedzi komplikuje proces lutowania, ponieważ obecność zanieczyszczeń w miedzi zmienia właściwości warstw tlenków, które są przeszkodą w tworzeniu niezawodnego połączenia. Ponadto zanieczyszczenia w stopach miedzi reagują podczas lutowania i tworzą kruche połączenia. W związku z tym przy wykonywaniu połączeń stykowych należy starannie dobierać topniki i luty.

Lutowanie aluminium wiąże się z dwoma głównymi wyzwaniami. Po pierwsze, na aluminium znajduje się ogniotrwała warstwa tlenku, a po drugie, aluminium ma wysoką przewodność cieplną przy stosunkowo niskiej pojemności cieplnej i dużym współczynniku rozszerzalności liniowej. Dlatego w procesie lutowania aluminiowych elementów stykowych nagrzewanie musi być zlokalizowane, wybór topnika musi być dokonany w zależności od wprowadzonych do metalu dodatków stopowych.

Charakterystyka różnych łączonych metali lub ich kombinacji determinuje zarówno proces technologiczny lutowania, jak i lutowie, topniki i sprzęt używany do lutowania.

Spawana struktura styków

Lutowanie twarde ma wiele wspólnego ze spawaniem, ale istnieją między nimi zasadnicze różnice. Jeżeli podczas spawania główne i dodatkowe metale znajdują się w jeziorku spawalniczym w stanie stopionym, to główny metal nie topi się podczas lutowania.

Ogólnie rzecz biorąc, lutowanie to zespół procesów metalurgicznych i fizykochemicznych zachodzących na granicy stałego metalu podstawowego i ciekłego metalu — lutu.W zależności od właściwości fizykochemicznych materiału bazowego i lutu oraz warunków i metody lutowania, połączenie utworzone między nimi ma inną strukturę. Wiadomo, że warunkiem połączenia metalu nieszlachetnego z lutem jest adhezja. Podczas zwilżania czystej metalowej powierzchni lutem i jego późniejszego krzepnięcia zachodzą następujące procesy.

Jeśli składniki tworzące lut nie wchodzą w interakcje z metalem nieszlachetnym przed rozpuszczeniem się w nim, wówczas między lutem a tym metalem pojawiają się wiązania międzykrystaliczne. Siła wiązania utwardzonego lutu z metalem nieszlachetnym jest zbliżona do wytrzymałości samego lutu. Decyduje o tym fakt, że lut wypełnia wszelkie nierówności i mikrokanaliki, które tworzą rozwiniętą powierzchnię adhezyjną, znacznie przekraczającą widoczną powierzchnię styku.

W przypadku, gdy możliwe jest rozpuszczanie jednego metalu w drugim w temperaturze lutowania lub w niższych temperaturach, oprócz wiązań międzykrystalicznych następuje dyfuzja atomów lutu do lutowanego metalu i odwrotnie. Wzajemna dyfuzja lutu i metalu lutu jest niezwykle wrażliwa na temperaturę. Dlatego rozwój tego procesu zależy od temperatury lutowania i czasu nagrzewania. W pewnych temperaturach metal spoiny i składniki lutu tworzą warstwy międzymetaliczne na granicy złącza.

Struktura złącza stykowego wykonana przez lutowanie to obszar składający się z warstwy lutu lanego równej szczelinie między łączonymi elementami i otoczonej z obu stron produktami oddziaływania lutu z metalami nieszlachetnymi — półprodukt międzymetaliczny warstwy różne kompozycje — i obszary wzajemnego rozmieszczenia.

Struktura złącza lutowanego: 1 — połączone przewody; 2 — strefy korozji; 3 — warstwy międzymetaliczne; 4 — lut; 5 — strefa dyfuzji

Lutowanie drutów aluminiowych

Łączenie i rozgałęzianie drutów litych o przekroju 2,5 — 10 mm2 przez lutowanie odbywa się po uprzednim połączeniu końców rdzenia podwójnym skrętem, tak aby w miejscu styku rdzeni powstał rowek. Złącze ogrzewa się płomieniem palnika propan-butan lub lampy benzynowej do temperatury początku topnienia lutu. Następnie z wysiłkiem przetrzyj powierzchnie łączące lutownicą wprowadzoną do płomienia. W wyniku tarcia rowek jest oczyszczany z zanieczyszczeń i cynowany po podgrzaniu złącza. W ten sposób całe połączenie jest uszczelnione.

Lutowanie połączeń i rozgałęzień drutów litych

Łączenie, zakańczanie i rozgałęzianie izolowanych drutów aluminiowych metodą lutowania powstałego po stopniowym cięciu powierzchni styku drutów aluminiowych i ich wstępnym cynowaniu. Końce żył wkłada się do specjalnych form, umieszczając je w środku i na środku części rurkowej tak, aby się stykały. Na przewodach umieszczane są ekrany ochronne chroniące izolację podłączonych przewodów przed działaniem płomienia. Chłodnice stosowane są dodatkowo przy dużych przekrojach przewodów. Wewnętrzne powierzchnie form są wstępnie malowane zimną farbą lub przecierane kredą. Miejsca, w których druty wchodzą do matrycy, są uszczelnione azbestem arkuszowym lub kordowym, aby zapobiec wyciekaniu lutu.

Przed bezpośrednim lutowaniem płomieniowym nagrzewa się środkową część matrycy, następnie do płomienia wprowadza się lut, który topiąc się wypełnia matrycę do górnej części otworu.

Na rysunku pokazano połączenie przygotowane do lutowania. Opracowano i stosowano metodę odlewania lutu. Dzięki tej metodzie przygotowane żyły układa się fazami pod kątem 55 °. kształtu, pozostawiając między nimi odstęp około 2 mm, pozostałe czynności przygotowania przewodu do połączenia są podobne jak w przypadku połączenia wtopionego.

W tyglu topi się 7-8 kg lutu i ogrzewa do około 600°C (aby uniknąć gwałtownego wystygnięcia). Pomiędzy tyglem a miejscem wlewania lutu zainstalowana jest taca ociekowa, którą mocuje się do odsłoniętych części przewodów.Lut wlewa się do formy przez otwór wlewowy, aż krawędzie rdzeni zostaną stopione i forma zostanie wypełniona. Zaleca się mieszanie lutu i zeskrobywanie warstwy tlenku z końców rdzeni za pomocą skrobaka. Czas lutowania nie przekracza 1 — 1,5 minuty.

Linki z zamocowanymi na nich formami, przygotowane do lutowania: 1 — izolacja drutu, 2 — ekran ochronny, 3 — forma, 4 — drut ułożony, 5 — plomba azbestowa.

Łączenie żył kabli aluminiowych metodą lutowania przez zalewanie stopionego lutu: a — widok ogólny procesu lutowania, b — szablon do zdobienia końcówek przewodów; c — gotowe połączenie, 1 — lut, 2 — punkty lutownicze

Lutowanie drutów miedzianych

Technologia łączenia i zakańczania przewodów miedzianych metodą lutowania jest taka sama. Lutowanie drutów o przekroju 1,5 — 10 mm2 wykonuje się lutownicą, ao przekroju 16 — 240 mm2 — palnikiem propan-butanowym lub lutowniczym; proces lutowania polega na zanurzeniu w stopionym lucie lub nalaniu stopionego lutu na miejsce lutowania.

Łączenie i rozgałęzianie przewodów miedzianych do 10 mm2 metodą lutowania odbywa się po uprzednim przygotowaniu ich styków. Żyły są skręcone, pokryte kalafonią, punkt lutowniczy jest podgrzewany lutownicą poprzez stopienie lutu w miejscu lutowania lub zanurzenie złącza w kąpieli lutowniczej. Po zwilżeniu spoiny lutem i wypełnieniu nim szczelin między lutowanymi końcami nagrzewanie spoiny ustaje.

Łączenie i rozgałęzianie drutów miedzianych o przekroju 4 — 240 mm2 metodą lutowania za pomocą łączników stykowych odbywa się poprzez nawadnianie.W tym celu lut w tyglach grafitowych lub stalowych jest podgrzewany w piecu elektrycznym lub gazowym do temperatury 550-600°C.

Przewody przygotowane do podłączenia lub zakończenia są wstępnie cynowane, a następnie umieszczane w tulei lub tulejce. Złącze przewodu znajduje się na środku tulei. Po zakończeniu rdzeń jest wkładany do wiertła, tak aby jego koniec był równo z końcem odcinka rury końcówki. Aby uniknąć wycieku lutu na rdzeń, między końcem tulei (końcówką) a krawędzią izolacji nawija się azbest. Złącze jest poziome. Nawadnianie lutu trwa do momentu wypełnienia objętości między rdzeniem a grotem, ale nie dłużej niż 1,5 minuty. Po zakończeniu lutowania natychmiast (aż do wystygnięcia lutu) przetrzyj tuleję ściereczką zwilżoną maścią lutowniczą, usuwając i wygładzając plamy lutownicze.

Lutowanie różnych drutów metalowych odbywa się przy użyciu tej samej technologii, co łączenie dwóch drutów aluminiowych. Przygotowując końcówki drutów aluminiowych do lutowania, ich końce są fazowane pod kątem 55O lub cięte schodkowo, po czym końce są cynowane. Lutowanie odbywa się poprzez bezpośrednie stapianie w formie lub przez odlewanie stopionym lutem. Łączenie i rozgałęzianie drutów aluminiowych i drutów litych można również wykonać w przepustach miedzianych ocynowanych.