Technologia lutowania

Lutowanie, jako jedna z technologii tworzenia trwałych połączeń, jest unikalnym sposobem łączenia szerokiej gamy materiałów - metali, niemetali, a także połączeń metali z niemetalami (węgiel, stop, stal szybkotnąca, metale nieżelazne i ich stopy – miedź, aluminium, stopy twarde, półprzewodniki, ceramika itp.).

Jakość połączeń lutowanych w dużej mierze zależy od czynności przygotowawczych: oczyszczenia powierzchni, nałożenia lakierów bazowych, nałożenia materiału lutowniczego, wstępnego montażu produktu w elementach złącznych i przetestowania trybu lutowania.

Czyszczenie powierzchni powinno zapewnić usunięcie tlenków i zanieczyszczeń tłuszczowych, które zapobiegają kapilarnemu wycofywaniu się materiału przedmiotu obrabianego i lutu. Czyszczenie przed lutowaniem odbywa się dwoma metodami - chemiczną i mechaniczną. Czyszczenie mechaniczne służy do usuwania grubszych zabrudzeń (rdza, tlenki itp.), a czyszczenie chemiczne do usuwania tłuszczu i lekkich zabrudzeń (przecieranie alkoholami — etylowym, butylowym, metylowym, specjalnymi mieszaninami czyszczącymi).W przypadku odtłuszczania chemicznego należy liczyć się z koniecznością późniejszego spłukiwania kompozycji.

Czyszczenie mechaniczne odbywa się za pomocą strumienia ściernego (piasek, śrut) do dużych powierzchni, szczotek metalowych, obróbki tokarskiej, szlifierek. Odpylanie jest również konieczne po obróbce strumieniowo-ściernej na sucho. Lutowanie należy rozpocząć jak najszybciej po czyszczeniu, aby uniknąć ponownego tworzenia się tlenków.

Nakładanie podkładów stosuje się w celu poprawy płynności lutu. Najczęściej stosowane są powłoki miedziane. Stale odporne na korozję są również niklowane. Powłoki miedziane nakłada się metodą lutowania lub osadzania elektrolitycznego.

Lut umieszczany albo w pobliżu szczeliny w postaci drutu, profilowanej folii, pasty itp., albo bezpośrednio w szczelinie. Innym sposobem jest podawanie lutu podczas procesu lutowania – ręczne lub zmechanizowane. Lut jest mocowany przez klejenie lub spawanie.

Podczas nakładania lutu w szczelinie szeroko stosowana jest metoda osadzania elektrycznego (w przypadku cyny, tytanu, miedzi, różnych stopów). Stosowane jest również natryskiwanie plazmowe powłok. W lutowaniu kontaktowo-reaktywnym w szczelinie umieszczana jest folia (lub natryskiwana powłoka), tworząc parę stykową z metalem przedmiotu obrabianego.

W celu zabezpieczenia powierzchni, których nie da się lutować, stosuje się specjalne „stop pasty” z dwutlenku krzemu (Al2O3), grafitu, tlenku cyrkonu i innych.

Wstępne mocowanie części wyprodukowanych w celu zachowania określonego luzu i względnego położenia części.W tym przypadku można zastosować zarówno połączenia rozbieralne (montaż w urządzeniach, wciskanie), jak i jednoskładnikowe (nagrzewanie, montaż poprzez zgrzewanie punktowe, oporowe lub łukowe).

Projekty połączeń lutowniczych

Główne parametry trybu lutowania to:

• temperatura lutowania,

• szybkość ogrzewania,

• dotrzymywanie czasu

• siła nacisku (do lutowania ciśnieniowego),

• tempo schładzania.

Temperaturę lutowania określa się na podstawie maksymalnej dopuszczalnej wartości dla lutowania tych materiałów, a lut dobiera się tak, aby jego temperatura likwidusu była o 20-50 stopni niższa od temperatury lutowania.

Szybkość nagrzewania niezbędna w przypadku części cienkościennych. Jest to ustalane empirycznie.

Czas utrzymywania w temperaturze lutowania jest również określany empirycznie w oparciu o fakt, że musi on zapewniać proces zwilżania i rozprowadzania. Jednocześnie nie zaleca się nieuzasadnionego zwiększania jego wartości, ponieważ może to prowadzić do erozji metalu przedmiotu obrabianego w wyniku działania stopionego lutu.

Nagrzewanie w celu stopienia lutu może odbywać się na różne sposoby — ręcznie (przy użyciu palników, lutownic), w piecach, metodami indukcyjnymi i kontaktowymi.

Po lutowaniu należy przeprowadzić czyszczenie, które z reguły odbywa się w dwóch etapach. Pierwszym z nich jest eliminacja odpadów lutowniczych. Drugi to zdzieranie w celu usunięcia warstw tlenków powstałych podczas procesu lutowania topnikowego. Brak przyczepności do pozostałości agresywnego topnika może osłabić połączenia lutowane.

Ponieważ większość topników lutowniczych rozpuszcza się w wodzie, najlepszym sposobem na ich usunięcie jest wypłukanie zespołu w gorącej wodzie (50 stopni lub więcej). Najlepiej zanurzyć zespół w wodzie, gdy lutowane części są jeszcze gorące. W razie potrzeby topnik można lekko przetrzeć szczotką drucianą. Bardziej wyrafinowane metody usuwania topnika — dokładne czyszczenie ultradźwiękowe — mogą być stosowane w celu przyspieszenia ekspozycji na gorącą wodę lub parę.

Czasami konieczne jest usunięcie topnika z przegrzanych części lutu. W takich przypadkach topnik jest całkowicie nasycony tlenkami i zmienia kolor na zielony lub czarny. W takim przypadku należy go usunąć rozcieńczonym roztworem kwasu solnego (stężenie 25%, temperatura ogrzewania 60-70 stopni, ekspozycja 0,5 ... 2 minuty). W takim przypadku należy zachować wszelkie środki ostrożności podczas pracy z kwasami.

Po oczyszczeniu lutu z pozostałości topnika usuwa się tlenki. Najlepsze środki czyszczące to te zalecane przez producenta lutu używanego do lutowania. Można również stosować roztwory kwaśne, ale na przykład kwas azotowy niszczy srebrne luty podczas trawienia.

Po usunięciu topnika i tlenków, złącza lutowane można poddać szeregowi innych operacji wykończeniowych – polerowaniu lub olejowaniu.

Wady podczas procesu lutowania są podobne do spawanych: niekapiące, niemetaliczne wtrącenia, pory i ubytki, pęknięcia. Brak lutowania może wystąpić, gdy szczelina i ogrzewanie są nierówne, gdy nie ma wystarczającego zwilżenia lub nie ma wylotu gazu.

Wtrącenia niemetaliczne w lutowanym złączu pojawiają się, gdy lut wchodzi w interakcję z tlenem zawartym w powietrzu, w wyniku interakcji topnika z metalem przedmiotu obrabianego podczas długotrwałego ogrzewania i przy złym wstępnym oczyszczeniu powierzchni. Pory i puste przestrzenie mogą tworzyć się przy dużych szczelinach i jeśli rozpuszczalność gazów spada podczas krystalizacji spoiny.

Pęknięcia mogą wynikać z naprężeń termicznych podczas chłodzenia części lub z tworzenia się kruchych związków międzymetalicznych.

Przestrzeganie reżimu lutowania, dokładne czyszczenie i zapewnienie optymalnego prześwitu między lutowanymi częściami znacznie zmniejszają ryzyko powstania wad w połączeniach lutowanych.

Zobacz też: Piny i przewody lutownicze