Reklama
Newsletter

Lutowanie

Lutowanie polega na łączeniu jedno lub różnorodnych materiałów metalicznych, a także niektórych niemetalicznych za pomocą roztopionego metalu dodatkowego, zwanego lutem. Wykonanie złącza polega na wprowadzeniu do szczeliny spoiwa,  w postaci lutu o niższej temperaturze topnienia niż temperatura topnienia łączonych metali, nagrzewaniu złącza i wypełnieniu szczeliny roztopionym lutem.
W zależności od temperatury topnienia lutu (spoiwa) rozróżnia się dwa rodzaje lutowania:
- lutowanie miękkie gdy temperatura topnienia lutu mieści się w zakresie od 3 oC do 450 oC
,
- lutowanie twarde gdy temperatura topnienia lutu mieści się w zakresie od
450 oC do 2000 oC.

Podstawowymi etapami lutowania są:
- ukształtowanie i oczyszczenie powierzchni łączonych,
- nagrzanie powierzchni  łączonych do temperatury bliskiej temperaturze topnienia lutu,
- nałożenie topnika,
- roztopienie lutu i wprowadzenie go pomiędzy łączone powierzchnie,
- wzajemna dyfuzja łączonych metali i ciekłego lutu,
- chłodzenie i skrzepnięcie lutowiny.

W zależności od rodzaju lutowanych metali rozróżnia się trzy rodzaje więzi między lutem i podłożem:
- pierwszy rodzaj więzi występuje wtedy, gdy lut i podłoże nie tworzą związków chemicznych, ani nie rozpuszczają się wzajemnie lub rozpuszczają się bardzo nieznacznie (granica pomiędzy lutem a podłożem jest bardzo wyraźna, np. lutowanie stali srebrem),
- drugi rodzaj więzi powstaje, gdy lut i podłoże nie tworzą związków chemicznych, lecz rozpuszczają się wzajemnie (np. lutowanie stali miedzią),
- trzeci rodzaj więzi ma miejsce, gdy lut i podłoże mogą tworzyć związki chemiczne z jednej i drugiej strony warstewki lutu (np. lutowanie miedzi i żelaza cyną)

Luty miękkie

Zakłada się, że dla uzyskania połączenia lutowanego konieczne jest uzyskanie fazy ciekłej, której temperatura topnienia leży poniżej temperatury topnienia łączonych materiałów. Może być ona składnikiem w ostatecznym składzie chemicznym lutu uzyskiwanym przed lub po nagrzaniu. Temperatura topnienia lutu, lub zakres temperatur, w których ulega on stopieniu określa temperaturę lutowania. Aby stworzyć warunki do zwilżania powierzchni części lutowanych, potrzebny jest topnik lub odpowiednia atmosfera procesu
Rodzaje lutów miękkich:
- stopy cyny z ołowiem, z antymonem i bez antymonu,
- stop cyny ze srebrem, ołowiem i bez ołowiu,
- stopy cyny z miedzią, z ołowiem i bez ołowiu,
- stopy cyny z antymonem,
- stop cyny z ołowiem i bizmutem oraz bizmutu z cyną,
- stopy cyny z ołowiem i kadmem,
- stopy cyny z indem,
- stop ołowiu ze srebrem, z cyną i bez cyny.


Luty twarde

- Klasa AL - spoiwa aluminiowe z krzemem , z krzemem i miedzią oraz z krzemem i magnezem. Lutowanie aluminium, tytanu i ich sto­pów,
- Klasa AG - spoiwa srebrne z miedzią, z miedzią i cynkiem, z miedzią, cynkiem i kadmem, z miedzią, cynkiem i cyną, z manganem, z miedzią i cyną, z miedzią, cynkiem, manganem i niklem. Lutowanie miedzi i jej stopów, stali, spieków narzędziowych,
- Klasa CP - spoiwa miedziowo-fosforowe bez dodatku i z dodatkiem sre­bra lub cyny i antymonu. Lutowanie miedzi (bez topnika na powietrzu) i jej stopów,
- Klasa CU - spoiwa miedziowe, brązowe i mosiężne (mosiądze z dodat­kiem cyny, krzemu lub manganu i niklu). Lutowanie stali nie­stopowych i niskostopowych, spieków narzędziowych,
- Klasa NI - spoiwa niklowe (stopy z chromem, żelazem, krzemem, bo­rem, fosforem, wolframem). Lutowanie stali wysokostopowych i stopów niklu,
- Klasa CO - spoiwo kobaltowe. Lutowanie stopów kobaltu i niklu,
- Klasa PD - spoiwa palladowe (stopy srebra i miedzi z palladem oraz pal­ladu z niklem). Lutowanie żarowytrzymałych, odpornych na korozję stopów niklu, molibdenu, wolframu,
- Klasa AU - spoiwa złote (stopy z miedzią lub niklem). Lutowanie żarowy­trzymałych i odpornych na korozję stopów niklu, molibdenu, wolframu.


Topniki

Głównym zadaniem topników jest rozpuszczenie warstewki tlenków pokrywającej lutowane powierzchni oraz ochrona tych powierzchni przed utlenianiem w czasie lutowania. Topnik ma stosunkowo mały ciężar właściwy dzięki czemu wypływa na powierzchnię lutowania oraz zwiększa płynność lutowania. Temperatura topnienia topnika jest zazwyczaj niższa o 200C do 400C od temperatury topnienia lutu. Nadmiar topnika, pozostałego po lutowaniu, jest łatwo usuwalny.

Wymagane właściwości topników lutowniczych:
- tworzenie trwałej, stałej a następnie płynnej, szczelnie przylegającej warstwy ochronnej na powierzchniach materiałów łączonych w trakcie nagrzewania ich do temperatury lutowania,
- temperatura topnienia oraz temperatura maksymalnej aktywności odpowied­nio niższa od temperatury topnienia lutu,
- zdolność obniżania napięcia powierzchniowego ciekłego lutu,
- odpowiednia gęstość oraz własności powierzchniowe umożliwiające wypły­wanie żużla na powierzchnię stopionego lutu,
- możliwie niska toksyczność,
- tworzenie łatwo usuwalnego żużla.

Ogólnie znane obecnie topniki można podzielić na:
- topniki chemicznie czynne, wywołujące korozję, takie jak chlorek cynku albo mieszanina chlorku cynku z chlorkiem amonu (salmiakiem),
- topniki chemicznie bierne, mało lub wcale nie korozyjne, np. kalafonia, łój, oli­wa.