W metodzie łączenia metali wyróżniamy dwa rodzaje lutowania twarde i miękkie.
Lutowanie to inaczej sposób zespalania metali z wykorzystaniem spoiwa, które ma niższą temperaturę topnienia, niż podzespoły łączone. Czyli nie są nadtapiane jak to ma miejsce podczas spawania.
Z lutowaniem miękkim mamy do czynienia wtedy kiedy spoiwo ma temperaturę topnienia niższą niż 400 stopni np.
- Spoiwo cyno-ołowiowe LC60
- Spoiwo cynowo-miedziowe Sn97Cu3
W lutowaniu twardym stosujemy spoiwa o temperaturze topnienia powyżej 650 stopni np.:
- Lut miedziany LM-60
- Lut srebrny LS45
- Lut fosforowy LCuP6
Narzędziem do lutowania są lutownice transformatorowe, lutownice oporowe, palniki gazowe na propan butan, palniki cyklonowe na propan butan, palniki propan + tlen, palniki acetylen + tlen.
Przed lutowaniem trzeba troskliwie wyczyścić powierzchnię z tłuszczów, nalotów,Tlenków, siarczków, kleju itp.. Jest to warunek konieczny do powstania czystego łączenia.
Powierzchnie czyścimy najpierw:
- Mechaniczne, korzystając z skrobaka, włókniny szlifierskiej lub papieru ściernego.
- Chemicznie używając do odtłuszczenia rozpuszczalników acetonowych lub rbenzyny ekstrakcyjnej.
- Chemicznie używając do usunięcia siarczków i tlenkow oraz aktywowania powierzchni kwasu lutowniczego, pasty lutowniczej i topników.
Lutowanie miękkie polega na scalaniu metali za pomocą łatwo topliwego lutu na bazie niskotopliwej cyny. Luty mają zazwyczaj kształt pałeczek lub pręcików. Występują wraz z topnikiem lub bez. Topnik jest niezbędny do prawidłowego połączenia, zabezpiecza powierzchnie przed powstawaniem tlenkowo siarczkowych nalotów i powoduje, że spoiwo bez trudu zwilża powierzchnię. Należy dbać, aby nie nagrzewać zbytnio lutowanych elementów, zwłaszcza przy lutowaniu otwartym płomieniem.
Tego typu połączenia są {w niewielkim stopniu odporne mechanicznie, ale świetnie przewodzą prąd i dają gwarancję szczelności. Znajdują zastosowanie w elektryce i elektronice, w instalacjach wodnych i CO.
Jak w praktyce wygląda lutowanie miękkie np. przewodów elektrycznych:
- Z przewodów usuwamy izolację.
- Jeśli są to cienkie przewody to stosujemy tylko kalafonię, bo pasta lutownicza jest produkowana na bazie kwasu i może po jakimś czasie sprawić przerwanie styku.
- Nagrzewamy grot i nakładamy cynę tak, aby powstała kropelka i wstrzymujemy nagrzewanie.
- Zanurzamy grot w paście.
- Druty do lutowania skręcamy i pobielamy (połączenia elektryczne), dotykamy do skręconego przewodu grot i włączamy lutownicę.
- Temperatura sprawi, że nadmiar topnika spłynie na przewód i odtłuści go i usunie tlenki, następnie cyna spłynie na przewód i pokryje go w całości.
- Jak tylko cyna spłynie na przewód należy od razu przerwać nagrzewanie i odsunąć grot od przewodu. Unikniemy w ten sposób przegrzania topnika i utlenienia lutu cynowego.
- Pobielone przewody stykamy jeden z drugim, na grot nabieramy odrobinę cyny z topnikiem (patrz wyżej).
- Grzejemy połączone przewody, jak tylko cyna spłynie z grotu na przewody natychmiast przerywamy nagrzewanie. Uwaga pamiętajmy, że przez chwilę cyna jest jeszcze ciekła i dopóki nie wystygnie nie można poruszać przewodami.
W wypadku lutowania bardzo cienkich przewodów nie stosujemy pobielania. Całą procedurę wykonujemy w jednym podejściu. W pierwszej kolejności skręcamy kabelki następnie lutujemy.
Lutowanie aluminium jest nieco trudniejsze. Podstawowy problem stanowią tlenki, które tworzą się na powierzchni aluminium przy kontakcie z powietrzem. Ten proces przy ogrzewaniu lutowanych elementów następuje błyskawicznie. Rozwiązaniem jest zastosowanie smaru lub oleju, jako bariery. Łączone elementy trzeba najpierw pobielić, ponieważ aluminium ma bardzo dobrą przewodność i najczęściej lutuje się większe elementy to trzeba użyć lutownic kolbowych o mocy 250W lub więcej.
- Pierwszym etapem jest usunięcie mechaniczne tlenków z powierzchni. Można to zrobić skrobiąc nożem lub skrobakiem aluminium zanurzone w oleju lub natychmiast po oskrobaniu pokryć smarem.
- Na nagrzaną kolbę lutowniczą nakładamy cynę, kalafonię i pocieramy o powierzchnię pobielaną.
- Pobielone końce smarujemy kalafonią lub pastą na bazie kalafonii i łączymy.
- Jest jeszcze inny sposób, z dodatkiem opiłków stali lub ziarna węglika krzemu. Na nagrzaną kolbę nakłada się cynę i połączone z kalafonią opiłki. Działają one podczas pobielania jako materiał ścierny, usuwają tlenki.
Po skończonym lutowaniu można usunąć topnik denaturatem, w szczególności, jeżeli korzystamy z pasty lutowniczej.
Lutowanie twarde na przykładzie pękniętej rurki mosiężnej, lut srebrny otulonym.
Lutowanie powinno się wykonywać w odpowiednio wentylowanych pomieszczeniach. Pomieszczenie nie powinno być za mocno oświetlone, nie widać wtedy koloru nagrzanego metalu.
Do lutowania twardego stosujemy palnik propan butan, propan-butan + tlen i acetylen + tlen, ogniwa indukcyjne. Wszystko zależy od wielkości lutowanych elementów i użytego lutu. W opisywanym przykładzie lutujemy długą rurkę mosiężną o średnicy 22mm i grubość ścianki około 1mm . Do takiej pracy wystarczy palnik cyklonowy na propan butan techniczny. Dysza 19mm dająca około 3,5kW.
Proces lutowania:
- Części lutowane oczyścić mechanicznie i chemicznie.
- Łączone fragmenty kładziemy na płycie szamotowej, która w minimalnym stopniu zabiera ciepło a przy lutowaniu seryjnym kumuluje je i poza tym ogrzewa otoczenie.
- Dokładnie dopasowujemy łączone powierzchnie.
- Przygotowujemy lut, nie powinien być za gruby, w naszym przykładzie może mieć średnicę 1,5mm - 2mm.
- Nagrzewamy palnikiem elementy do temperatury topnienia topnika.
- Zwilżamy topnikiem powierzchnie lutowane. Kolor metali powinien się zmienić po zwilżeniu topnikiem.
- Kontynuować grzanie do temperatury roboczej. Zależnie od rodzaju lutu może to być 650-950 stopni.
- O temperaturze najlepiej mówi kolor metalu.
- Po osiągnięciu temperatury roboczej dotykamy lut twardy na styku łączenia i czekamy aż się stopi i wniknie kapilarnie między łączone elementy.
- Natychmiast przerywamy nagrzewanie.
- Pozostałości topnika zmywamy gorącą wodą.
Jeżeli stosujemy lut mosiężny LM-60 do lutowania stali to dodatkowo miejsce lutowania posypujemy boraksem.
Jeżeli stosujemy lut fosforowy do spajania miedzi to nie potrzeba topnika (ja jednak zawsze stosuję)
Reszta to praktyka i jeszcze raz praktyka.
Pozdrawiam