Temat: Połączenia lutowane.

1. Połączenia lutowane.

Lutowanie polega na łączeniu metali, pozostających w stanie stałym, za pomocą roztopionego metalu
dodatkowego (spoiwa) zwanego lutem. Luty są to materiały o niższej temperaturze topnienia od materiału
części łączonych.

2. Rozróżniamy luty:

a) Miękkie (temp. topnienia < 300

o

C) – to stopy cyny, antymonu i ołowiu (cynowe, cynowo-ołowiowe,

ołowiowo-kadmowe) o temp. topnienia 183-300

o

C. Stosuje się również luty niskotopliwe t

t

= 70-150

o

C (do materiałów niskotopliwych lub elementów, które nie powinny się nagrzewać podczas lutowania.

Wytrzymałość lutu na ścinanie R

t

= 20-80 MPa (200-800 kG/cm

2

)

‰

Lutowanie lutami miękkimi wykonuje się z użyciem lutownicy, palnika gazowego, przez zanurzenie
części w roztopionym lucie. Możemy również lutować metale i stopy niskotopliwe: cynk, cyna,
ołów.

b) Twarde (temp. topnienia > 550

o

C) – to stopy miedzi z cynkiem i innymi składnikami (miedź z

fosforem, niklem, chromem, żelazem). Przy stosowaniu lutów twardych części łączone należy podgrzać
do temp. >500

o

C dla ułatwienia wykonania połączenia. Wytrzymałość lutu twardego (miedziowego) na

ścinanie 100-250 MPa (1000-2500 kG/cm

2

)

‰

Lutowanie lutami twardymi części łączone nagrzewa się: prądem elektrycznym, palnikami
gazowymi (acetylenowo-tlenowe), lamp lutowniczych, kąpieli solnych, w piecach.

- luty twarde łatwo topliwe (t

t

= 550-875

o

C)

- trudno topliwe (t

t

= 875-1100

o

C)

- luty srebrne – są stopami srebra, miedzi i cynku stosowane do połączeń pracujących

w podwyższonych temp., odpornych na korozję i w wyrobach precyzyjnych. Wytrzymałość lutu
srebrnego na ścinanie wynosi 130-400 MPa (1300-4000 kG/cm

2

).

3. Przygotowanie powierzchni.

W celu równomiernego rozprowadzenia lutu należy starannie oczyścić (mechanicznie) i odtłuścić
(chemicznie) powierzchnie. Do tego celu używamy topników: (kalafonia, boraks, kwas solny z cynkiem),
których zadaniem jest oczyszczenie powierzchni z tlenków i ochrony lutowiny przed utlenianiem.

4. Zastosowanie połączeń lutowanych.

a)

Lutowanie miękkie – stosuje się do połączeń obciążonych niewielkimi siłami i otrzymywania połączeń
szczelnych oraz w elektrotechnice (np. układy elektroniczne, przewody elektryczne, blachy,
uszczelnianie i wyrównywanie połączeń blachowych, blachy dachowe, rynny, pojemniki, cienkościenne
zbiorniki, pojemniki, rurociągi). Lutami miękkimi są stopy cyny, cynku, kadmu, indu, antymonu
i bizmutu. Skład spoiw określony jest w normie DIN EN 29453. Wytrzymałość na ścinanie R

t

= 20 – 80

MPa).

Topniki

-

to substancja chemiczna obniżająca temperaturę topnienia lutowia, hamująca jego utlenianie,

pozwalająca na szybsze rozprowadzenie i głębsze wniknięcie w porowate struktury metalu. Topniki
mają postać najczęściej żrących płynów, specjalnie przyrządzonych past lub postać stałą (np. kalafonia).
Chlorek cynku rozpuszczony w wodzie (np. 300 gramów stopionego technicznego chlorku cynku na
1 litr wody), stosowany jest przy lutowaniu miejsc trudnodostępnych – np. układów elektronicznych
typu SMD, łączeniu metali gładkich posiadających niską porowatość struktury, lub przy oczyszczaniu
struktur. Do oczyszczania powierzchni łączonych używany jest również salmiak, stearyna i różne pasty
lutownicze.

b) Lutowanie twarde – umożliwia łączenie blach, kształtowników, części mechanizmów, elementów

narzędzi skrawających, (np. ramy rowerowe, kołnierze rurociągów, części precyzyjne). Lutami
twardymi są stopy miedzi, aluminium, i srebra, wytrzymałość na ścinanie R

t

= 100 – 250 MPa.

5. Przygotowanie procesu lutowania miękkiego:

• przeznaczoną do lutowania powierzchnię trzeba oczyścić, usunąć rdzę, farbę i inne zanieczyszczenia.

• należy ją też odtłuścić, a następnie sprawdzić, czy elementy łączone są proste i równe i czy do siebie

pasują. Jeśli tak nie jest, należy je wyprostować i odpowiednio ukształtować.

• części lutowane nałożyć na siebie.
• w miejscach łączenia przytrzymać szczypcami lub imadłem, aby się nie przesunęły podczas lutowania

• powierzchnię przeznaczoną do lutowania zwilżyć chlorkiem cynku. Można do tego użyć pędzelka.

• nagrzać lutownicę.
• ostrze nagrzanej lutownicy przetrzeć kawałkiem salmiaku, dotknąć nim końca pałeczki lutu

i rozpuszczone krople przenieść na miejsce łączenia.

• po ostudzeniu usunąć z miejsc łączenia nadmiar lutu skrobakiem lub pilnikiem.

6. Przygotowanie procesu lutowania twardego:

• Części lutowane starannie oczyścić i dopasować.

• W miejsca łączenia nasypać lut mosiężny z boraksem.
• Obie części połączyć i przymocować cienkim drutem.

• Nagrzewać w silnym płomieniu lampy lutowniczej lub umieścić w ognisku, aż do topienia się lutu. Gdy

lut się stopi płomień będzie niebieski.

• Powoli ostudzić.
• Opiłować miejsca lutowane pilnikiem i oczyścić papierem ściernym.
Zarówno lampa lutownicza, jak i palnik gazowy mogą mieć różnorodne końcówki. Oto trzy najważniejsze:
o

końcówka rurkowa o płomieniu zaokrąglonym – do łączenia cyną rur miedzianych;

o

końcówka cienka o płomieniu w kształcie grotu – do lutowania twardego;

o

końcówka bardzo cienka – do lutowania twardego.

7. Wytrzymałość połączeń lutowanych

a) ze względu na dyfuzję lutu z metalem łączonym wytrzymałość lutowiny jest większa niż wytrzymałość

samego lutu,

b) zaleca się, aby grubość warstwy lutu wynosiła:

• 0,1 – 0,2 mm dla lutów miękkich,

• 0,01 – 0,1 mm dla lutów twardych

c) lutowina może przenosić tylko obciążenia ścinające (rozciąganie i zginanie jest niewielkie),

8. Obliczenia połączeń lutowanych

- naprężenia dopuszczalne przyjmuje się dla materiału lutu i przyjmuje się współczynniki bezpieczeństwa
x = 3 dla obciążeń statycznych

x = 5 dla obciążeń jednostronnie zmiennych

x = 8 dla obciążeń obustronnie zmiennych
- grubość lutowania powinna wynosić od 0,01 – 0,15 mm (gr. lutowanie twarde < gr. lutowanie miękkie)
- szerokość lutowanego złącza
b = 6g - dla lutów miękkich
b = 3g - dla lutów twardych

- długość złącza dla elementów płaskich obliczamy z warunku:

τ =

l

b

F

*

≤ k’

t

- długość złącza dla połączeń rurowych obliczamy z warunku:

τ =

l

d

F

*

*

π

≤ k’

t

9. Lutospawanie jest to odmiana lutowania twardego, podobne do spawania, ale bez nadtapiania materiałów

części łączonych. Jako lutu stosuje się elektrody lub drutu spawalniczego (z brązu lub mosiądzu).
Lutospawanie wykonuje się łukiem elektrycznym lub palnikiem gazowym.
Lutospawanie jest stosowane do łączenia materiałów trudno spawalnych (żeliwo szare, brąz, stale
wysokowęglowe, aluminium, cienkich stali wysokotłocznych, stali wysokowęglowych /sprężystych/,
pokrytych galwanicznie z domieszką Zn-Ni, Zn-Fe, Zn-Mg), jak również w celu uniknięcia zniszczenia
powłoki ochronnej (blachy cynkowe) oraz uniknięcia naprężeń i odkształceń spawalniczych.
Jako lut stosuje się drut spawalniczy z mieszanek krzemu, mosiądzu raz brązu. Lutospawanie jest
stosowane do łączenia materiałów trudno spawalnych oraz w celu uniknięcia naprężeń i odkształceń
spawalniczych.
Proces Lutospawania został przygotowany w szczególności dla przemysłu samochodowego, w którym
jednym z głównych parametrów jest ochrona antykorozyjna połączonych elementów. W procesie spawania
MIG/MAG temperatura topnienia wynosi 1690°C, natomiast przy lutospawaniu 1040°C.
Nie bez znaczenia jest fakt, iż spoiny oraz ich okolice, które zostały wykonane technologią lutospawania
mają znacznie mniejsze naprężenia oraz odkształcenia. Przy zastosowaniu właściwych parametrów
lutospawania, gazów ochronnych oraz dodatkowych materiałów uzyskuje się dobre złącze przy zachowaniu
silnej powłoki ochronnej ocynku.