Lutowanie jest procesem termicznego łączenia metali, w którym zastosowano obcy metal lub stop spełniający rolę spoiwa. _T Cechą charakterystyczną lutowania jest to, że lut (spoiwo) ma niższą temperaturę topnienia niż metal łączony. Podczas lutowania nie następuje nadtopienie krawędzi łączonych części (jak podczas spawania); połączenie otrzymuje się przez dyfuzją atomów lutu w lutowane elementy. Wymagania stawiane lutem można ująć następująco:- temperatura topnienia lutu misi być niższa od temperatury lutowanych metali,- lut powinien dobrze zwilżać powierzchnie lutowanych części,- lut powinien tworzyć z metalem roztwór stały lub związek międzyme­taliczny,- lut w stanie stopionym powinien wykazywać dobrą lejność,- zakres krystalizacji lutu nie powinien być zbyt duży,- lut powinien mieć dostateczną wytrzymałość i plastyczność ,- współczynniki rozszerzalności cieplnej lutu i metali łączonych po­winny być zbliżone do siebie,- w stanie stopionym lut nie powinien się zbyt szybko utleniać,- barwa lutu powinna być w miarę możliwości zbliżona do barwy metali łączonych. Do roztopienia lutu i nagrzania łączonych części podczas lutowania używamy różnorodnych źródeł ciepła, które różnią się między sobą sposobem przenoszenia ciepła do metalu łączonego, a tym samym stwarzają pewne spe­cyficzne warunki pracy. W zależności od zastosowanego źródła ciepła luto­wanie możemy podzielić na lutowanie: a) kolbą, b) płomieniowe, c) oporowe d) indukcyjne, e) tarciowe, f) zanurzeniowe (kąpielowej), g) w stopionych solach h) w piecu komorowym Lutowanie kolbą Źródłem ciepła lutowania Jest kolba Miedziana ogrzewana w dowolny spo­sób. Nagrzewanie kolbą jest przeznaczone wyłącznie do lutów miękkich. Zaletą lutowania kolbą Jest małe odkształcenie przedmiotu, te względu na małą powierzchnię, zetknięcia się kolby z materiałem łączonym. Lutowanie płomieniowe Źródłem ciepła jest płomień powstały podczas spalania paliw ciekłych lub gazowych w atmosferze powietrza lub technicznego tlenu. Nagrzewanie płomieniem ma zastosowanie do lutów miękkich, Jeżeli należy ogrzać duże powierzchnie₍ lub do produkcji masowej. Podczas lutowania •twardego źródłem Ciepła jest •z zasady płomień gazowy.-Lutowanie oporowe źródłem ciepła w czasie lutowania oporowego jest przepływ prądu przez elementy łączone, podobnie jak przy zgrzewaniu punktowym. Prąd z transfor­matora, o niskim napięciu i dużym natężeniu Jest doprowadzony przez węglo­we elektrody do miejsca łączonego. Materiał łączy się na zakładkę wkłada­jąc lut w postaci blaszki pomiędzy części łączone. Nagrzewanie oporowe ma zastosowanie do lutów twardych. Lutowanie indukcyjne. źródłem ciepła podczas lutowania indukcyjnego są prądy wirowe indukowane w przedmiocie łączonym za pomocą układów wielkiej częstotliwości. Nagrzewanie - - indukcyjne na zastosowanie do lutów twardych w produkcji masowej i wielkoseryjnej. Lutowanie tarciowe Lutowanie tarciowe jest to odmiana lutowania miękkiego z użyciem pło­mienia jako źródła ciepła i wykorzystania tarcia. Specjalną szczotką sta­lową usuwa się tlenki z powierzchni łączonego materiału. Lutowanie tarciowe stosuje się do łączenia stopów lekkich .L. zanurzeniowe (kąpielowe) Przy lutowaniu zanurzeniowym (kąpielowym) źródłem ciepła jest stopiony lut, w którym zanurza się łączony detal. Lut Jest najczęściej pokryty warstwą stopionego topnika. Lutowanie w stopionych solach. Lutowanie w stopionych solach jest odmianą lutowania kąpielowego. Detal lutowany zanurza się w stopionych solach stanowiących jednocześnie źródło ciepło i topnik. Lut w postaci drutów, taśm, folii, wkłada się w miejsce połączeń. .Lutowanie to ma następujące zalety! a) duża szybkość lutowania, b) małe zużycie lutu c)bardzo czysta powierzchnia wyrobu. .Lutowanie w solach ma zastosowanie jako miękkie i twarde, szczegól­nie do wyrobów galanteryjnych i ozdobnych, Lutowanie w piecu komorowym Całkowicie zmontowane detale z naniesionym lutem i topnikiem - najczęściej w postaci pasty - są przesuwane przez piec komorowy, z obrotowym trzonem lub przelotowy z transporterem. W czasie przejścia przez piec de­tale zostają nagrzane, zlutowane i wolno ostudzone. Lutowanie w piecu komorowym ma zastosowanie jako lutowanie miękkie i twarde do produkcji masowej .Lutowanie ultradźwiękami Kolba lutownicza lub wanienka ze stopionym lutem jest zaopatrzona w magnetostrykcyjny generator ultradźwięków (około 60 kHz). Ultradźwięki roz­bijają warstwę tlenków na powierzchni lutowanego metalu. Lutowanie ultradźwiękowe stosuje się przede wszystkim do lutowania miękkiego stopów lekkich. Technologia lutowania Aby otrzymać prawidłowe połączenie lutowane, należy przestrzegać pewnej kolejności wykonywanych czynności. Czynności te można podzielić na następujące grupy!- przygotowanie powierzchni, - lutowanie,- zabiegi wykańczające Zarówno przy lutowaniu miękkim, jak i twardym trzeba przygotować: -po­wierzchnię i następnie zlutować detale; ale przygotowanie i lutowanie różnią się znacznie, więc osobno omówiono lutowanie miękkie i twarde. Lutowanie miękkie Przygotowanie powierzchni do lutowania. Detale przeznaczone do luto­wania powinny mieć łączone powierzchnie metalicznie czyste i ściśle dopa­sowane do siebie. Powierzchnie łączone należy po odtłuszczeniu pokryć cienką warstwą lutu („pobielić) celem zapewnienia dobrego wnikania lutu między powierzchnie łączone. Również powierzchnia robocze kolby powinna być pokryta cienką warstwą lutu. Na powierzchnie łączone nanosi się topniki w postaci płynów lub past lutowniczych. Lutowanie miękkie na zakładkę wykonuje się w ten sposób, ze „pobie­lone powierzchnie łączonych detali dociska się i prowadząc kolbę z nie­wielką kroplą lutu ogrzewa się całość połączenia aż do rozpłynięcia się lutu pomiędzy „pobielonymi powierzchniami. Lutowanie miękkie, z użyciem złączek, stosuje się w elektronice. Wykonuje się Je w ten sposób,, że złączkę nasadza się na oczyszczone końce drutów, powleka pastą lutowniczą, a następnie za pomocą kolby elektrycz­nej transformatorowej ogrzewa się miejsce łączone, Jednocześnie dodając lut w postaci rurki wypełnionej kalafonią (tinol). Lutowanie miękkie kąpielo­we, zanurzeniowe przeprowadza się zanurzając oczyszczony detal w kociołku, w którym znajduje się stopiony lut pokryty warstwą stopionego topnika. Po chwilowym okrzepnięciu lutu na zimnej powierzchni detalu następuje ogrze­wanie detalu i wyrównanie temperatury, co prowadzi do równomiernego pokry­cia łączonych części warstwą lutu. Zabiegi wykańczające. Przedmioty łączone za pomocą lutów miękkich na­leży po ostygnięciu wy myć dokładnie gorącą wodą w celu usunięcia resztek topników, które mogłyby się stać ogniskami korozji. Śle myje się połączeń w aparaturze elektrycznej, Jeżeli Jako topnik była stosowana kalafonia. Jeżeli na powierzchni detalu nie powinny być widoczne ślady lutu, na­łoży nadmiar lutu w miejscu połączenia zeskrobać lub opiłować. Lutowanie twarde Przygotowanie powierzchni do lutowania. Detale przeznaczone do ­lutowania powinny mieć powierzchnie łączone metalicznie czyste i ściśle dopasowane do siebie. Powierzchnie lutowane pokrywa się topnikiem w postaci pasty przed lutowaniem albo nanosi się topnik w postaci proszku na miej­sce łączone Już po podgrzaniu, stwarzając na powierzchniach łączonych szkli­stą powłokę . Jeżeli wykonujemy lutowanie piecowe, indukcyjne, oporowe lub w solach, lut nanosimy w miejsce łączenia w postaci drutów, pasków blach, krążków itp.. Lutowanie twarde przebiega w temperaturach niewiele wyższych niż tem­peratura topnienia lutu. Utrzymanie właściwej temperatury podczas lutowa­nia piecowego lub Indukcyjnego jest łatwe. Podczas lutowania płomieniowe­go temperaturę określamy przeważnie na podstawie barwy żarzenia lutowane­go detalu. Zgrzewanie oporowe dzieli się na: a) doczołowe: - zwarciowe,- iskrowe, b) punktowe, c ) garbowe, d) liniowe: Wspólną cechą tych metod jest to, że przemienny prąd elektryczny (z wy wyjątkiem zgrzewarek kondensatorowych ) doprowadza się z wtórnego uzwoje­nia transformatora zgrzewarki, poprzez ramiona i elektrody do zgrzewanych przedmiotów. Prąd elektryczny, przepływając przez dociśnięte do siebie łą­czone elementy, nagrzewa je do temperatury, w której zachodzi ich połącze­nie w wyniku tworzenia się wiązania między atomowego. Podczas przepływu prądu przez zgrzewane elementy wydziela się ciepło, które obliczamy na podstawie prawa Joule 'a-Lenza Q=Uit=I^2Rt Zgrzewalność metali: można określić jako zdolność materiałów do tworzenia trwa­łych połączeń bez jakichkolwiek wad w strefie zgrzeiny i wpływu ciepła, przy czyn pojąc żenię te powinny mieć dobre własności mechaniczne. ).. Przyjmuje się, że najlepszą zgrzewalność mają te materiały, które można zgrzewać za pomocą najbardziej różnorodnych, procesów. Do takich ma­teriałów zaliczamy stal o zawartości poniżej 0,2% C. . Stale niskostopowe wymagają zawsze zwiększenia docisku elektrod i niezna­cznego wydłużenia czasu zgrzewania w porównaniu dc stali niskowęglowych. Stale wysokostopowe (np. nierdzewne ) wymagają szybkiego nagrzewania i chło­dzenia przy zwiększonym docisku elektrod. . Oprócz tego aluminium i jego stopy podczas zgrzewania mają zdolność do tworzenia jam usadowych i pęknięć, a ponadto wykazują tendencję do przyklejania się do powierzchni roboczych elektrod. Aby uniknąć tego należy dokładnie usunąć z powierzchni i warstwę tlenków, zgrzewać specjalnie ukształtowanymi elektrodami oraz .stosować dużą gęstość prądu na jednostkę powierzchni zgrzeiny. Materiały na elektrody. Elektrody mają za zadanie doprowadzenie prądu w miejsce zgrzewania, przeniesienie nacisku ramion zgrzewarki i szybkie odprowadzenie ciepła ze zgrzeiny. Materiały stosowane na elektrody powinny odznaczać się następującymi własnościa­mi: - dobrą przewodnością elektryczną i cieplną, - odpowiednio dużą twardością zarówno w temperaturze otoczenia, Jak i w temperaturze podwyższonej, aby odkształcenie się końcówki elektrody by­ło jak najmniejsze, - nie powinny tworzyć stopów ze zgrzewanymi materiałami, - dużą wytrzymałością na zmęczenie termiczne. Obecnie do wytwarzania elektrod stosuje się różnego rodzaju stopy miedzi. Niewielkie dodatki składników stopowych zmniejszają znacznie przewodność elektryczną miedzi, powodują wzrost twardości stopu i podwyższanie się jako temperatury rekrystalizacji po zgniocie na zimno. Najmniej szkodliwy wpływ na przewodność stopów miedzi wywierają ta­kie dodatki stopowe, jak: Mg, Be , Cd, Cr, Zr, Ti, Co. Mniejsza przewodność elektryczna zgrzewanego materiału , tym mniejszą przewodność może mieć elektroda. Dlatego też w przypadku stali nierdzew­nej zupełnie wystarcza elektroda o małej przewodności wykonania ze stopu. Zgrzewanie doczołowe polega na łączeniu elementów na całej powierzch­ni przekroju. .Można je podzielić na zgrzewanie zwarciowe i iskrowe. Zgrz. zwarciowe, podczas zgrzewania zwarcio­wego przez dokładnie" przy legające do siebie i dociśnięte powierzchnie prze­pływa prąd elektryczny o odpowiednim napięciu i natężeniu .Materiał w miejscu styku na skutek znacznego wzrostu oporności nagrzewa się do odpowiedniej temperatury. Po osiągnięciu jej, pod wpływem stałej siły docisku, materiał ulega spęczeniu i zgrzaniu, i Aby nie dopuścić do prze­grzania złącza prąd zostaje wyłączony jeszcze przed całkowitym zakończeniem procesu spęczania.Podczas tego zgrzewania powierzchnia części łączonych wykonanych ze stali nie ulegają stopieniu. Jeżeli podczas zgrzewania stali osiąga T= 1470 K (1200 °C), to jest możliwość otrzymania złą­cza o dużej wytrzymałości. Docisk w trakcie zgrzewania jest zmienny, w po­czątkowej fazie stosunkowo niewielki, gdyż ma zapewnić jak największy opór styku części łączonych. Wzrasta on dopiero w końcowym etapie zgrzewania, co ułatwia spęczanie materiału oraz polepsza warunki tworzenia się zgrzeiny. Zgrzewania iskrowe. Elementy przeznaczone do zgrzewania iskrowego, po zamocowaniu w elektrodach zgrzewarki zostają przyłączone do wtórnego obwodu transformatora. Następnie są powoli zbliżane do siebie, w wyniku czego następuje styk na nierównościach powierzchni. Z chwilą zwarcia zaczyna płynąć prąd elektryczny, który nagrzewa i topi metal. W miejscach styku powstają łuki elektryczne, tzw.: „mostki , metal zaczyna wrzeć i odparowywać . Skutkiem wy topienia się metalu z nierówności oraz parowania - „mostki” co pewien czas wygaszają się i powstają nowe w innych miejscach zgrzewanej powierzchni. Ciśnienie par zgrzewanych metali jest na tyle duże, że nie dopuszcza do wnikania w złącze tlenu z atmosfe­ry i jednocześnie powoduje usunięcie na zewnątrz stopionych i spalonych cząstek metalu. Po nadtopieniu całej powierzchni styku zaczyna się proces „odsadzania”, tj. ściskania zgrzewanych przedmiotów ze sobą, który dzieli się na 2 etapy. W pierwszym wyciska się ze złącza żużel i roztopiony metal, następnie włącza prąd, a drugi etap polega tylko na plastycznym spęcznieniu zgrzewanych elementów. Technologia zgrzew. czołowego : Powierzchnie styku powinny mieć obrobione mechanicznie i być osiowo zamocowane w elektrodach szczękowych zgrzewarki. Wysunięcie zgrzewanych przedmiotów ze szczęk zgrzewarki powinno być równomierne. Jeżeli materiały różnią się przewodnością, to materiał o większej przewodności powinien być bardziej wysunięty za szczęk zgrzewarki. Konstrukcja elektrod zależy tylko i wyłącznie od kształtu zgrzewanych przedmiotów i od tego czy zgrzewarka jest wyspecjalizowana, czy uniwersal­na. Powierzchnia przylegania elektrod do materiału powinna być płaska, cy­lindryczna lub o kształcie złożonym. Jeżeli kształt zgrzewanego przedmio­tu jest bardzo złożony, to należy zapewnić przyleganie elektrod tylko na wybranych powierzchniach. Wielkość powierzchni styku elektrod do materia­łu zgrzewanego powinna być tak dobrana, aby gęstość pręta w tym miejscu nie była większa niż 7-10 A/mm^2 Podstawowymi parametrami podczas zgrzewania zwarciowego są: długość mocowania, .gęstość prądu (A/mm^2 ),czas przepływu prądu, docisk jednostko­wy i naddatek na spęcznienie. Parametry te dobiera się zależnie od zgrzewanego materiału, jego kształtu, powierzchni przekroju, charaktery­styki zgrzewarki i żądanej wydajności. Parametry stosowane podczas zgrzewania iskrowego odpowiadają parame­trom zgrzewania zwarciowego z tym Jednak, że trzeba przewidzieć naddatek długości materiału na wyiskrzenie. Naddatek ten jest niezbędny, aby można było prawidłowo rozgrzać końce zgrz. elementów, wyrównać ich temp. i nadtopić łączone powierzchnie. W przemyśle szersze zastopowanie niż zwarciowe za pomocą jego łączyć ze sobą stale węglowe, stopowe, mosiądze, brązy, monele, stopy niklu, aluminium z miedzią itp. Maksymalna powierz. od 0,1 do 50 000 mm Złącze otrzymane w procesie zgrzewania zwarciowego mają małą wytrzy­małość na rozciąganie w porównaniu z materiałem rodzimym lub złączami wy­konanymi iskrowo. Złącz zwarciowych nie wolno obciążać dynamicznie. Sto­sowanie wstępnego docisku w niektórych przypadkach uniemożliwia zgrzewa­nie, np. przedmiotów o dużej smukłości, Jak cienkie pręty, płaskowniki itd. Zasada zgrzewania tarciowego Ciepło potrzebne do uzyskania trwałego połączenia zgrzewanych elementów uzyskuje sit podczas wzajemnego tarcia dwu powierz., czyli na sku­tek zamiany energii mechanicznej w energie, cieplną. Zgrzewane elementy mocuje się w uchwytach zgrzewarki, przy czyn Je­den element Jest najczęściej unieruchamiany, drugi natomiast wykonuje ruch obrotowy. Element ruchomy jest dociśnięty za pomocą siły osiowej P do części nieruchomej i dzięki temu powstają znaczne siły tarcia. Praca zużyta na obrót lub drganie części ruchomej i pokonanie sił tarcia ramienia się w ciepło. Największe prędkości obrotowe występują na obwodzie, co ma znaczny wpływ na nierównomierne wydzielanie śle ciepła na p owi er z. Zgrz. I doprowadza do nadtopienia zewnętrznej cienkiej war­stwy metalu. Zmniejsza się wtedy współczynnik tarcia w warstwach zew. Zgrz. materiałów, ale dzięki przewodnictwu ciepła i warunkom tarcia następuj dosyć szybkie wyrównanie temperatury na całym przekroju próbki. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury część ruchoma zostaje w bardzo krótkim czasie zahamowana i dociśnięta do części nieruchomej z siłą równą sile tarcia lub nieznacznie większej. Jest to tzw. etap spęczniania . Otrzymane złącza są wynikłam zbliżenia do sie­bie czystych metalicznych powierzchni na od­ległości równe parametrowi sieci przestrzen­nej danego metalu. Wszelkie wtrącenia, tlenki l inne zanieczyszczenia są podczas procesu ni­szczone i usuwane na zewnątrz w wyniku tarcia oraz odkształceń plastycznych zgrze. Materiału. Wyciśnięty na zew. Metal tworzy charakterystyczną wyprawkę. Technologia zgrzewania tarciowego Za pomocą zgrzewania tarciowego można poprawnie łączyć ze sobą wszy­stkie gatunki stali, miedzi, aluminium, tytanu, niklu, kobaltu i niektó­rych ich stopów. Źle natomiast zgrzewają się materiały, które mają w swoim składzie chemicznym dodatki zmniejszające współczynnik tarcia: żeli­wo szare, mosiądze i brązy, zawierające pow. 0,3% ołowiu, stale automatowe zawierające siarkę itp. Jeden ze zgrzewanych elementów powinien mleć przekrój kołowy

---