6. Zgrzewanie i lutowanie.
1. Definicje: zgrzewanie elektryczne oporowe, lutowanie miękkie lutowanie twarde.
Zgrzewanie elektryczne oporowe polega na silnym rozgrzaniu i mechanicznym docisku w czasie przepływu prądu przez łączone elementy. Prąd, płynąc przez metalowy przewodnik, trafia na opór uzależniony od oporności właściwej, długości przewodnika i pola przekroju. Oporność właściwa dla każdego metalu jest inna. Najmniejszą oporność ma srebro 0,016 i miedź 0,0178. Oporność właściwa aluminium wynosi 0,03, a stali przeciętnie 0,15.
Do pokonania oporu przepływu prądu w przewodniku zużywa się energię elektryczną. Ta energia zostaje zamieniona na ciepło. Ilość wydzielającego się ciepła podczas przepływu prądu jest proporcjonalna do poszczególnych oporów. Tam gdzie jest większy opór, wydzieli się więcej ciepła. Opór zależy tylko od rodzaju zgrzewanego materiału. Natomiast opór styku między elektrodą a blachą oraz opór styku między blachami zależy nie tylko od materiału zgrzewanych elementów, ale przede wszystkim od stanu powierzchni.
Lutowanie jest to proces łączenia metali, w którym części lutowane mają wyższą temperaturę topnienia niż materiał łączący. Przy lutowaniu nie zachodzi stopienie lutu z materiałem łączonym; połączenie uzyskuje się przez przyczepność lutu do materiału i wzajemną ich dyfuzję, wskutek czego otrzymuje się złącze o innej wytrzymałości niż wytrzymałość materiałów użytych na to złącze. Podstawowym warunkiem otrzymania prawidłowego złącza lutowanego jest dobór właściwego lutu oraz sposób przygotowania części łączonych, a także umiejętny wybór technologii lutowania.
Lutowanie dzieli się na twarde i miękkie. Lutowaniem twardym nazywa się proces lutowania odbywający się w temperaturze powyżej 450°C. Lutowaniem miękkim - proces lutowania odbywający się w temperaturze poniżej 450°C.
3. Schemat zgrzewarki punktowej, przebieg procesu zgrzewania, program zgrzewania.
W zgrzewarkach punktowych występuje oprócz oporów omowych opór indukcyjny. Obwód zgrzewania działa podobnie jak cewka indukcyjna. Jeśli w obwód zgrzewania zostanie wprowadzony metal magnetyczny, np. stal węglowa mająca zdolność do zagęszczania linii sił magnetycznych, to powstanie dodatkowy opór, zwany indukcyjnym. Będzie on tym większy, im więcej stali znajdzie się w polu działania indukcyjnego wtórnego obwodu. Im obwód zgrzewania obejmuje większą powierzchnię, przy wysuniętych elektrodach, tym większy jest opór indukcyjny po wprowadzeniu metalu w pole działania indukcyjnego. Zgrzewanie jest ekonomiczniejsze, gdy wysięg elektrod jest jak najmniejszy.
Proces zgrzewania punktowego powinien się tak odbywać, żeby najpierw nastąpił docisk elektrod, następnie przepływ prądu. Po jego ukończeniu dopiero powinien być zwolniony docisk elektrod. Czas docisku elektrod powinien więc obejmować czas przepływu prądu. Jeśli jest odwrotnie, czas działania prądu jest dłuższy niż docisk elektrod, to występuje przede wszystkim widoczne silne iskrzenie metalu. Powstają opory mogące wystąpić w środku zgrzeiny, dyskwalifikujące jej wykonanie.
4. Lutowanie miękkie (topnik, lutowie przebieg procesu, źródła ciepła zastosowanie)
Lutowanie miękkie stosuje się do złączy szczelnych i połączeń przewodów elektrycznych oraz tam, gdzie się nie wymaga większej wytrzymałości. Luty miękkie dobrze zwilżają powierzchnię, co daje dobry kontakt prądowy między łączonymi elementami, mają też małą twardość, dużą plastyczność, co pozwala na przenoszenie małych obciążeń dynamicznych.
Na luty miękkie używa się różnych stopów na osnowie metali o niskiej temperaturze topnienia. Najczęściej stosuje się luty na osnowie ołowiu, cyny i cynku. Najczęściej stosowanymi lutami są stopy na osnowie cyny. Czysta cyna jest droga i ma małą wytrzymałość. Stopy cynowe polepszają własności wytrzymałościowe lutów.
Czysty ołów jako lut nie jest stosowany, ponieważ z większością metali nie tworzy trwałych związków. Natomiast bardzo często stosowany jest do lutowania miedzi, mosiądzu i stali jako stop.
Luty na osnowie cynku do lutowania miedzi, stopów miedzi i stali węglowych nie dają zadowalających wyników. Stopy cynku z aluminium, kadmem i cyną nadają się z dużym powodzeniem do lutowania aluminium i jego stopów.
Podstawowymi składnikami topników,do lutowania miękkiego są: chlorek cynku, chlorek amonu, chlorek potasu, kwas solny i kwas ortofosforowy. Składniki te stosowalne są jako roztwory wodne lub spirytusowe. Najpowszechniej stosowany jest 30% roztwór wodny chlorku cynku. Po lutowaniu złącze należy dobrze przemyć gorącą wodą , w przeciwnym bowiem razie będzie korodowało. Topniki zawierające chlorek cynku stosowane są do lutowania prawie wszystkich metali i stopów z wyjątkiem części cynowych i cynowanych, do których należy stosować roztwór wodny kwasu solnego (ok. 50%). Mieszanina różnych proporcji chlorku cynku i kwasu solnego stosowana jest do lutowania części ze stali nierdzewnych.
Inną grupą topników nie powodujących korozji są topniki oparte na kalafonii i różnych tłuszczach. Wadą tych topników jest to, że są mało aktywne i raczej odgrywają rolę ochronną złącza lutowanego.
Do lutowania miękkiego najczęściej stosuje się lutownice. Zadaniem lutownic jest roztopienie lutu i naniesienie go na powierzchnie lutowane przy jednoczesnym nagrzaniu części lutowanych.
5. Lutowanie twarde (topnik, lutowie przebieg procesu, źródła ciepła zastosowanie)
Lutowanie twarde stosuje się tam, gdzie od złącza wymagamy dużej wytrzymałości. Właściwie wykonane złącza są szczelne, mają dobrą przewodność elektryczną i dużą wytrzymałość. Dzięki temu przemysł maszynowy może wykonywać różne części przez lutowanie, zamiast stosować kosztowną obróbkę skrawaniem. Po zlutowaniu część taka nie ma żadnych odkształceń, czego się nie uniknie przy spawaniu.
Przy lutowaniu twardym tak się dobiera luty, żeby z materiałem lutowanym tworzyły roztwory i fazy międzymetaliczne, dzięki czemu wytrzymałość złączy znacznie wzrasta. Luty twarde są wytwarzane w postaci drutów, folii lub proszków. Ze względu na skład chemiczny luty dzielą się na:
- luty na osnowie miedzi i miedziane,
- luty na osnowie srebra i srebrne,
- luty na osnowie aluminium,
- luty na osnowie metali szlachetnych,
- luty żarowytrzymałe.
Najszersze zastosowanie mają miedź i luty miedziane. Miedź nadaje się do lutowania wszystkich stali węglowych i znacznej ilości stali stopowych. Temperatura topnienia miedzi wynosi 1083°C, natomiast lutowanie miedzią wymaga stosowania temperatur w granicach 1100- 1200°C. Czystą miedzią lutuje się przeważnie bez topników w atmosferach redukcyjnych, ochronnych lub w próżni. Oprócz czystej miedzi stosuje się stopy miedzi z małymi ilościami niklu, chromu lub kobaltu. Tymi lutami lutuje się przeważnie przedmioty, które po lutowaniu podlegają hartowaniu. Wadą lutów miedzianych jest to, że potrzebują stosunkowo wysokiej temperatury lutowania, co wymaga stosowania specjalnych pieców lutowniczych.