Politechnika Lubelska Wydział Mechaniczny	LABORATORIUM Metod Łączenia Materiałów	Grupa: MD-505.5a	Ocena:
				Student: Leńczuk Małgorzata
TEMAT: LUTOWANIE MIĘKKIE I TWARDE

CEL ĆWICZENIA: Poznanie techniki lutowania miękkiego i lutowania twardego.

1. Lutowanie jest procesem pozwalającym na łączeniu przedmiotów za pomocą dodatkowego, roztopionego metalu, zwanego lutem, którego temperatura topnienia jest znacznie niższa od temperatury topnienia metali łączonych. Tak więc przy lutowaniu nie zachodzi ich nadtapianie ( przeciwnie niż przy spawaniu ), a połączenie uzyskuje się przede wszystkim dzięki dyfuzji ciekłego lutu w metale łączone i odwrotnie, oraz w mniejszym stopniu dzięki przyczepności. Proces lutowania składa się z kilku etapów: ukształtowania i oczyszczania powierzchni łączonych części, nagrzania ich do temperatury bliskiej temperaturze topnienia lutu, nałożenie topnika , roztopienia lutu i wprowadzenia go między łączone powierzchnie, wzajemnej dyfuzji łączonych metali i ciekłego lutu oraz ochłodzenia i skrzepnięcia lutowiny. W praktyce poszczególne etapy często się zazębiają, a niektóre z nich przebiegają nawet równocześnie (np. nagrzewanie części i topnienie lutu).podstawowym warunkiem otrzymania prawidłowego lutowanego połączenia dwóch metali jest przede wszystkim właściwy dobór lutu. Lutowaniem nazywamy metodę spajania metali za pomocą wprowadzania między łączone powierzchnie innego roztopionego metalu lub stopu (czynnika łączącego), zwanego spoiwem. Podczas lutowanie części łączone nagrzewają się, lecz nie topią w miejscu łączenia. Połączenie trwałe uzyskuje się dzięki przyczepności lutu do materiałów łączonych, dlatego warunkiem otrzymania prawidłowego połączenia jest staranna oczyszczenie (mechaniczne i chemiczne) powierzchni lutowanych.

Lutowanie jest jednym z najstarszych sposobów łączenia metali. Jest jedną z nielicznych metod umożliwiających łączenie ze sobą różnych metali i stopów o różnych własnościach. Lutowanie jest jedyną metodą zapewniającą połączenia właściwej jakości. Największe zastosowanie znajduje w przemyśle elektrotechnicznym, elektronicznym i telekomunikacyjnym do łączenia przewodów elektrycznych. Jest stosowane podczas prac blacharskich, szczególnie do lutowanie blach ocynkowanych, np. w produkcji rynien, do zamykania blaszanych puszek z konserwowanymi produktami spożywczymi. Ponadto lutowanie stosuje się w blacharstwie samochodowym, np. przy wypełnianiu wgłębień, wykonywaniu i naprawie chłodnic samochodowych, łączeniu uzwojeń silników elektrycznych, a także w naprawach pękniętych odlewów. Połączenia lutowane dobrze przewodzą prąd i dlatego są stosowane zamiast spawania w przypadkach, gdy spoiny nie muszą przenosić dużych obciążeń, ale powinny zapewnić dobre przewodzenie prądu.

Rozróżnia się lutowanie lutami miękkimi, twardymi, specjalnymi, lutospawanie.

2. Lutospawanie Odmiana lutowania twardego stanowiącą metodę pośrednią

pomiędzy spawaniem a lutowaniem, inaczej mówiąc jest to lutowanie twarde wykonywane technika spawania. Złącza lutospawanie nie maja kształtów połączeń lutowanych, lecz kształty typowych spoin na V lub na X - z tą różnicą, że metal lutospawany nie jest stapiany z metalem rodzimym.

Lutospawaniem można łączyć żeliwo, twarda stal, staliwo, żeliwo ciągliwe, stopy miedzi, blachy stalowe cynkowane lub cynowane. Topnikiem jest mieszanina boraksu, kwasu borowego i chlorku sodu. Topnik jest pod postacią proszku, pasty lub otuliny.

Jako lutu używa się mosiądzu lub monelu.

3. Lutowanie miękkie

Lutowanie takie stosuje się do łączenia części o niedużych naprężeniach w złączu i niewysokiej temperaturze pracy, jak również do uszczelniania połączeń zawalcowanych i innych (np. cienkościennych zbiorników, pojemników, rynien, rurociągów).

• Luty miękkie są wykonywane w postaci prętów, drutu, płytek, proszków, a najczęściej pałeczek. Zakres temperatur topliwości od 183^o do 270^o (stal, miedź, cynk itp. i ich stopy). Stosowane są spoiwa ołowiowo-cynowe niektóre z nich zawierają ponadto drobne domieszki antymonu, srebra i miedzi, a prawie wszystkie zanieczyszczenia w postaci śladowej zawartości żelaza, bizmutu, arsenu, aluminium , cynku i kadmu.

• Do lutowania potrzebne są również topniki, bez których lut się utlenia i źle wypełnia szczeliny między łączonymi powierzchniami. Jako topników do lutowania miękkiego stali, miedzi i mosiądzu używa się najczęściej wody lutowniczej, którą tworzy chlorek cynku rozpuszczony w wodzie (np. 300 gramów stopionego technicznego chlorku cynku na 1 litr wody).

• Jako topników do oczyszczania chemicznego powierzchni łączonych części używa się także salmiaku, kalafonii, stearyny i specjalnie przyrządzonych past. Oczyszczania mechanicznego powierzchni łączonych dokonuje się piłowaniem, skrobaniem, ścieraniem itp.

Lutowanie wykonuje się za pomocą narzędzia zwanego lutownicą. Najważniejszą częścią lutownicy jest końcówka miedziana, która po nagrzaniu służy do roztopienia cyny i przeniesienia jej na miejsce lutowania.'

Przebieg lutowania jest następujący: po nagrzaniu lutownicy szybko pociera się jej ostrze o salmiak i przykłada do lutu, który roztapia się i przylepia do ostrza lutownicy. Następnie e lutownicy przykłada się do miejsca lutowanego i pociąga ostrzem wzdłuż szwu. Lutując większe połączenia należy lut trzymać lewą ręką nad spoiną. Lutownica trzymana prawą ręką rozgrzewa materiał łączony i jednocześnie topi lut. Roztopiony lut ścieka i łączy powierzchnie, zastygając między nimi. Gdy zachodzi potrzeba, to lutownicę kilkakrotnie przesuwa się wzdłuż szczeliny łączącej. W czasie lutowania należy tak prowadzić lutownicę, żeby nie rozpływał się po wierzchu, lecz spływał w głąb szwu. Po zalutowaniu usuwa się nadmiar lutu za pomocą skrobaka lub pilnika i przemywa się szew letnią wodą.

5. Lutownica to narzędzie służące do lutowania. Składa się ona z kolby, służącej jako uchwyt oraz grota, czyli części mającej bezpośredni styk ze spoiwem - lutem. Możemy je podzielić na:

• lutownice transformatorowe, w których wysoka temperatura jest uzyskiwana poprzez przepływanie prądu o dużym natężeniu przez drut, który jest zarazem grotem. Ich nazwa pochodzi od transformatora, który jest jej integralną częścią. Lutownice te są dość popularne, gdyż czas nagrzewania grota jest bardzo krótki (kilka sekund). Nowocześniejsze rozwiązania posiadają wbudowane oświetlenie skierowane na punkt lutowania, oraz kilkuzakresowy przełącznik mocy. Ich główną wadą jest brak dokładnej kontroli temperatury grota oraz silne pole elektromagnetyczne wokół grota.

Rys. Lutownica transformatorowa

Rys. Lutownica grzałkowa (oporowa)

• lutownice grzałkowe (oporowe), w których metalowy (zazwyczaj miedziany lub wykonany ze stopów miedzi) grot podgrzewany jest elektryczną grzałką. Najprostsze zasilane wprost z sieci nie pozwalają na regulację/stabilizację temperatury. Odmianą lutownicy grzałkowej jest tzw. lutownica kolbowa, w której grot wykonany jest z masywnego kawałka metalu. Powoduje to akumulację znacznych ilości energii cieplnej, co ułatwia lutowanie większych elementów. Natomiast stacje lutownicze, które składają się z zasilacza (i najczęściej stabilizatora) oraz dołączonej do niej tzw. kolby - grzałki w odpowiedniej obudowie, zasilanej najczęściej napięciem 24 V są chętnie stosowane do lutowania układów elektronicznych, ponieważ kolba jest lekka.

• lutownice z elektrodami grafitowymi zbudowane są na bazie transformatora, który zasila szczypce wyposażone w elektrody węglowe. Po zamknięciu obwodu grafitowymi elektrodami na przewodzącym prąd elemencie lutowanym, płynie prąd elektryczny, wydzielając ciepło na styku grafit - element lutowany. Zaletą jest duża moc, zaś wadą (zwłaszcza przy lutowaniu twardym) pozostawiany ślad elektrody grafitowej.

• lutownice gazowe, których grot podgrzewany jest palnikiem zasilanym gazem (np. propan-butan). Możliwe jest użycie takiej lutownicy bez grota - wówczas wykorzystywane są gorące gazy spalinowe. Mają one większe możliwości niż transformatorowe, ponieważ topią np. cynę z dodatkiem miedzi której nie roztopi lutownica transformatorowa.

• lutownice podgrzewane zewnętrznym źródłem ciepła to po prostu miedziany grot na uchwycie; grot po podgrzaniu w płomieniu palnika (np. na kuchence gazowej) przez kilkadziesiąt sekund zachowuje na tyle wysoką temperaturę, że umożliwia lutowanie (zasada działania podobna do żelazka z "duszą"). Obecnie lutownice takie, jako całkowicie archaiczne, niewygodne i nie nadające się do precyzyjnych prac - całkowicie wyszły z użycia.

Współcześnie lutownic elektrycznych używa się niemal wyłącznie do prac z obwodami elektronicznymi o niewielkich wymiarach, zatem moc elektryczna grzejników nie jest wysoka, nie przekracza na ogół kilkudziesięciu watów (spotykane najczęściej mieszczą się w przedziale od 40 do 125 W). Znacznie większe lutownice elektryczne (zazwyczaj kolbowe), o mocy sięgającej 400 watów stosowane bywają do lutowania blach (np. rynien miedzianych lub stalowych ocynkowanych). Mają one - oprócz dużej mocy - także stosunkowo duże wymiary grota, zapewniające dużą bezwładność cieplną, korzystną przy pracy z elementami o dużej powierzchni. Lutownice kolbowe do blach i rur wypierane jednak są coraz częściej lutownicami gazowymi mającymi m.in. tę przewagę nad elektrycznymi, że nie wymagają doprowadzania energii elektrycznej (co może być istotne przy pracy na placu budowy, np. na dachu budynku), a zasilane są z łatwo przenośnej butli z propanem.

6. Lutowanie twarde.

Temperatura topliwości spoiw leży w granicach 600 - 1080 ^oC. Stosuje się przy znacznych naprężeniach w złączu i wysokiej temperaturze pracy (ponad 150^oC). Jest używane do połączeń ślusarskich, w budowie ram rowerowych, w kołnierzach połączeń rurociągów, do łączenia części mechanizmów precyzyjnych, w produkcji narzędzi skrawających. Jako czynnik odtleniający podczas lutowania ma zastosowanie boraks. Lutami twardymi są miedź lub stopy miedzi (mosiądze, brązy, stopy miedzi z fosforem, srebrem, krzemem, manganem), stopy srebra z miedzią, cynkiem i in. oraz prawie czysty nikiel z dodatkiem manganu.

Lutowanie odbywa się następująco: powierzchnie łączone dokładnie czyści się i dopasowuje do siebie. Następnie smaruje się je pędzlem zanurzonym w roztworze boraksu i kładzie się między te powierzchnie blaszkę lutu, a potem wiąże się obie części drutem. Po posypaniu boraksem związanych części nagrzewa się je w ognisku kowalskim, palnikiem gazowym lub lampą lutowniczą tak długo, aż lut się roztopi i zwiąże części łączone. Do podgrzewania można używać także palnika acetylenowego, lecz trzeba bardzo uważać, aby nie przegrzać spoiny. W niektórych przypadkach lut umieszcza się nie między powierzchniami łączonymi, lecz na zewnątrz wzdłuż szwu. Wiązanie drutem łączonych elementów nie zawsze jest konieczne, zwłaszcza podczas nagrzewania palnikiem. Łączone elementy można zamocować w imadle, położyć na stalowej płycie lub stole spawalniczym, ale trzeba wtedy bardzo uważać, aby łączone elementy i lut nie zmieniły swojego położenia podczas lutowania. Po wykonaniu lutowania wyjmuje się połączone części i zostawia je do powolnego ostygnięcia, a następnie przemywa szew wodą zakwaszoną i usuwa nadmiar lutu pilnikiem.

Do oczyszczania chemicznego używa się przeważnie roztworu wodorotlenku sodu, który skutecznie usuwa tlenki z powierzchni przeznaczonej do lutowania.

7. Sprawdzanie połączeń lutowanych.

Połączenie lutowane należy poddać sprawdzeniu zwracając uwagę na równomierne rozłożenie lutu i estetyczne wykonanie spoiny. Następnie należy sprawdzić połączenie na szczelność. Wstępnego sprawdzenia szczelności dokonuje się próbą wodną obserwując, czy nie ma przecieku przez spoinę. Dokładne sprawdzenie szczelności spoiny wykonuje się w następujący sposób: jedną stronę spoiny pokrywa się warstwą kredy, a na drugą stronę wlewa się niewielką ilość nafty obserwując, czy na warstwie kredy nie pojawiają się tłuste plamy. W przypadku lutowania zbiorników szczelność należy sprawdzać pod ciśnieniem powietrza lub wody - wyższym od ciśnienia pracy.

Do sprawdzania bardziej odpowiedzialnych połączeń lutowanych stosuje się badania defektoskopowe, rentgenowskie, wytrzymałościowe, metalograficzne, oporności elektrycznej i inne, jak np. próby na odrywanie, które umożliwiają określenie stopnia wypełnienia szczeliny lutem.

8. Inne rodzaje lutowania:

• płomieniowe

• kąpielowe

• piecowe

• indukcyjne

• oporowe

• reakcyjne

• dyfuzyjne

• ultradźwiękowe

• świetlne

• laserowe

• eletronowe

• strumieniem gorącego gazu

• lutospawanie

9. Praktyczne wykonanie ćwiczenia:

1. Lutowanie miękkie:

1. Oporowo 160 W

2. Blacha

3. Lut wysoko ołowiany

4. Topnik woda lutownicza

Przy lutowaniu aluminium oczyszczamy mechanicznie i marzemy w oleju

1. Lutowanie twarde:

• Lut mosiężny

• Barox

• Blacha 3mm St3s

2. Lutospawanie blachy żeliwnej

10. Wnioski:

Lutowanie jest jednym z najstarszych sposobów łączenia metali. Jest jedną z nielicznych metod umożliwiających łączenie ze sobą różnych metali i stopów o różnych własnościach. Lutowanie jest jedyną metodą zapewniającą połączenia właściwej jakości. Największe zastosowanie znajduje w przemyśle elektrotechnicznym, elektronicznym i telekomunikacyjnym do łączenia przewodów elektrycznych. Jest stosowane podczas prac blacharskich, szczególnie do lutowanie blach ocynkowanych, np. w produkcji rynien, do zamykania blaszanych puszek z konserwowanymi produktami spożywczymi. Ponadto lutowanie stosuje się w blacharstwie samochodowym, np. przy wypełnianiu wgłębień, wykonywaniu i naprawie chłodnic samochodowych, łączeniu uzwojeń silników elektrycznych, a także w naprawach pękniętych odlewów. Połączenia lutowane dobrze przewodzą prąd i dlatego są stosowane zamiast spawania w przypadkach, gdy spoiny nie muszą przenosić dużych obciążeń, ale powinny zapewnić dobre przewodzenie prądu.

3

---