Za pomocą lutowania moŜna łączyć prawie wszystkie metale w róŜnych kombinacjach.
Luty są to materiały o temperaturze topnienia niŜszej od materiału części łączonych.
RozróŜnia się luty miękkie o temperaturze topnienia poniŜej 500°C (tabela 6) i luty twarde, które charakteryzują się temperaturą topnienia powyŜej 550°C.
Luty miękkie są stopami cyny, antymonu i ołowiu o temperaturze topnienia 183–300°C.
Stosuje się równieŜ luty niskotopliwe (t = 70–150°C), przeznaczone do łączenia materiałów o niskiej temperaturze topnienia lub elementów, które nie powinny się nagrzewać podczas lutowania.
Luty miękkie są wykonywane w postaci odlewanych prętów i pałeczek (lasek) oraz ciągnionych drutów, które mają w środku topnik w postaci Ŝyłki.
Tabela 6. Właściwości i zastosowanie spoiw cynowo-ołowiowych miękkich [9, s. 115].
Cecha
lutowanie blach stalowych czarnych, ocynkowanych, lutowanie kąpielowe
LC30A2 185–250 39,2
miedź, stal lutowanie połączeń pracujących w podwyŜszonej temperaturze; uzwojeń – elementów z pokryciami cynowo-ołowiowymi i srebrnymi
Luty twarde są stopami miedzi z cynkiem i innymi składnikami. RozróŜnia się luty twarde łatwo topliwe (t = 550–875°C) i trudno topliwe (t = 875–1100°C).
Luty do lutowania twardego metali moŜna podzielić na cztery zasadnicze grupy:
miedziane, mosięŜne, srebrne i specjalne.
Luty do lutowania twardego mogą mieć róŜną postać zewnętrzną. Do prac wykonywanych ręcznie uŜywa się przewaŜnie drutu lub prętów. ZaleŜnie od typu złącza i metody lutowania stosuje się luty w innej postaci, jak blaszki, kształtki, ziarna, proszek lub pasta.
Połączenie trwałe uzyskuje się dzięki przyczepności lutu do materiałów łączonych, dlatego warunkiem otrzymania prawidłowego połączenia jest staranne oczyszczenie powierzchni lutowanych. Przygotowanie łączonych powierzchni polega na oczyszczeniu mechanicznym i chemicznym.
Oczyszczanie mechaniczne odbywa się przez piłowanie, skrobanie, ścieranie, szczotkowanie i inne podobne zabiegi.
Oczyszczanie chemiczne polega na odtłuszczaniu lub trawieniu. Odtłuszczanie moŜna wykonać z uŜyciem rozpuszczalników organicznych, roztworów alkalicznych, elektrolitycznie oraz ultradźwiękowo. Do trawienia słuŜą wodne roztwory kwasu siarkowego, solnego, azotowego lub inne. Po trawieniu zwilŜone powierzchnie naleŜy zobojętnić, zmywając je wodą.
Bezpośrednio przed lub w czasie lutowania łączone powierzchnie oczyszcza się za pomocą topników. Usuwa się wówczas powstałe juŜ po oczyszczeniu powierzchni tlenki lub inne trudnotopliwe związki utrudniające zwilŜanie lutem łączonych części.
Najczęściej lutowanie znajduje zastosowanie w przemyśle elektrotechnicznym, elektronicznym i telekomunikacyjnym do łączenia przewodów elektrycznych. Jest stosowane teŜ podczas prac blacharskich, szczególnie do lutowania blach ocynkowanych: w produkcji rynien, obróbkach blacharskich, do zamykania konserw. Ponadto lutowanie stosuje się w blacharstwie samochodowym przy wypełnianiu wgłębień oraz wykonywaniu i naprawie chłodnic samochodowych. Przykłady złącz lutowanych pokazane są na rysunku 35.
Rys. 35. Przykłady złącz lutowanych [11, s. 155]
Lutowanie lutem miękkim stosuje się do łączenia części o nieduŜych napręŜeniach w złączu i niewysokiej temperaturze pracy, jak równieŜ do uszczelniania połączeń zawalcowanych i innych (na przykład cienkościennych zbiorników, pojemników, rynien i rurociągów).
Do oczyszczania przedmiotów stalowych, z miedzi i mosiądzu, przed lutowaniem stosuję się wodę lutowniczą (chlorek cynku rozpuszczony w wodzie), do lutowania blach ocynkowanych – rozcieńczony kwas solny, do innych metali – płyny lub pasty lutownicze.
Kwas naleŜy rozcieńczać przez dolewanie stęŜonego kwasu do wody, a nie odwrotnie.
Metale pokrywające się trudnotopliwymi tlenkami niekiedy przed lutowaniem cynuje się, czyli powleka cienką warstewką cyny. Chroni to powierzchnię łączonego metalu przed utlenianiem podczas lutowania, polepszając zwilŜalność lutów. Cynowanie powierzchni przed lutowaniem w przypadku produkcji małoseryjnej wykonuje się za pomocą lutownicy.
W produkcji seryjnej i masowej cynowanie wykonywane jest przez zanurzenie w stopach cyny lub przez cynowanie galwaniczne.
Narzędziem do lutowania miękkiego jest lutownica, która zawiera końcówkę miedzianą, do roztopienia cyny (rys. 36 i 37). Miedzianą końcówkę lutownicy nagrzewa się:
− w ognisku kowalskim,
− w płomieniu lampy lutowniczej lub palnika
− prądem elektrycznym (rys. 37).
Rys. 36. Lutownice: a), b) zwykłe, c) benzynowa. [2, s. 159].
Obecnie najczęściej stosuje się lutownice elektryczne o mocy dostosowanej do grubości i wielkości łączonych elementów. Moc lutownic elektrycznych do prac blacharskich powinna wynosić, co najmniej 400 W.
Rys. 37. Lutownica elektryczna: 1) końcówka miedziana, 2) spirala grzejna, 3) rękojeść, 4) przewód elektryczny.
[2, s. 159].
Przed przystąpieniem do lutowania rozgrzewa się lutownicę do temperatury nie przekraczającej 350°C, co poznaje się po szybkim topieniu okruchów cyny połoŜonych na grocie. Po nagrzaniu lutownicy wykonuje się jej bielenie przez pocieranie rozgrzanego grotu o kawałek salmiaku, na którym leŜy kilka kropel cyny. Pod wpływem ciepła salmiak rozkłada się na amoniak i kwas solny, który czyści lutownicę, a rozpuszczona cyna pokrywa ją, nadając białe zabarwienie.
Podczas lutowania nagrzaną lutownicę trzyma się w jednej ręce, a pałeczkę lutu w drugiej. Lut po zetknięciu z gorącym grotem lutownicy zostaje stopiony i ścieka na złącze, gdzie zostaje lutownicą rozprowadzony i wyrównany. Ewentualny nadmiar lutu usuwa się pilnikiem lub skrobakiem. Po wykonaniu połączenia resztki kwasu lub pasty wyciera się suchą szczotką lub przemywa bieŜącą wodą.
Lutowane elementy w czasie lutowania trzeba dobrze docisnąć, aby ściśle do siebie przylegały. UŜywa się do tego kleszczy, ścisków lub noŜyc lutowniczych (rys. 38).
Rys. 38. Zaciskanie blach w noŜycach lutowniczych. [9, s. 118].
Lutowanie lutem twardym
Lutowanie to daje połączenie nie tylko szczelne, lecz równieŜ o duŜej wytrzymałości na rozciąganie. Jest uŜywane do połączeń ślusarskich, w budowie ram rowerowych, w kołnierzach połączeń rurociągów, do łączenia części mechanizmów precyzyjnych oraz
w produkcji narzędzi skrawających. Do lutowania twardego jako topniki najczęściej są uŜywane: boraks lub kwas borny, fluorek potasu, tlenek boru i fluorek wapnia.
Powierzchnie łączone powinny być dokładnie dopasowane do siebie i bardzo dobrze oczyszczone. Następnie smaruje się je pędzlem zanurzonym w roztworze boraksu i kładzie się między te powierzchnie blaszkę lutu, a potem wiąŜe się obie części drutem. Po posypaniu boraksem związanych części nagrzewa się je w ognisku kowalskim, w płomieniu palnika gazowego lub lampy lutowniczej tak długo, aŜ lut się roztopi i zwiąŜe części łączone.
W niektórych przypadkach lut umieszcza się na zewnątrz, wzdłuŜ szwu. Po zlutowaniu wyjmuje się połączone części z płomienia i odkłada w celu powolnego ostygnięcia, a następnie przemywa się szew wodą zakwaszoną i usuwa nadmiar lutu pilnikiem.
Do lutowania lutem twardym często wykorzystuje się płomień gazowy wytwarzany w palniku acetylenowym. Metoda jest bardzo podobna do omówionego wcześniej spawania gazowego, gdyŜ uŜywa się tego samego sprzętu. RóŜnica polega na tym, Ŝe przy spawaniu nadtapia się części łączone, a przy lutowaniu wprowadza się spoiwo pomiędzy rozgrzane powierzchnie łączone. Do lutowania ręcznego stosuje się palniki pojedyncze, a w liniach produkcyjnych zestawy palników.
Podczas lutowania palnikiem bardzo waŜny jest sposób nagrzewania złącza lutowanego.
Elementy lutowane naleŜy nagrzewać w okolicy miejsca złącza, a lut powinien nagrzewać się od części łączonych (rys. 39). Wówczas roztopiony lut wpływa w szczelinę pomiędzy częściami lutowanymi i wypełnia ją szczelnie. Najlepsze wyniki otrzymuje się przy złączach okrągłych, gdy lut układa się w szczelinę w postaci pierścienia.
Rys. 39. Lutowanie palnikiem gazowym: (1) i (2) kolejność grzania [4, s. 284].
Podczas nagrzewania palnikiem nie jest konieczne wiązanie drutem łączonych elementów. MoŜna je zamocować w imadle, połoŜyć na stalowej płycie lub stole spawalniczym. Trzeba wtedy bardzo uwaŜać, aby łączone elementy i lut nie zmieniły swojego połoŜenia podczas lutowania. Zaleca się tutaj stosowanie róŜnych ścisków stosownych do łączonych elementów.
Lutospawanie jest to lutowanie twarde wykonywane z uŜyciem mosiądzu jako lutu.
Materiał do lutospawania naleŜy ukosować jak przy spawaniu. Dlatego złącza lutospawania mają kształt litery V lub X. Pozostaje nadal waŜna zasada nie nadtapiania elementów łączonych i wypełnianie szczeliny lutem. Złącze lutospawanie odznacza się dobrymi własnościami mechanicznymi i plastycznymi, lepszymi od złączy spawanych.
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czym charakteryzuje się lutowanie?
2. Na czym polega lutowanie miękkie?
3. Jakie rodzaje lutu stosuje się do lutowania miękkiego?