Definicja lutowanie twarde
Zgodnie z AWS A3.0, lutowanie twarde definiuje się jako:
„Grupa procesów łączenia wytwarzających spajanie materiałów przez podgrzanie ich do temperatury lutowanie twarde w obecności lutowanie twarde spoiwa mającego likwidus powyżej 450°C [840°F] i poniżej solidusu metalu podstawowego. Spoiwo lutowanie twarde jest rozprowadzane i utrzymywane pomiędzy ściśle dopasowanymi powierzchniami połączenia poprzez działanie kapilarne.”
Innym sposobem zrozumienia jest to, że luty muszą się topić, podczas gdy materiały podstawowe nie powinny.
Ponadto, spoiwo jest rozprowadzane przez działanie kapilarne w szczelinie utworzonej przez powierzchnie złącza po stopieniu.
W celu wyjaśnienia definicji warto podkreślić, że lutowanie twarde to niemechaniczna metoda łączenia, którą należy odróżnić od spawania i lutowania.
Różnice od spawania
W lutowanie twarde:
- Dodatkowy (materiał eksploatacyjny) topi się w temperaturze niższej niż temperatura topnienia materiałów podstawowych.
- W związku z powyższym materiały bazowe nie topią się.
- Materiał eksploatacyjny wypełnia lukę między materiałami podstawowymi dzięki efektowi kapilarności.
Różnice w lutowaniu
Przy lutowaniu miękkim (lub słabym):
- Używany jest nieżelazny materiał eksploatacyjny (na przykład ołów);
- Materiał eksploatacyjny ma temperaturę topnienia poniżej 450°C.
Historia
Raporty o użyciu lutowanie twarde są bardzo stare.
Spekuluje się, że lut może mieć została przypadkowo odkryta w piecu około 4000 lat p.n.e.
Pierwszym znalezionym dowodem był złoty i srebrny klejnot w grobowcu egipskiej królowej Pu-abi (datowany na około 2500 rpne).
Zastosowania lutowanie twarde
lutowanie twarde jest szeroko stosowany w wielu zastosowaniach ze względu na:
- Możliwość łączenia materiałów o bardzo różnym charakterze, takich jak (metale i ceramika) lub (tytan i stal nierdzewna);
- Małe grubości. Spawanie może nadmiernie je zdeformować;
- Materiały poddane obróbce cieplnej. Aby zapobiec utracie obróbki cieplnej (przed spawaniem).
Z tych powodów lutowanie twarde jest używany do połączeń w częściach samochodowych, lodówkach, wymiennikach ciepła, podzespołach lotniczych i kosmicznych, podzespołach elektronicznych itp.
Typowe zastosowania komponentów dla przemysłu chłodniczego i części samochodowych:
lutowanie twarde aluminiowych wymienników ciepła (są stosowane w układach chłodzenia samochodów osobowych):
lutowanie twarde miedzi i grafitu (są stosowane w przemyśle jądrowym):
Korzyści
- Umożliwia połączenie bardzo różnych i zwykle niespawalnych materiałów.
- Komponenty mogą być przetwarzane luzem.
- lutowanie twarde może być bardziej ekonomiczny i produktywny;
- Deformacja lub zniekształcenie jest zminimalizowane lub nawet wyeliminowane;
- Rozcieńczenie metalem nieszlachetnym jest minimalne;
- Cykle termiczne są przewidywalne;
- Umożliwia łączenie materiałów o bardzo różnych grubościach
Wady
- Łącznik dolny wytrzymałość w porównaniu ze złączem spawanym;
- Złącze lutowane będzie prawdopodobnie miało niższą wytrzymałość niż metal podstawowy;
- Wysokie temperatury mogą zniszczyć lub osłabić lutowane połączenia.;
- Niektóre zastosowania wymagają ścisłej kontroli czystości złącza i precyzyjnego użycia topnika;
- Ostateczny kolor połączenia często różni się od koloru podstawowego (niepożądany wygląd).
Źródła ciepła
Zasadniczo istnieje 5 źródeł ciepła dla lutowanie twarde. Każdy typ jest odpowiedni dla stylu części, geometrii, materiału lub objętości, która ma być lutowana.
- (a) Palnik lub palnik
Nadaje się do małych części, produkowanych w małych ilościach.
- (b) Przez indukcję
Nadaje się do części wymagających większej kontroli temperatury
- (c) Piec ciągły
Nadaje się do małych części, produkowanych w dużych ilościach.
- (d) Piec okresowy
Nadaje się do dużych i złożonych części.
- (e) Piec próżniowy
Nadaje się do materiałów reaktywnych lub materiały, które nie mogą być utlenione.
Rodzaje złączy
Są to konfiguracje, w których materiały bazowe będą lutowane. Istnieją następujące rodzaje połączeń lutowanych:
- (a) Górne
- (b) Nakładkowe
- (c) i (d) Górne i nakładające się odmiany
- (e) Pod kątem
Właściwości
Złącze lutowane musi osiągnąć określone właściwości, aby spełnić swoje cele:
- Wytrzymałość mechaniczna;
- Wytrzymałość na ścinanie;
- Odporność na zmęczenie;
- Wytrzymałość;
- Odporność na korozję;
Projektanci biorą pod uwagę nie tylko wytrzymałość lutowanego stopu, ale także obszar wytrzymałości lub minimalną długość zakładki wymaganą do zachowania właściwości mechanicznych.
Koncepcje
Zwilżalność
Zwilżalność to zdolność fazy ciekłej do rozprowadzania się na stałym podłożu.
W lutowanie twarde faza ciekła jest reprezentowana przez stopiony lut, a stałe podłoże przez materiał bazowy.
Schematyczne przedstawienie graficzne tej koncepcji można zobaczyć na poniższym obrazku. Ma 3 różne przypadki zwilżalności:
W pierwszym przypadku spoiwo nie wykazuje tendencji do rozprzestrzeniania się na materiał bazowy.
Pozostaje w postaci kropli, która nie zwilża powierzchni.
W tym przypadku nie ma fizycznego kontaktu między fazą ciekłą a podłożem, więc nie będzie możliwości wystąpienia wiązania.
W drugim przypadku spoiwo jest rozprowadzić na materiale bazowym, jednak na ograniczonym poziomie.
W tym przypadku mówi się, że zwilżalność jest umiarkowana. Istnieje fizyczny kontakt między fazą ciekłą a podłożem, co pozwala im się zjednoczyć.
W trzecim przypadku spoiwo rozprzestrzenia się całkowicie na materiale podstawowym, tworząc prawie powłokę. Mówi się wtedy, że zwilżalność jest doskonała.
Fizyczny kontakt między fazą ciekłą jest możliwie największy, więc połączenie między nimi jest łatwe do uzyskania.
Zwilżalność spoiwa na materiale podstawowym będzie zależeć od kilku czynników :
- (a) Spoiwo nałożone na przygotowaną powierzchnię materiału podstawowego (przed lutowanie twarde);
- (b) Obecne warunki pozwalają na rozprowadzenie materiału eksploatacyjnego na materiale podstawowym;
- (c) Złe warunki utrudniają przepływ spoiwa;
- (d) Warunki tutaj były tak złe, że materiał eksploatacyjny uciekł lub cofnął się od materiału podstawowego.
Efekt kapilarny lub kapilarny
Jest to zjawisko fizyczne, które występuje, gdy faza ciekła zwilża podłoże i może być lepiej zrozumiane przez obserwując poniższy rysunek.
Jeśli istnieje zwilżalność, faza ciekła ma tendencję do podnoszenia się powyżej normalnego poziomu w wyniku efektu kapilarnego.
Osiągana wysokość jest proporcjonalna do rozmiaru szczeliny.
Z drugiej strony, gdy nie ma zwilżalności, szczelina nie jest nawet wypełniona, a wysokość fazy ciekłej pozostaje poniżej normalnego poziomu.
Uwaga: szczelina będzie wypełniać tylko wtedy, gdy roztopiony lut zwilży materiały podstawowe. Wypełnianie będzie łatwiejsze przy mniejszych szczelinach.
lutowanie twarde zatem jest niczym innym jak wypełnieniem szczeliny między materiałami podstawowymi stopionym spoiwem
I to spoiwo koniecznie ma zwilżalność na materiałach podstawowych.
Schematyczne przedstawienie lutowanie twarde można zobaczyć poniżej, na którym można śledzić ewolucję metalu spoiwa.
lutowanie twarde przerwa
It wykazano, że wypełnienie szczeliny między materiałami podstawowymi zależy od zdolności roztopionego lutowia do zwilżania materiału podstawowego.
Ponadto wypełnianie odbywa się łatwiej w mniejszych szczelinach.
Można wtedy wyobrazić sobie, że wykorzystywana luka powinna być jak najmniejsza, ponieważ ułatwiłoby to jej wypełnienie.
Niestety ta koncepcja jest błędna. Nadmierna redukcja szczeliny utrudnia topnikowi.
Topnik nie działa dobrze w bardzo małych przestrzeniach.
Tak jak szczelina nie powinna być zbyt mała, nie powinna być zbyt duża.
Mała szczelina da efekt małej kapilarności, co utrudnia wypełnianie.
Wywnioskowano zatem, że stosowana szczelina musi mieścić się w pewnym zakresie.
Zakres, o którym wiadomo, że strumień i efekt kapilarny są zadowalające, a zatem zapewnienie odpowiedniego wypełnienia szczeliny.
Szczeliny, które należy zastosować, mieszczą się zazwyczaj w zakresie od 0,05 do 0,20 mm.
Zależy to od spoiwa, rodzaju topnika i rodzaju użytego złącza.
W każdym przypadku należy skonsultować się z dostawcą materiałów eksploatacyjnych, aby zalecić wymaganą lukę.
Topnik (środki czyszczące)
Czyszczenie jest po prostu niezbędne dla lutowanie twarde.
Musimy wyczyścić powierzchnię materiałów podstawowych przed lutowanie twarde. Muszą być wolne od oleju lub smaru.
Dzieje się tak, ponieważ olej lub smar po podgrzaniu wytwarza pozostałości na powierzchni materiałów.
Te pozostałości zapobiegają zwilżaniu materiałów podstawowych przez spoiwo, co powoduje lutowanie twarde niewykonalne.
Zwykle usuwa się je poprzez odtłuszczanie za pomocą rozpuszczalników przemysłowych.
Funkcje topnika
- Eliminacja warstwy tlenków powierzchniowych z materiałów bazowych, umożliwiając tym samym wystąpienie zwilżalności;
- Zapobiegaj utlenianiu materiałów podstawowych podczas ogrzewania w lutowanie twarde. Jest to konieczne, ponieważ ciepło ma tendencję do przyspieszania reakcji chemicznych, w tym reakcji utleniania;
- Chroń spoiwo do momentu jego stopienia, umożliwiając w ten sposób wystąpienie zwilżalności;
- Nie atakować ani nie reagować z materiałem bazowym (topnikiem);
- Odtlenić powierzchnię materiału podstawowego przed rozpoczęciem stapiania metalu dodatkowego (co najmniej 50°C poniżej temperatury roboczej), utrzymując ją w stanie odtlenienia do końca lutowanie twarde (topnik);
- Zapewnić dobrą zwilżalność i płynność materiału bazowego, odpowiednio rozprowadzając się na powierzchniach do lutowania (topnik);
- Można go łatwo usunąć po lutowanie twarde (strumień).
Topnik może być stały, ciekły lub gazowy.
Spoiwa
Właściwy dobór stosowanego spoiwa jest często kluczem do sukcesu.
Ogólnie rzecz biorąc, materiały te muszą mieć pewne ważne cechy, aby lutowanie twarde wystąpiło prawidłowo, takie jak:
- Zapewniać dobrą zwilżalność materiały bazowe do lutowania;
- Odpowiednia temperatura topnienia (lub zakres temperatur topnienia) w stosunku do materiałów podstawowych i płynność, która umożliwia stopionemu metalowi odpowiednią penetrację złączy poprzez efekt kapilarny;
- Przedstawienie wymaganych właściwości lutowanego komponentu. Na przykład: odpowiednia wytrzymałość mechaniczna, wymagana przewodność elektryczna itp.;
- Nie należy nadmiernie reagować z materiałem bazowym, powodując erozję lub tworząc kruche fazy;
- Nie wykazuje dużej tendencji do likwidacji (częściowe zespolenie).
Zwyczajowo klasyfikuje się spoiwa według pierwiastków chemicznych, które je tworzą.
Ogólnie mówimy, że istnieją różne rodziny spoiw, przy czym każda rodzina charakteryzuje się tym, że zawiera te same (lub prawie takie same) elementy.
Te rodziny spoiw różnią się (od siebie) głównie przez temperatury topnienia.
Ta cecha ma fundamentalne znaczenie w lutowanie twarde. Niższa temperatura topnienia oznacza mniejsze zapotrzebowanie na ogrzewanie, więc lutowanie twarde będzie tańszy i szybszy.
Komentarze