Właściwości łatwej zmiany stanu skupienia wyrobów z grupy metali są wykorzystywane w wielu procesach przemysłowych. Jednym z nich jest lutowanie, czyli zespajanie ze sobą elementów za pomocą roztopionego materiału. Wykorzystuje się tu metale o niskiej temperaturze topnienia, które wypełniają przygotowane szczeliny w materiałach. Do pracy można stosować rozmaite urządzenia i luty, a technika sprawdza się głównie przy łączeniu elementów o niewielkich rozmiarach. Czym jest lutowanie, jakie są jego rodzaje i jak przebiega sam proces?
Czym jest lutowanie?
Łączenie pojedynczych elementów w jedną stabilną konstrukcję można przeprowadzić na kilka sposobów. Jedną z popularnych metod stosowanych w wielu dziedzinach przemysłu jest lutowanie. To technika pozwalająca na bardzo precyzyjne zespajanie z sobą różnych materiałów. W tej technice wykorzystuje się wysoką temperaturę potrzebną do stopienia materiału wypełniającego, nazywanego lutem. Materiał z grupy metali w formie płynnej dostaje się pomiędzy łączone elementy i wypełnia szczelinę spawalniczą.
Charakterystyczną cechą lutowania jest stosunkowo niska temperatura nagrzewania spoiwa, w porównaniu z innymi technikami. Stosuje się tu ciepło tylko do stopienia lutu, podczas gdy krawędzie łączonego materiału nie ulegają stopieniu. Płynny metal dostaje się do szczeliny i wypełnia pory w materiałach, tworząc spoinę. Określa się to jako zjawiska adhezji i płytkiej dyfuzji. Połączenie jest jednorodne, a po obróbce mechanicznej i malowaniu będzie niewidoczne na gotowym produkcie.
Lutowanie i spawanie – podobieństwa i różnice
Lutowanie jest techniką przez niektórych wymienianą jako jedna z metod spawalniczych. Jest to błąd, choć lutowanie i spawanie mają wiele podobieństw i naleza do metod spawalniczych. Przede wszystkim w obu technikach wykorzystuje się wysoką temperaturę do wykonania połączenia. Każda z metod wykorzystuje topnienie spoiwa i płynny metal staje się spoiną. Obie techniki są bardzo skuteczne i można nimi wykonać stabilne połączenia. Wykorzystywane są powszechnie w przemyśle, a także pracach wokół domu.
Różnica pomiędzy spawaniem i lutowaniem wynika głównie z temperatury, jaką wytwarzają urządzenia. Lutownice pracują na temperaturze maksymalnie około 900 stopni, tymczasem w przypadku standardowego migomatu jest to około 6000 stopni. W przypadku spawania dochodzi zatem do przetopienia spoiwa z krawędziami ścianek spawanych elementów. Z kolei przy lutowaniu stopieniu ulega tylko materiał wypełniający, czyli lut.
Metody lutowania
Istnieje wiele metod lutowania, także kilka łączących je z procesem spawania. Jednak wiele z nich stosuje się głównie w przemyśle do specjalistycznych procesów wykonywanych przez maszyny. W warsztatach domowych i wielu zakładach mechanicznych można wskazać na dwie metody lutowania. Różnice pomiędzy lutowaniem twardym i miękkim wynikają z temperatury, jaka zostaje wytworzona w tym procesie.
Lutowanie miękkie – na czym polega?
Lutowanie miękkie to proces, w który stosuje się temperaturę nie wyższą, niż 450 stopni Celsjusza. Technika wykorzystywana jest głównie przy pracy z elementami o niewielkich wymiarach i z materiałów wrażliwych na wysokie temperatury. Ta metoda sprawdza się przy pracach na wyrobach miedzianych, wykonanych z mosiądzu, cynku, a także różnych stopów stali. Lutownice do spawania miękkiego to większość urządzeń dedykowanych majsterkowiczom i pracownikom serwisu elektronicznego.
Lutowanie twarde – na czym polega?
Alternatywną metodą dla poprzedniej jest lutowanie twarde. Charakterystyczna cecha to temperatura powyżej 450 stopni, czasem dochodząca nawet do 900 stopni Celsjusza. Topienie lutu w takich temperaturach to demena produkcji przemysłowej. W warunkach budowlanych wykorzystuje się palniki acetylenowe, a w zakładach przemysłowych specjalne lampy z mocno skupionym ogniskiem lub lutowanie indukcyjne. Twarde lutowanie stosuje się do łączenia elementów o dużych wymiarach wykonanych z dowolnych materiałów, z wyjątkiem aluminium.
Lutowanie twarde pozwala osiągnąć znacznie lepsze parametry lutu niż w przypadku pracy w niższej temperaturze. Połączenie jest trwalsze, bardziej odporne na czynniki mechaniczne, a także na rozciąganie. W czasie pracy może powstawać jednak wiele gazów o charakterze uciążliwym lub szkodliwym. W związku z tym prace muszą być koniecznie prowadzone w pomieszczeniach o odpowiedniej wentylacji i przy zabezpieczeniu dróg oddechowych przez pracowników.
Z czego składa się lut?
Materiał topliwy do lutowania to jeden z elementów niezastąpionych przy pracy. Materiał najczęściej dostarczany jest w postaci drutu zwiniętego na rolce, ale stosuje się także inne płaskowniki dostarczane głównie dla przemysłu. Skład lutu zależy w głównej mierze od tego, w jakiej technice będzie topiny. Inną zawartość mają materiały do lutowania miękkiego, a inne do twardego.
Luty miękkie to głównie stopy, których temperatura topnienia mieści się w granicach miedzy 100 a 350 stopni. Dawniej materiał bazował na cynie z dodatkiem ołowiu. Jednak szkodliwe właściwości ołowiu doprowadziły do wycofania tego rodzaju lutów i zastąpienia ich materiałami bezołowiowymi. Takie mieszanki materiałów opierają się na dodatkach miedzi, srebra i bizmutu dobieranych w zależności od rodzaju łączonego materiału. Nie zmieniają się ich właściwości, ale unika się powstawania szkodliwych oparów.
Przy lutowaniu twardym wykorzystywane są podobne materiały, jednak lut ma osnowę ze srebra lub miedzi. Zastosowanie takich materiałów wpływa na poprawę płynności i jakości wykonanego łączenia. Z kolei rdzeń takiego lutu wykonany jest z materiałów zbliżonych chemicznie do obrabianego elementu. Przy pracy z miedzią i brązem stosowane są luty miedziano-fosforowe, a przy łączeniu elementów z nierdzewki wykorzystuje się pręty z dużą zawartością niklu.
Gdzie jest stosowne łaćzenia za pomocą lutowania?
Proces lutowania powszechnie kojarzony jest z branżą elektroniczną i elektryczną. W tych dziedzinach najczęściej stosuje się proces lutowania, jako mniej inwazyjny i pozwalający na pracę z elementami o niewielkich wymiarach. Technika przydaje się do łączenia kabli, lutowania elementów oporników i innych. Niska temperatura topnienia zapobiega uszkodzeniu osłon przewodów, a także płytek izolacyjnych. W elektronice wykorzystywana jest metoda lutowania miękkiego, a zatem praca przebiega w stosunkowo niskiej temperaturze.
Lutowanie miękkie wykorzystuje się także w innych pracach budowlanych i naprawach. Ta metoda wykorzystywana jest przy naprawach elementów połaci dachowej blaszanej. Bez konieczności zdejmowania połaci można łatać blachodachówki, blachę trapezową i inne. Niska temperatura lutowania wykorzystywana jest również przy łączeniu rurociągów. Powszechnie technika miękkiego lutowania znajduje zastosowanie przy tworzeniu instalacji z rur grzewczych w budynkach mieszkalnych.
W procesach przemysłowych korzysta się głównie z technik lutowania twardego. Ten rodzaj łączenia elementów metalowych jest stosowany w branży chłodniczej. Niektóre procesy produkcyjne w branży motoryzacyjnej także korzystają z zalet tej techniki. Dodatkowo przy różnego rodzaju naprawach i modernizacjach lutowanie okazuje się korzystniejsze od spawania. Szczególnie zalecane jest w obszarach, gdzie wysoka temperatura wytwarzana przez łuk spawalniczy mogłaby uszkodzić inne elementy.
Jak przebiega proces lutowania?
Proces lutowania nie jest trudny i mając odpowiedni sprzęt, możesz wykonać połączenie w domowym warsztacie. Jeśli jednak połączenie ma być trwałe i skuteczne, musisz przeprowadzić prace, pamiętając o kilku zasadach lutowania. Charakterystyka procesu i zjawiska fizyczne towarzyszące zespajaniu elementów wymagają odpowiedniego przygotowania materiału. Musisz dokładnie oczyścić krawędzie spawanych konstrukcji z zabrudzeń mechanicznych, tłuszczu i usunąć warstwę tlenków. Dopiero w takim środowisku może dojść do zjawiska adhezji.
Bardzo powszechne jest stosowanie topnika przy czyszczeniu materiału. Jest to rodzaj odtleniacza w postaci pasty o temperaturze topnienia niższej niż materiał lutu. Materiał ma właściwości usuwania tlenków z powierzchni materiału. Topnik w czasie procesu lutowania zapobiega wytwarzaniu się tlenków, a także zwiększa płynność samego lutowania. Pastę nakłada się przed ułożeniem lutu, a w pracach amatorskich pobiera się ją bezpośrednio na grot lutownicy przed stopieniem drutu.
Kolejnym krokiem będzie dobór spoiwa i ustawień na lutownicy. Temperatura wytworzona przez lutownicę powinna być wyższa od granicznej temperatury topnienia materiału o 30 – 50 stopni Celsjusza. W przemyśle ściśle przestrzega się tych ustawień, dobierając je precyzyjnie do składu chemicznego drutu lutowniczego. Przy pracach amatorskich z zastosowaniem drutu z cyny i lutownicy transformatorowej ustawienia temperatury nie mają tak dużego znaczenia.
Dalszy przebieg pracy zależy od tego, jaką formę ma łączony element. W przypadku lutowania przewodów każdorazowo musisz nabrać na grot lutownicy niewielką ilość materiału topliwego i nałożyć go na przewód. Przy lutowaniu blach i płaskowników drut z lutem warto ułożyć w szczelinie, co ułatwi pracę. Przy dobrze ustawionych parametrach pracy do stopienia materiału wystarczy krótkie zetknięcie głowicy z lutem. Stężenie materiału następuje bardzo szybko i już po kilku sekundach materiał oddaje nadmiar temperatury do otoczenia.
Lutowanie – podsumowanie
Lutowanie to metoda łączenia przeznaczona głównie do montażu układów elektronicznych i materiałów trudno spawalnych. Sprawdza się także w pracach warsztatowych i przy drobnych naprawach prowadzonych w domu. Nie można powiedzieć, że jest to proces mniej skuteczny od spawania tylko dlatego, że temperatura pracy okazuje się niższa. Ta metoda jest świetnym uzupełnieniem spawania i znajduje dla siebie miejsce w obszarach, gdzie spawanie okazuje się nieskuteczne.
