Rodzaje lutowania

Stopiony lut wnika w szczelinę między spajanymi elementami i przenika do porów na ich powierzchni (niewidocznych gołym okiem). Efektem tego jest powstanie pomiędzy lutem, a lutowanymi częściami, wiązania metalicznego. Z tego powodu bardzo istotne jest przed przystąpieniem do lutowania, właściwe oczyszczenie elementów, ze znajdujących się na ich powierzchni tlenków. W celu obniżenie temperatury topnienia i zwiększenie płynności lutu oraz zapobieżeniu powstawania tlenków, stosuje się specjalny topnik lutowniczy nazywany lutówką.

Metoda ta stosowane jest do spajania elementów o małych naprężeniach na połączeniu i o małej temperaturze pracy. Przykładowo wykorzystywane jest w lutowaniu układów elektronicznych, blach dekarskich czy też przewodów elektrycznych. Materiałami, które zazwyczaj się łączy tą metodą jest stal, miedź, cynk, mosiądz oraz ich stopy.

Zaletami lutowania miękkiego jest jej prostota metody, niewielka temperatura nagrzewania spajanych elementów. Zapewnia to, iż lutowane części nie podlegają żadnym deformacjom kształtów oraz rozmiarów.

Do wad zaliczyć możemy małą wytrzymałość połączeń i małą odporność na późniejsze działanie temperatury, tylko do około 100^oC.

Podstawowym narzędziem służącym do lutowania miękkiego są gazowe lub elektryczne kolby lutownicze. Ich końce robocze wykonuje się z materiałów dobrze przewodzących ciepło takich jak miedź.

Lutowanie miękkie przeprowadza się w kilku krokach

• Dokładne dopasowanie do siebie i oczyszczenie miejsc lutowania.
• Naniesienie na oczyszczone miejsce lutowania topnika i ogrzanie ich.
• Ogrzanie i cynowanie oczyszczonego końca – grotu kolby lutowniczej po uprzednim jego zanurzeniu bądź natarciu chlorkiem amonowym (salmiakiem).
• Roztopienie lutu kolbą lutowniczą i przeniesienie go na lutowane powierzchnie elementów spajanych.
• Powolne przemieszczanie kolby lutowniczej równolegle do spoiny, aż do jej ogrzania i równomiernego wypełnienia lutem.
• Dokładne przemycie, wysuszenie i oczyszczenie papierem ściernym, a także usunięcie skrobakiem lub pilnikiem ewentualnego nadmiaru lutu z zestalonej i schłodzonej spoiny.

Kolba lutownicza nagrzewana jest płomieniem gazowym lub elektrycznie, zazwyczaj do temperatur mieszczących się w zakresie od 400 do 450^oC. Należy bezwzględnie unikać jej przegrzania do temperatury 600^oC lub wyższej. Jest to szczególnie istotne w przypadku kolb o miedzianych końcówkach roboczych. Zaczynają one wówczas silnie się utleniać, co uniemożliwia zwilżanie ich lutem. Dodatkowo resztki cyny pozostające na grocie kolby w podwyższonej temperaturze są rozpuszczane i przenikają do miedzi. Skutkuje to jej kruchością i wykruszaniem się części roboczej kolby. Powłokę tlenkową oczyszcza się z kolby za pomocą salmiaku, przez pocieranie.

Lutowanie miękkie wykonuje się na podkładkach niepochłaniających ciepło takich jak np. drewno. Metalowe podkładki absorbują duże ilości ciepła i schładzają wówczas spajane części, co znacznie utrudnia proces lutowania.

Po wpływem ciepła kolby lutowniczej, luty miękkie topią się i pokrywają miedziany koniec roboczy. Po zetknięciu z punktem lutowania, stopiony lut spływa w miejsce łączenia. Po spłynięciu lutu z kolby, nabierana jest następna porcja lutu. W tym celu styka się końcówki robocze lutownicy do lutu.

Luty miękkie będące stopami cyny, antymonu i ołowiu, mają temperaturę topnienia od 183 do 300^oC.

Zasadniczym elementem składowym lutów wysokotopliwych są; miedź, srebro i cynk.

Podstawowym narzędziem wykorzystywanym do lutowania twardego, jest płomień palnika gazowego, wytwarzany pistoletem do lutowania. Dawniej wykorzystywano także lampy benzynowe, spirytusowe bądź acetylenowe, a do podwyższenia temperatury płomienia, dmuchawki ustne.

Pistolety do lutowania mają różnorodną budowę. Wykonywane są zazwyczaj z dwóch rurek mosiężnych, doprowadzających z butli gaz roboczy oraz powietrze. Mogą składać się też tylko z jednej rurki dostarczającej gaz, którym jest zazwyczaj propan butan. Posiadają one kurki usytuowane w sposób taki, by umożliwiały łatwą regulację dopływu gazu oraz powietrza bądź tylko gazu.

Pistolet trzymany powinien być za rączkę głównie trzema palcami, a kciukiem i palcem wskazującym, reguluje się wówczas dopływ strumienia gazu.

Płomień palnika gazowego

Płomień wytwarzany przez pistolet do lutowania składa się z dwóch stożków. Pierwszy zewnętrzny niemalże zupełnie nieświecący. Ma on bardzo wysoką temperaturę, która najwyższy poziom osiąga na samym końcu stożka. Ma on także właściwości utleniające. Stożek wewnętrzny jest ciemny. Ma niższą temperaturę i ma własności redukujące. Używając płomienia do lutowania można posługiwać się oboma stożkami.

Stapiając emalię w zależności od jej typu, korzysta się albo z redukującej albo z utleniającej części płomienia.

Temperatura płomienia acetylenowo-tlenowego tuż przy samym wylocie z dyszy, osiąga około 3000^oC. W środkowej części około 2000^oC, a na samym końcu około 1000^oC.

Sposób lutowania

Lutowanie twarde wykorzystywane jest do lutowania metali szlachetnych i ich stopów oraz do stopów żelaza i metali nieżelaznych. Metoda ta wymaga wykonania niżej opisanych czynności.

• Oczyszczenie i dopasowanie do siebie lutowanych elementów. Przy czym należy pamiętać, iż precyzyjne dopasowanie części ma bezpośredni wpływ na trwałość połączenia.
• Łączenie (unieruchomienie) ze sobą lutowanych części. Można do tego celu zastosować zaciski lub silnie związać elementy drutem z miękkiej stali.
• Pokrywanie lutówką za pomocą pędzelka powierzchni przewidzianych do lutowania. Następnie powolne podgrzewanie palnikiem gazowym.
• Nałożenie lutu na nagrzane miejsca lutowania. Kontynuowanie podgrzewania, aż do momentu stopienia lutu oraz wypełnienia przez niego szczelin w punktach łączenia oraz zespolenia łączonych elementów.
• Po wychłodzeniu spoiny, oczyszcza się ją i przemywa zakwaszoną wodą w celu pozbycia resztek lutówki.

Można także zastosować trochę inną technikę lutowania. Różni się ona od tej wyżej opisanej tym, iż pomiędzy łączonymi częściami umieszcza się lut, przewalcowany na cienką blaszkę, pociętą na drobne kawałeczki nazywane pelkami. Nanosi się lutówkę, a później łączy części ze sobą i nagrzewa, aż do zlutowania.

Metale szlachetne najlepiej jest lutować na podkładkach z węgla drzewnego.

W trakcie lutowania twardego bardzo istotne jest ciągłe nadzorowanie rozpływania się lutowia. Topienie lutu następuje niemal bezpośrednio po stopieniu lutówki. Gdy cały stopiony lut gromadzi się w jednym punkcie świadczy to o tym, iż tylko to miejsce ma właściwą temperaturę. Trzeba wtedy przenieść płomień na niedogrzane obszary. W sytuacji, gdy podgrzewania punktów niepokrytych lutowiną nie przynosi rezultatów, niezbędne jest dołożenie lutówki i lutu.

Lutując wyrób ogrzewa się go najpierw całym płomieniem pistoletu, zachowując niewielki dopływ powietrza. W ten sposób równomiernie ogrzewany jest cały przedmiot, a także delikatnie podsusza się nałożoną lutówkę np. wilgotny boraks. Zapobiega to przesuwaniu się ułożonych kawałeczków lutu. Dalej zwiększa się dopływ powietrza do pistoletu, wytwarzając ostry mocny płomień. Nagrzewając lut, aż do momentu jego stopienia i spłynięcia w punkty lutowania.

Cienkie bądź zlutowane wcześniej elementy wyrobu, powinno się zabezpieczać przed oddziaływaniem płomienia nanosząc na nie glinkę, czerwień paryską lub stosując inną metodę.

Wytrawianie czyszczące

Końcowym etapem procesu lutowania jest usunięcie szklistej warstwy wypalonego boraksu bądź innej lutówki. Osiąga się to poprzez wygotowanie w kąpieli nazywanej bejcą.

Wyroby ze złota żółtego można trawić w rozcieńczonym kwasie azotowym, a ze złota czerwonego w kwasie solnym.

Przedmioty z platyny i złota o próbie 0,750, 0,583, i 0,500, po lutowaniu wytrawia się w 5 do 10 % roztworze kwasu solnego o temperaturze od 40 do 60^oC, bądź w 10 do 15 % roztworze kwasu siarkowego podgrzanym do około 60 – 70^oC.

Wyroby wykonane ze srebra i złota o próbie 0,375 wytrawia się w 5 do 10 % roztworze kwasu siarkowego o temperaturze około 50^oC. Przedmioty srebrne wytrawiane są w 1 do 2 % roztworze kwasu solnego o temperaturze od 30 do 40^oC.

Przedmioty z melchioru i nowego srebra wytrawia się w 10 do 12 % roztworze kwasu siarkowego z dodatkiem dwuchromianu potasowego w ilości 5 g na litr roztworu.

Wyroby z miedzi, mosiądzu i brązu, trawi się w roztworze kwasu siarkowego.

Złote wyroby jubilerskie trawić można roztworem kwasu siarkowego o temperaturze 80^oC. W czasie tego procesu z powierzchniowej warstwy usuwane są miedź i częściowo srebro. Daje to efekt „wzbogacenia” zewnętrznej powłoki w złoto, nadając jej oczekiwaną „złotą” barwę.

Inna metodą czyszczenia wyrobów wykonanych ze srebra jest ich trawienie w gotowanym lub grzanym w temperaturze od 60 do 80^oC kwasie cytrynowym.

By zapobiec utracie połysku w trakcie lutowania uprzednio polerowanego wyrobu, zaleca się naniesienie na jego powierzchnie kwasu borowego.

Warunki przeprowadzenia prawidłowego lutowania stali nierdzewnych są takie same jak w przypadku innych metali i ich stopów.

Sposób lutowania

Proces lutowania rozpoczyna się od naniesienia na miejsce lutowania, lutówki przygotowanej na bazie boraksu, salmiaku oraz wody destylowanej, wysuszonej następnie małym płomieniem i stopionej na szkliwo tak, by nie powstały wzdymki. Jako podkładki do lutowania używa się szamotu, nigdy zaś węgla drzewnego. Miejsce lutowania, a nie lut musi być w pierwszej kolejności i w jak najkrótszym czasie doprowadzone do temperatury lutowania. Po spłynięciu i rozprzestrzenieniu się lutu, w miejscu lutowania odsuwa się płomień i kontroluje lutowanie. Po czym przez krótki czas małym płomieniem ogrzewa się obszar w pobliżu rozpłynięcia się lutu. Zabieg ten nazywany jest temperowaniem. Ułatwia on powstawanie mieszanych kryształów. Po wystudzeniu wyrób wygotowuje się w 5 % roztworze kwasu siarkowego, usuwającym lutówkę i ewentualne masy chroniące miejsce lutowania.

Wykwaszanie

Bejcowanie tj. wykwaszenie przed i po lutowaniu wykonuje się w wodzie królewskiej o recepturze; 3 części stężonego technicznego kwasu solnego, 1 część stężonego technicznego kwasu azotowego i 1 część stężonego technicznego kwasu siarkowego. Sporządzając tą mieszaninę, kwas siarkowy dodaje się na końcu oraz następnie miesza dokładnie i zostawia na kilka godzin w dobrze wentylowanym miejscu. Mieszanina ta przechowywana musi być w szczelnym pojemniku, w pomieszczeniu chroniącym przed rdzewieniem precyzyjne narzędzia (opary gazu mają szkodliwe działanie na metalowe elementy).