Lutowanie 
w starożytnym Egipcie.

Tym wpisem rozpocznę cykl artykułów poświęcony jednej z metod łączenia metali tj. lutowaniu.

Co to jest lutowanie

Lutowanie jest to metoda trwałego łączenie elementów metalowych dodatkowym roztopionym metalem, nazywanym lutem lub lutowiem mającym temperaturę topnienia niższą od temperatury topnienia łączonych metali. Technika ta znana była już w starożytności. Artystycznie lutowane wyroby sztuki użytkowej wytwarzane ze złota, srebra, czy też brązu znajdowane są już w kulturze scytyjskiej, greckiej i starożytnego Rzymu.

Lutowania nie powinno się mylić ze zgrzewaniem sprowadzającym się do nagrzania krawędzi spajanych metali do temperatury bliskiej punktowi topnienia i zespoleniu ich za pomocą kucia bez dodatku lutu. Czy też ze spawaniem, które łączy ze sobą metale po doprowadzeniu krawędzi do stanu ciekłego i podaniu metalu dodatkowego.

Temperatura lutowania

Lutowanie prowadzi się w temperaturze wyższej od temperatury topnienia lutu, ale nie wyższej od temperatury topnienia łączonych części. Wówczas lut topi się a spajane części utrzymują cały czas stan stały. Ważne jest by lut i lutowane elementy osiągały temperaturę lutowania wyższą od temperatury topnienia lutu. W przeciwnej sytuacji mogą pojawić się wady połączenia. Powierzchnia spajanych metali w czasie lutowania nie stapia się. Trwałe połączenie zachodzi na wskutek występowania zjawiska adhezji6-1 oraz płytkiej dyfuzji6-2. Lut wnika między szczeliny części oraz mikropory lutowanego metalu, dzięki zwilżaniu powierzchni lutem. Zjawisko to w efekcie prowadzi do powstania metalicznych wiązań między lutowanymi elementami i lutem.

Aby dobrze zlutować

Warunkami niezbędnymi do uzyskania trwałego nierozłącznego scalenia ze sobą metalowych elementów jest spełnienie niżej opisanych warunków.

  • Zwilżenie przez stopiony lut powierzchni łączonych metali pozostających w stanie stałym.
  • Dokładne przyleganie do siebie lutu i lutownych metali. Pomiędzy metalami nie mogą się znajdować żadne tlenki tworzące powłokę oddzielającą je ani żadne inne zanieczyszczenia.
    Dlatego ważne jest staranne oczyszczenie powierzchni przed lutowaniem za pomocą skrobaka, pilnika i papieru ściernego ze wszelkich zabrudzeń i zatłuszczeń. Stosuje się także topniki, czyli związki chemiczne nazywane także lutówkami. Zapobiegają one powstawaniu powłoki tlenków, pomimo uprzedniego usunięcia ich metodami mechanicznymi. W czasie lutowania pojawia się ona ponownie, tym szybciej im wyższa jest temperatura lutowania. Lutówki mają za zadanie eliminowanie tlenków z powierzchni łączonych metali, a także przeciwdziałanie ich powstawaniu w trakcie lutowania.
  • Lut i lutowane metale muszą powodować powstanie stopu dyfuzyjnego, czyli cechować się skłonnością do przenikania. Powstanie takiego stopu rozpoczyna się w procesie lutowania, gdy to ciekły lut wnika w szczeliny lutowanego metalu i dyfunduje w jego głąb, rozpuszczając się w nim i równocześnie sam rozpuszcza spajany metal6-3.
  • Wykorzystuje się tu zjawisko dyfuzji – rozpuszczania się metali o wysokiej temperaturze topnienia w ciekłym metalu o znacznie niższej temperaturze topnienia. I tak np. miedź topi się w temperaturze 1084 oC i rozpuszcza się w roztopionej cynie o temperaturze topnienia tylko 232 oC, ale za to rozpuszcza nikiel o temperaturze topnienia 1455 oC. Żelazo o temperaturze topnienia 1538 oC rozpuszcza się w cynku o temperaturze topnienia 419 oC za to, samo rozpuszcza węgiel o temperaturze topnienia 3550 oC.

Rodzaje lutowania

Zależnie od temperatury topnienia lutu rozróżnia się;

  • lutowanie miękkie, wykonywane lutami o niskiej temperaturze topnienia nie wyższej niż 450 oC ,
  • lutowanie twarde, wykonywane lutami o temperaturze topnienia powyżej tej granicy.

Wytrzymałość połączeń lutowanych z metalem łączonym, dzięki zjawisku wnikania roztopionego lutu w głąb materiału, jest większa niż wytrzymałość samego lutu. Zaleca się by grubość warstwy lutu mieściła się w przedziale;

  • od 0,1 do 0,2 mm dla lutów miękkich,
  • od 0,01 do 0,1 mm dla lutów twardych.

Wówczas to uzyskuje się największą wytrzymałość połączenia. Lutowina dobrze przenosi tylko obciążenia ścinające a jej odporność na rozciąganie i zginanie jest nieduża.


6-1Adhezja inaczej przyleganie, polega na łączeniu się z sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych.

6-2Dyfuzja to proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w każdy ośrodku.

6-3Stop dyfuzyjny powstaje, gdy zachodzi zjawisko dyfuzji dwukierunkowej, tj. gdy lut rozpuszcza metal i równocześnie sam rozpuszcza się w nim.