Co to jest spajanie metali? (cz. 2)

pierwszej części artykułu dowiedziałeś się, czym jest spajanie metali. Poznałeś najważniejsze tryby jego najbardziej rozbudowanej odmiany, czyli spawania. Teraz przyszedł czas na kilka słów o kolejnych sposobach łączenia materiałów, głównie lutowaniu.

Jedną z najpopularniejszych technik trwałego łączenia metali jest lutowanie. Wykorzystuje się je w bardzo wielu dziedzinach: od przemysłu (np. elektronicznego i maszynowego) po rzemiosło artystyczne. Urządzenie służące do lutowania, a także procesu odwrotnego – rozlutowywania, to najczęściej lutownica. Zależnie od metody stosuje się również inny sprzęt, np. w lutowaniu piecowym, kąpielowym i indukcyjnym.

Stacja lutownicza Stamos Soldering z akcesoriami

Na czym polega lutowanie?

Aby połączyć elementy za pomocą omawianego sposobu musi zostać użyta nie tylko lutownica, ale również spoiwo, czyli lut. Wykonanie złącza składa się z trzech etapów:

• Wprowadzenia lutu do szczeliny
• Podgrzania szczeliny
• Napełnienia szczeliny roztopionym spoiwem

Podczas procesu lutowania metal nie topi się. Łączy się on z ciekłym lutem dzięki zjawisku dyfuzji.

Lutowanie zwykle dzieli się na dwa rodzaje:

• Miękkie – w którym temperatura topienia lutu sięga ok. 450 °C. Zalety tej metody to szczelność połączenia oraz jego dobra przewodność elektryczna (konduktancja). Jako luty miękkie wykorzystuje się stopy cyny i antymonu. Ich temperatura topienia obejmuje zakres od 180 do 300 °C.

• Twarde – jest metodą, w której wykorzystuje się spoiwa o temperaturze topienia wynoszącej 450 – 1100 °C. Ten rodzaj spajania charakteryzuje się wysoką wytrzymałością połączenia. Porównuje się ją z wytrzymałością łączonych komponentów. Jako spoiwo, w lutowaniu twardym, stosuje się np. stopy miedzi, aluminium, niklu, palladu i inne.

Fragment płytki PCB

Topnik lutowniczy – zastosowanie

Aby właściwie przeprowadzić proces lutowania, należy użyć specjalnej substancji, jaką jest topnik (odtleniacz). Dzięki niemu na łączonej powierzchni zostaje rozpuszczona warstwa tlenków, a obrabiany element nie utlenia się. Ponadto topnik ułatwia roztapianie stopu lutowniczego oraz zmniejsza napięcie powierzchniowe, co zapewnia lepszą zwilżalność powierzchni przez spoiwo. Odtleniacze, wspomagające spajanie lutownicą, są dostępne na rynku m.in. w formie pasty i żelu. Ogólny podział obejmuje:

• Topniki chemicznie czynne – wywołują korozję, np. chlorek cynku
• Topniki chemicznie biernie – nie powodują korozji, np. kalafonia

Ze względu na możliwość korozji, należy po zakończeniu lutowania usunąć pozostałości topnika. Zwykle wystarczy do tego celu np. rozpuszczalnik lub izopropanol.

Klejenie i zgrzewanie

Kolejnym sposobem łączenia materiałów (w tym metali) jest klejenie. Wykorzystuje się do niego substancję powierzchniowo czynną, która zwiększa zjawisko adhezji (łączenia się powierzchniowych warstw ciał fizycznych) – czyli klej. Klejenie nie wymaga specjalnych kwalifikacji i nie należy do czynności trudnych. Sprawdza się w pracy z materiałami nienadającymi się do lutowania bądź z trudnymi w lutowaniu. Tego rodzaju spajanie umożliwia wykonanie korekty dzięki elastyczności połączenia.

Sklejanie paneli podłogowych

Zgrzewanie, w przeciwieństwie do innych technik, nie wymaga użycia dodatkowego materiału. Aby stworzyć spoinę, należy rozgrzać do stanu plastycznego stykające się powierzchnie, a następnie je docisnąć. Istnieją jednak różne rodzaje zgrzewania i niekiedy kolejność tych dwóch czynności jest odwrotna. Do łączenia metali najczęściej stosuje się zgrzewanie elektryczne oporowe.

Spajanie obejmuje następujące metody: spawanie, lutowanie, zgrzewanie i klejenie. Dwie pierwsze są najbardziej rozbudowane. Wymagają użycia takiego sprzętu jak spawarka albo lutownica. W zależności od m.in. materiału i warunków pracy (w pomieszczeniu lub na zewnątrz) należy dobrać odpowiedni tryb spawania: MMA, SAW, MIG MAG, FCAW albo TIG. Lutowanie to sposób łączenia materiałów, który także dzieli się na osobne gałęzie. Miękkie i twarde różni się temperaturą topienia lutu. Klejenie, z pozoru nieskomplikowane, daje szeroki wachlarz możliwości wyboru rodzaju kleju. Jedyną metodą spajania, gdzie nie ma potrzeby użycia substancji dodatkowej, jest zgrzewanie.

Przeczytaj też pierwszą część artykułu i poznaj rodzaje spawania elektrycznego.