Lutowanie twarde i miękkie - proces lutowania, co to jest, rodzaje

Lutowanie jest procesem trwałego łączenia metali poprzez dodanie stopu lutowniczego, który topi się poniżej  450° C (lutowanie miękkie) lub powyżej tej temperatury (lutowanie twarde), przy oddziaływaniu efektu kapilarnego. Efekt ten jest opisywany jako siła, dzięki której szczelina lutownicza jest wypełniana przez płynny lut. Lutowanie kapilarne cechuje większa wytrzymałość złącza. Główną zaletą podziału na lutowanie miękkie i twarde jest możliwość łączenia materiałów o różnej temperaturze topnienia i grubości. Równocześnie – dzięki stosunkowo niskiej temperaturze procesu – zostają zachowane geometryczne i fizyczne właściwości materiału.

Proces lutowania związany jest z pojęciem ciśnienia kapilarnego (kapilarności), która zapewnia wypełnienie szczeliny lutowniczej przez stopiony lut na wymaganej głębokości. W celu prawidłowego wypełnienia szczeliny powinny zostać rozważone zarówno właściwości materiału podstawowego, jak i stopu lutowniczego. Odpowiednia wielkość szczeliny lutowniczej musi być zachowana przy danej temperaturze lutowania, a nie tylko na montażu.

Zalety i możliwości lutowania

Do wielu zalet metody lutowania, które przekładają się na jej powszechne stosowanie w wielu gałęziach przemysłu, należą:

• szeroki zakres temperatur procesu,
• zróżnicowane spoiwa lutownicze, które umożliwiają uzyskanie połączeń o określonych właściwościach,
• możliwość łączenia większości materiałów jednoimiennych jak i różnoimiennych,
• możliwość uzyskiwania połączeń o wysokiej estetyce,
• możliwość uzyskiwania połączeń o wytrzymałości  równej lub większej od wytrzymałości łączonych materiałów,
• możliwość wykonywania konstrukcji złożonych z wielu połączeń w ramach jednej operacji,
• łatwość i prostota automatyzacji,
• możliwość wytwarzania złożonych konstrukcji,
• możliwość łączenia metali ze szkłem, porcelaną i ceramiką,
• duża ekonomiczność procesu,
• możliwość łączenia materiałów trudno zwilżalnych.

Niezgodności lutownicze

Połączenia lutowane, jak każde, mają swoje wady i zalety. Brak wiedzy jak lutować lub niewłaściwe materiały do lutowania mogą skutkować powstaniem niezgodności. Najczęściej występujące niezgodności (wady lutowania) to:

• zimne luty (zbyt niskie podgrzanie lutowanych elementów),
• nieprawidłowy kształt złącza, błędny montaż,
• porowatość lutowiny w wyniku jej przegrzania,
• zanieczyszczenie złącza topnikiem,
• brak wypełnienia szczeliny lutem lub nadmiar lutu,
• błędny dobór spoiwa, topnika i metody lutowania.

Etapy procesu lutowania

Proces lutowania materiałów wymaga:

• ukształtowania i oczyszczenia powierzchni łączonych części,
• nagrzania ich do temperatury wyższej o 30-50 st. C od temperaturze topnienia lutu,
• nałożenia topnika, roztopienia lutu i wprowadzenia go między łączone powierzchnie,
• wzajemnej adhezji i dyfuzji,
• skrzepnięcia i ochłodzenia lutowiny.

W praktyce poszczególne etapy lutowania przeważnie się zazębiają, a niekiedy niektóre z nich przebiegają równocześnie (np. nagrzewanie części i topienie lutu).

Trwałość lutowanego połączenia w dużym stopniu zależy od przylegania lutu do połączonych powierzchni, co z kolei jest uzależnione od zdolności zwilżania, tj. zdolności pokrywania powierzchni lutowanych części cienką, równomierną i nieprzerwaną powłoką ciekłego spoiwa. Warunkiem zwilżania jest, by siły przyciągania między cząsteczkami ciekłego lutu a cząsteczkami lutowanych metali (zw. siłami adhezji) były większe od sił spójności pomiędzy cząsteczkami ciekłego lutu (zw. siłami kohezji). Jak widać, lutowanie miękkie (luty miękkie) i lutowanie twarde , to procesy, których przeprowadzenie wymaga dużej wiedzy specjalistycznej.

Firma Lut-Spaw od 1993 roku zajmuje się sprzedażą materiałów i akcesoriów do lutowania oraz służy doradztwem technicznym w tym zakresie. W ofercie posiada m.in. luty srebrne i alternatywne do tradycyjnego procesu lutowania pasty do lutowania.