1. Materiał lutowniczy
(1)Lutowanie twarde stali węglowej i stali niskostopowej obejmuje lutowanie miękkie i twarde. Powszechnie stosowanym lutem w lutowaniu miękkim jest lut cynowo-ołowiowy. Zwilżalność tego lutu do stali wzrasta wraz ze wzrostem zawartości cyny, dlatego do uszczelniania połączeń należy stosować lut o wysokiej zawartości cyny. W lutach cynowo-ołowiowych na styku cyny i stali może tworzyć się warstwa związku międzymetalicznego Fesn2. Aby uniknąć tworzenia się związku w tej warstwie, należy odpowiednio kontrolować temperaturę lutowania i czas trzymania. Wytrzymałość na ścinanie połączeń stali węglowej lutowanych kilkoma typowymi lutami cynowo-ołowiowymi przedstawiono w tabeli 1. Spośród nich, wytrzymałość połączenia lutowanego lutem o zawartości 50% (SN) jest najwyższa, a wytrzymałość połączenia spawanego lutem bez antymonu jest wyższa niż w przypadku antymonu.
Tabela 1 Wytrzymałość na ścinanie połączeń ze stali węglowej lutowanych lutem cynowo-ołowiowym
Do lutowania twardego stali węglowej i stali niskostopowej stosuje się głównie spoiwa z czystej miedzi, miedzi z cynkiem oraz miedzi z cynkiem i srebrem. Czysta miedź ma wysoką temperaturę topnienia i łatwo utlenia metal bazowy podczas lutowania. Jest ona stosowana głównie do lutowania w osłonie gazów ochronnych i próżniowego. Należy jednak pamiętać, że szczelina między lutowanymi połączeniami powinna być mniejsza niż 0,05 mm, aby uniknąć problemu braku wypełnienia szczeliny ze względu na dobrą płynność miedzi. Połączenia ze stali węglowej i stali niskostopowej lutowane czystą miedzią charakteryzują się wysoką wytrzymałością. Wytrzymałość na ścinanie wynosi zazwyczaj 150–215 MPa, a wytrzymałość na rozciąganie waha się w granicach 170–340 MPa.
W porównaniu z czystą miedzią, temperatura topnienia lutu miedziowo-cynkowego obniża się ze względu na dodatek Zn. Aby zapobiec parowaniu Zn podczas lutowania, z jednej strony, do lutu miedziowo-cynkowego można dodać niewielką ilość Si; z drugiej strony, konieczne jest zastosowanie szybkich metod nagrzewania, takich jak lutowanie płomieniowe, indukcyjne i zanurzeniowe. Połączenia stali węglowej i stali niskostopowej lutowane spoiwem miedziowo-cynkowym charakteryzują się dobrą wytrzymałością i plastycznością. Na przykład, wytrzymałość na rozciąganie i ścinanie połączeń stali węglowej lutowanych lutem b-cu62zn osiągają 420 MPa i 290 MPa. Temperatura topnienia lutu miedziowo-srebrowego jest niższa niż lutu miedziowo-cynkowego, co ułatwia spawanie igłowe. Ten spoiwo nadaje się do lutowania płomieniowego, indukcyjnego i piecowego stali węglowej i stali niskostopowej, ale zawartość Zn powinna być jak najbardziej zredukowana podczas lutowania piecowego, a szybkość nagrzewania powinna być zwiększona. Lutowanie stali węglowej i stali niskostopowej spoiwem srebrno-miedziano-cynkowym pozwala uzyskać połączenia o dobrej wytrzymałości i plastyczności. Szczegółowe dane podano w tabeli 2.
Tabela 2 Wytrzymałość połączeń stali niskowęglowej lutowanych lutem srebrno-miedziano-cynkowym
(2) Topnik: do lutowania stali węglowej i niskostopowej należy stosować topnik lub gaz osłonowy. Topnik jest zazwyczaj dobierany na podstawie wybranego spoiwa i metody lutowania. W przypadku lutu cynowo-ołowiowego, jako topnik lub inny specjalny topnik można użyć mieszaniny chlorku cynku i chlorku amonu. Pozostałości tego topnika są zazwyczaj silnie korozyjne, dlatego złącze należy dokładnie oczyścić po lutowaniu.
Do lutowania twardego z użyciem spoiwa miedziowo-cynkowego należy wybrać topnik fb301 lub fb302, czyli boraks lub mieszaninę boraksu i kwasu borowego. W przypadku lutowania płomieniowego jako topnik można również stosować mieszaninę boranu metylu i kwasu mrówkowego, w którym para B2O3 usuwa warstwę lutu.
W przypadku lutowania spoiwem srebrno-miedziano-cynkowym można wybrać topniki FB102, FB103 i FB104, czyli mieszaninę boraksu, kwasu borowego i fluorków. Pozostałości tego topnika są w pewnym stopniu korozyjne i należy je usunąć po lutowaniu.
2. Technologia lutowania
Powierzchnię przeznaczoną do spawania należy oczyścić metodami mechanicznymi lub chemicznymi, aby zapewnić całkowite usunięcie warstwy tlenków i substancji organicznych. Oczyszczona powierzchnia nie powinna być zbyt szorstka i nie powinna przylegać do niej wiórów metalowych ani innych zanieczyszczeń.
Stal węglową i stal niskostopową można lutować różnymi, powszechnie stosowanymi metodami. Podczas lutowania płomieniowego należy stosować płomień neutralny lub lekko redukujący. Podczas pracy należy w miarę możliwości unikać bezpośredniego nagrzewania spoiwa i topnika płomieniem. Szybkie metody nagrzewania, takie jak lutowanie indukcyjne i lutowanie zanurzeniowe, doskonale nadają się do lutowania stali hartowanej i odpuszczanej. Jednocześnie, aby zapobiec zmiękczeniu metalu bazowego, należy wybierać hartowanie lub lutowanie w temperaturze niższej niż odpuszczanie. Podczas lutowania stali niskostopowej o wysokiej wytrzymałości w atmosferze ochronnej, wymagany jest nie tylko gaz o wysokiej czystości, ale również topnik gazowy, aby zapewnić zwilżenie i rozprowadzenie spoiwa na powierzchni metalu bazowego.
Pozostałości topnika można usunąć metodami chemicznymi lub mechanicznymi. Pozostałości organicznego topnika lutowniczego można zetrzeć lub oczyścić benzyną, alkoholem, acetonem i innymi rozpuszczalnikami organicznymi. Pozostałości silnie korozyjnych topników, takich jak chlorek cynku i chlorek amonu, należy najpierw zneutralizować wodnym roztworem NaOH, a następnie oczyścić gorącą i zimną wodą. Pozostałości kwasu borowego i topnika z kwasem borowym są trudne do usunięcia i można je usunąć jedynie metodami mechanicznymi lub poprzez długotrwałe zanurzenie w podnoszącej się wodzie.
Czas publikacji: 13 czerwca 2022 r.