Lutowanie stali węglowej i niskostopowej

1. Materiał lutowniczy

 (1)Lutowanie stali węglowej i niskostopowej obejmuje lutowanie miękkie i twarde.Szeroko 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 z dużą zawartością cyny.Warstwa związku międzymetalicznego Fesn2 może powstać na styku cyny i stali w lutowiu cynowo-ołowiowym.Aby uniknąć tworzenia się mieszanki w tej warstwie, należy odpowiednio kontrolować temperaturę lutowania i czas utrzymywania.Wytrzymałość na ścinanie złączy ze stali węglowej lutowanych kilkoma typowymi lutami cynowo-ołowiowymi przedstawiono w tabeli 1. Wśród nich wytrzymałość złącza lutowanego 50% w (SN) jest najwyższa, a wytrzymałość złącza lutowanego lutem bezantymonowym jest wyższa niż to z antymonem.

Tabela 1 Wytrzymałość na ścinanie połączeń ze stali węglowej lutowanych lutem cynowo-ołowiowym

Podczas lutowania twardego stali węglowej i niskostopowej stosuje się głównie luty miedziane, miedziano-cynkowe i srebrno-miedziowo-cynkowe.Czysta miedź ma wysoką temperaturę topnienia i łatwo utlenia się metal podstawowy podczas lutowania.Stosowany jest głównie do lutowania twardego w osłonie gazu oraz lutowania próżniowego.Należy jednak zauważyć, że szczelina między złączami lutowanymi powinna być mniejsza niż 0,05 mm, aby uniknąć problemu, że szczeliny złącza nie można wypełnić ze względu na dobrą płynność miedzi.Złącza ze stali węglowej i niskostopowej lutowane czystą miedzią mają wysoką wytrzymałość.Ogólnie wytrzymałość na ścinanie wynosi 150 ~ 215mpa, podczas gdy wytrzymałość na rozciąganie jest rozłożona między 170 ~ 340mpa.

W porównaniu z czystą miedzią temperatura topnienia lutowia miedziano-cynkowego obniża się z powodu dodatku Zn.Aby zapobiec parowaniu Zn podczas lutowania, z jednej strony do lutowia miedziowo-cynkowego można dodać niewielką ilość Si;Z drugiej strony należy stosować metody szybkiego nagrzewania, takie jak lutowanie płomieniowe, lutowanie indukcyjne i lutowanie zanurzeniowe.Połączenia stali węglowej i niskostopowej lutowane lutem miedziano-cynkowym mają dobrą wytrzymałość i plastyczność.Na przykład wytrzymałość na rozciąganie i ścinanie złączy ze stali węglowej lutowanych lutem b-cu62zn osiąga 420MPa i 290mpa.Temperatura topnienia lutu srebrno-miedziowego jest niższa niż lutu miedziano-cynkowego, co jest wygodne do spawania igłowego.Spoiwo to nadaje się do lutowania płomieniowego, indukcyjnego i piecowego stali węglowej i niskostopowej, przy czym podczas lutowania piecowego należy maksymalnie zmniejszyć zawartość Zn i zwiększyć szybkość nagrzewania.Lutowanie stali węglowej i stali niskostopowej z dodatkiem srebra miedziano-cynkowego umożliwia uzyskanie połączeń o dobrej wytrzymałości i plastyczności.Konkretne dane zestawiono w tabeli 2.

Tabela 2 wytrzymałość połączeń ze stali niskowęglowej lutowanych lutem srebrno-miedziowo-cynkowym

(2) Topnik: do lutowania stali węglowej i stali niskostopowej należy stosować topnik lub gaz osłonowy.Topnik jest zwykle określany przez wybrany spoiwo i metodę lutowania.Gdy stosuje się lut cynowo-ołowiowy, zmieszaną ciecz z chlorku cynku i chlorku amonu można stosować jako topnik lub inny specjalny topnik.Pozostałości tego topnika są na ogół silnie korozyjne, a złącze powinno być dokładnie oczyszczone po lutowaniu.

Do lutowania lutem miedziano-cynkowym należy wybrać topnik fb301 lub fb302, czyli boraks lub mieszaninę boraksu i kwasu borowego;W lutowaniu płomieniowym mieszanina boranu metylu i kwasu mrówkowego może być również stosowana jako topnik, w którym para B2O3 pełni funkcję usuwania filmu.

Gdy stosuje się spoiwo do lutowania twardego srebro-miedź-cynk, można wybrać topniki do lutowania twardego fb102, fb103 i fb104, to jest mieszaninę boraksu, kwasu borowego i niektórych fluorków.Pozostałości tego topnika są w pewnym stopniu żrące i należy je usunąć po lutowaniu.

2. Technologia lutowania twardego

Spawaną powierzchnię należy oczyścić metodami mechanicznymi lub chemicznymi, aby zapewnić całkowite usunięcie warstwy tlenku i materii organicznej.Oczyszczona powierzchnia nie powinna być zbyt szorstka i nie może przywierać do metalowych wiórów lub innych zabrudzeń.

Stal węglowa i stal niskostopowa mogą być lutowane różnymi popularnymi metodami lutowania.Podczas lutowania płomieniowego należy używać płomienia neutralnego lub lekko redukującego.Podczas pracy należy w miarę możliwości unikać bezpośredniego nagrzewania spoiwa i topnika płomieniem.Metody szybkiego nagrzewania, takie jak lutowanie indukcyjne i zanurzeniowe, są bardzo odpowiednie do lutowania stali hartowanej i odpuszczanej.Jednocześnie należy wybrać hartowanie lub lutowanie w temperaturze niższej niż odpuszczanie, aby zapobiec zmiękczeniu metalu podstawowego.Podczas lutowania stali niskostopowej o wysokiej wytrzymałości w atmosferze ochronnej wymagana jest nie tylko wysoka czystość gazu, ale także topnik gazowy zapewniający zwilżanie i rozprowadzanie lutu na powierzchni metalu podstawowego.

Pozostały topnik można usunąć metodami chemicznymi lub mechanicznymi.Pozostałości organicznego topnika do lutowania można przetrzeć lub wyczyścić benzyną, alkoholem, acetonem i innymi rozpuszczalnikami organicznymi;Pozostałości silnie żrących topników, takich jak chlorek cynku i chlorek amonu, należy najpierw zneutralizować w wodnym roztworze NaOH, a następnie wyczyścić gorącą i zimną wodą;Pozostałości topnika kwasu borowego i kwasu borowego są trudne do usunięcia i można je usunąć tylko metodami mechanicznymi lub długotrwałym zanurzeniem we wznoszącej się wodzie.