Lutowanie mosiądzem w produkcji przemysłowej ? jak uzyskać trwałe i szczelne złącze?

Lutowanie mosiądzem to sprawdzony sposób łączenia stali, żeliwa, miedzi i jej stopów. Stosuje się je w instalacjach, ramach, elementach hydrauliki i zespołach narażonych na ciśnienie. W pojedynczych naprawach metoda wybacza wiele błędów. W produkcji seryjnej każde odstępstwo od procesu oznacza jednak nieszczelne złącza i reklamacje.

Czym jest lutowanie mosiądzem?

To odmiana lutowania twardego, w której spoiwem jest stop miedzi i cynku, czyli mosiądz. Spoiwo topi się w temperaturze niższej niż materiał rodzimy. W stanie ciekłym wnika w szczelinę między dopasowanymi elementami dzięki zjawisku kapilarności, a po zastygnięciu trwale je łączy.

Materiał rodzimy nie ulega stopieniu. To podstawowa różnica w porównaniu ze spawaniem, dzięki której detal ma mniej odkształceń i można łączyć różne metale.

Przygotowanie powierzchni ? fundament szczelnego złącza

Ciekłe spoiwo zwilża wyłącznie czysty metal. Tłuszcz, olej po obróbce, rdza, zgorzelina czy farba tworzą barierę, przez którą lut nie wpłynie w szczelinę. Przygotowanie obejmuje zwykle:

• odtłuszczanie: chemiczne lub w myjkach przemysłowych,

• usunięcie tlenków: mechanicznie, np. szczotkowaniem lub śrutowaniem, albo chemicznie przez trawienie,

• ochronę przed ponownym zanieczyszczeniem: czas między czyszczeniem a lutowaniem powinien być możliwie krótki.

Dobór spoiwa i topnika

Spoiwa mosiężne różnią się składem, m.in. zawartością cynku oraz dodatkami krzemu, cyny czy manganu. Dodatki wpływają na płynność, temperaturę pracy i wytrzymałość złącza. Dobór zależy od łączonych materiałów, wymaganej wytrzymałości i warunków pracy.

Przy lutowaniu płomieniowym i indukcyjnym niezbędny jest topnik. Rozpuszcza tlenki, chroni powierzchnię przed utlenianiem podczas nagrzewania i ułatwia rozpływanie się spoiwa. Topnik trzeba dobrać do zakresu temperatur spoiwa, a po lutowaniu dokładnie usunąć jego pozostałości.

Zwilżalność i szczelina lutownicza

O jakości złącza w dużej mierze decyduje szczelina lutownicza. Zbyt mała utrudnia wnikanie spoiwa. Zbyt duża osłabia działanie kapilarne i sprzyja powstawaniu pustek.

Dla optymalnego działania kapilarnego zaleca się szczeliny rzędu 0,03?0,08 mm. Wymaga to precyzyjnego dopasowania elementów już na etapie projektowania i obróbki. Równie ważna jest zwilżalność, czyli zdolność ciekłego spoiwa do rozpływania się po powierzchni. Zależy ona od czystości, temperatury i właściwego działania topnika.

Więcej informacji o technologiach lutowania stosowanych w przemyśle znajduje się pod adresem: https://surfacetechnologies.curtisswright.com/pl/%C5%82%C4%85czenie-metali/lutowanie.

Atmosfera i metoda nagrzewania

Spoiwa mosiężne zawierają cynk, który w wysokiej temperaturze łatwo odparowuje. Dlatego stosuje się je głównie przy lutowaniu płomieniowym i indukcyjnym z topnikiem, gdzie czas nagrzewania jest krótki i dobrze kontrolowany.

W procesach piecowych, w atmosferze ochronnej lub w próżni, częściej wybiera się spoiwa miedziane lub niklowe. Przy przegrzaniu mosiądzu cynk odparowuje, pojawia się biały nalot tlenku cynku, a w złączu powstają pory.

Typowe wady złączy lutowanych mosiądzem

Najczęściej spotykane niezgodności to:

• niepełne wypełnienie szczeliny: efekt zanieczyszczeń, złej szczeliny lub zbyt niskiej temperatury,

• porowatość: wynik przegrzania i odparowania cynku lub uwięzienia topnika,

• wtrącenia topnika: mogą prowadzić do korozji i nieszczelności,

• erozja materiału rodzimego: przy zbyt długim nagrzewaniu,

• pęknięcia: spowodowane naprężeniami przy nierównomiernym nagrzewaniu lub chłodzeniu.

Kontrola szczelności i jakości w produkcji seryjnej

W produkcji seryjnej kontrola obejmuje zarówno gotowe złącza, jak i sam proces. Stosuje się:

• kontrolę wizualną: ciągłość wypływki spoiwa po obu stronach złącza,

• próby szczelności: ciśnieniowe, pęcherzykowe lub helowe, zależnie od wymagań,

• badania niszczące próbek: zgłady metalograficzne pokazujące stopień wypełnienia szczeliny,

• monitorowanie parametrów: temperatury, czasu nagrzewania, ilości spoiwa i topnika.

Podsumowanie

Trwałe i szczelne złącze lutowane mosiądzem to efekt kilku elementów: czystej powierzchni, właściwej szczeliny, dobrze dobranego spoiwa i topnika oraz kontrolowanego nagrzewania.