Lutowanie – dobór lutu i topnika

Jako że nieustannie powracają do mnie pytania dotyczące odpowiedniego przygotowania połączenia lutowanego oraz doboru najkorzystniejszego lutu i topnika do lutowania poszczególnych materiałów konstrukcyjnych, postaram się w niniejszym artykule jeszcze raz podać podstawowe zasady.

Nieprzestrzeganie zasad odpowiedniego przygotowania połączenia lutowanego oraz doboru najkorzystniejszego lutu i topnika do lutowania kończy się zawsze niekorzystnie, narażając nas na koszty i niepotrzebną frustrację.

Dwa typy

Generalnie istnieją dwa typy połączeń lutowanych: połączenie zakładkowe oraz połączenie doczołowe (rys. 1).

Podstawowe typy połączeń: doczołowe (a), zakładkowe (b).

Wybór typu połączenia będzie zawsze zależał od wymagań stawianych połączeniom lutowanym oraz od kształtu lutowanych elementów. Przy czym już intuicja podpowiada nam, że połączenie doczołowe będzie wykazywało małą wytrzymałość, zbliżoną do wytrzymałości na rozciąganie użytego lutu. Takie połączenia mogą pełnić jedynie funkcje montażowe lub uszczelniające, choć i to w przypadku występowania porowatości lutowiny może nie być zapewnione.

Dlatego też z reguły połączenia lutowane powinny być projektowane jako połączenia zakładkowe, tzn. złącze lutowane powinno być ścinane, a nie rozciągane. Zresztą czytając etykietę lutów, zauważymy, że podana wartość wytrzymałości lutu to wytrzymałość na ścinanie Rt. Wielkość zakładki zapewniającej wytrzymałość połączenia lutowanego równą wytrzymałości elementu o mniejszym przekroju lub mniejszej wytrzymałości możemy policzyć ze wzoru:

l = Am * Rm/(bz * Rt)

gdzie:

Am – najmniejszy przekrój poprzeczny lutowanego elementu,

Rm – wytrzymałość na rozciąganie materiału lutowanego,

bz – szerokość zakładki,

Rt – wytrzymałość na ścinanie lutu.

W praktyce warsztatowej przyjmuje się dla uproszczenia, że szerokość zakładki powinna wynosić 3 – 5 grubości cieńszego elementu. Schematycznie prawidłowo i nieprawidłowo zaprojektowane połączenia lutowane obciążone mechanicznie przedstawiono na rys. 2.

Przykłady prawidłowych i nieprawidłowych konstrukcji lutowanych połączeń części poddanych różnym rodzajom obciążeń

Połączenia rurowe zostały pominięte, ponieważ jest sprawą jasną, że muszą to być połączenia kielichowe, mufowe, teleskopowe, nasadkowe lub z nakładką pierścieniową, a wykonanie złącza doczołowego, jak najbardziej nieprawidłowego z punktu widzenia wytrzymałości oraz szczelności, jest w zasadzie trudne do zrealizowania.

Szerokość szczeliny

Istotnym parametrem połączenia lutowanego determinującego ostateczną jego wytrzymałość jest szerokość szczeliny lutowniczej (szczeliny pomiędzy łączonymi elementami). Musimy pamiętać o tym, że o wypełnieniu całej szczeliny lutowniczej ciekłym lutem decydują siły kapilarne. Te z kolei są tym większe, im szczelina lutownicza jest mniejsza. Jednak zbyt mała szczelina lutownicza może powodować niezupełne jej wypełnienie ciekłym lutem oraz znaczne obszary, z których lut nie zdołał wyprzeć topnika. Na podstawie wieloletniego doświadczenia opracowano wytyczne dotyczące zalecanej szerokości szczeliny lutowniczej w zależności od rodzaju łączonych materiałów oraz użytego lutu. W tabeli 1 przedstawiono optymalne zakresy szczeliny lutowniczej dla najczęściej wykonywanych połączeń lutowanych.

optymalne zakresy szczeliny lutowniczej dla najczęściej wykonywanych połączeń lutowanych

Jaki lut, jaki topnik?

No i w końcu pora na najczęściej zadawane pytanie, czyli jaki lut i jaki topnik należy zastosować do danego materiału lutowanego. Sprawa nie jest całkiem prosta i jednoznaczna, ale postaram się zestawić najczęściej lutowane elementy w połączeniach jednoimiennych (z tego samego materiału) oraz mieszanych. W tabeli 2 przedstawiono w dużym uproszczeniu, jakiego lutu i topnika należy użyć do wykonania połączenia z różnych i tych samych materiałów. Podano oznaczenie lutów wg głównego składnika lutu. Jeśli chodzi o topniki, to w tablicy podano główny składnik topnika, natomiast nie podano oznaczenia wg aktualnych norm, gdyż ich oznaczenia niewiele by nam mówiły.

jakiego lutu i topnika należy użyć do wykonania połączenia z różnych i tych samych materiałów

Czystość i temperatura

Zawsze należy bezwzględnie pamiętać o tym, że dobór nawet najodpowiedniejszego dla danego układu materiałowego lutu oraz topnika nie zagwarantuje nam otrzymania połączenia lutowanego o odpowiedniej jakości, jeśli nie będziemy przestrzegali innych podstawowych zasad. Pierwszą z nich jest zapewnienie metalicznej czystości powierzchni elementów lutowanych. Drugą jest zapewnienie odpowiednio wysokiej temperatury elementu lutowanego, która powinna wynosić ok. 30 – 50ºC więcej od temperatury topnienia stosowanego lutu. Pamiętamy również o tym, że lut zawsze topimy ciepłem materiału lutowanego (poprzez dotyk), a nigdy płomieniem podgrzewającym elementy do lutowania.

dr inż. Maciej Różański

Literatura:

1. Ciszewski A., Radomski T., „Obróbka oraz łączenie tytanu i jego stopów”, WNT, Warszawa 1984.

2. Praca zbiorowa, „Brazing Handbook”, AWS, Miami 1991.



Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Dowiedz się więcej o NOWYCH KOTŁACH SAS w klasie 5 EFEKT i BIO EFEKT

Zaloguj się

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij