Technika lutownicza

Lutowanie jest najstarszym procesem spawalniczym. Jest to metoda łączenia materiałów zapewniająca połączenie o fizycznej ciągłości, wykonane spoiwem o temperaturze topnienia niższej niż temperatura topnienia materiałów łączonych. Materiały dodatkowe które są niezbędne w procesach lutowania to lut oraz topnik lutowniczy. Spoiwo do lutowania (lut) jest to metal lub stop metali przeznaczony do utworzenia lutowiny w procesie lutowania. Luty dzielą się na luty miękkie, o temperaturze topnienia nie przekraczającej 450°C oraz na luty twarde, o temperaturze topnienia powyżej 450°C. Warunkiem utworzenia lutowiny jest odpowiednia zwilżalność i rozpływność lutu, czyli zdolność roztopionego lutu do zwilżania materiału lutowanego oraz rozpływania się po tym materiale. Zasadniczą rolę w tym procesie spełnia topnik lutowniczy. Jest to substancja niemetaliczna, która w procesie lutowania zapewnia wymaganą zwilżalność i rozpływność lutu na materiale lutowanym, przez redukcję tlenków występujących na powierzchniach materiału lutowanego i lutu oraz zapobieganie ponownemu ich utlenianiu się.
W niektórych procesach lutowania rolę topnika spełniają odpowiednie atmosfery gazowe lub próżnia, a niekiedy bardzo aktywne odtleniacze zawarte w lucie. Przygotowanie elementów do lutowania powinno uwzględniać:

• ƒƒzapewnienie czystości metalicznej powierzchni stykowych złącza,
• ƒƒodpowiedni montaż elementów, połączony niekiedy z naniesieniem lutu i topnika.

Elementy łączone, należy bezpośrednio przed lutowaniem dokładnie oczyścić z warstwy tlenków, niemetalicznych powłok ochronnych, tłuszczu i brudu. Przeprowadza się to metodami mechanicznymi (szczotkowanie, piaskowanie, obróbka ścierna) lub chemicznymi (trawienie i odtłuszczanie).
Na oczyszczone elementy nakłada się lut i topnik. Lut układany jest przeważnie w postaci odpowiedniej kształtki bezpośrednio w szczelinie lutowniczej lub u jej wylotu. Topnik natomiast w postaci płynu lub pasty rozprowadza się po powierzchniach stykowych złącza oraz bezpośrednio przyległych do nich powierzchniach elementów, a także nakłada na kształtkę spoiwa.

Lutowanie stali węglowych i niskostopowych
Lutowanie twarde stali węglowych i niskostopowych realizowane jest najczęściej przy użyciu lutów miedzianych i mosiężnych, bardzo rzadko natomiast przy zastosowaniu lutów srebrnych (słaba zwilżalność) i brązowych. Trwałość chemiczna tlenków żelaza istniejących na powierzchni powyższych materiałów łączonych jest dość niska. Dlatego też przy lutowaniu tych materiałów spoiwami mosiężnymi stosuje się topniki na osnowie boraksu i kwasu bornego.
Lutowanie stali wysokostopowych
Wysokostopowe stale nierdzewne, żaroodporne i żarowytrzymałe należą do materiałów trudno lutowalnych. Lutowanie miękkie stosowane bywa tylko dla stali nierdzewnych. Jako lut stosuje się najczęściej czystą cynę lub spoiwa cynowo-ołowiowe o zawartości 30–60% Sn. Niezbędny jest również wysoko aktywny chemicznie topnik na osnowie chlorku cynku i kwasu solnego lub kwasu ortofosforowego. Lutowanie twarde nierdzewnych stali chromowo-niklowych (z uwagi na znaczną wrażliwość na korozję międzykrystaliczną i naprężeniową) oraz stali
chromowych (z uwagi na tworzenie trwałej chemicznie błonki tlenkowej (Cr2O3) w warunkach przegrzania), prowadzi się najczęściej przy użyciu stosunkowo niskotopliwych spoiw srebrnych typu Ag-Cu-Zn, Ag-Cu-Zn-Ni.
Lutowanie stali z powłokami metalicznymi
Do najpowszechniej stosowanych powłok metalicznych chroniących stal przed korozją należą powłoki cynowe i kadmowe. Do lutowania stali ocynkowanych i kadmowanych stosuje się spoiwa cynowo-ołowiowe (40–60% Sn) lub zapewniające nieco wyższe własności mechaniczne połączeń spoiwa ołowiowo-kadmowe lub kadmowo-cynkowe.
Lutowanie węglików spiekanych i stali szybkotnących
W przypadku lutowania płytek z węglików spiekanych podstawowy problem technologiczny stanowi kompensacja naprężeń cieplnych w lutowinie, wynikająca z dużego zróżnicowania współczynników rozszerzalności cieplnej spieku i stali, a także ochrona spieku przed nadmiernym wskrośnym utlenianiem. W celu kompensacji powyższych naprężeń w odpowiedzialnych narzędziach o większych wymiarach stosuje się specjalne wkładki pośredniczące z folii lub siatki. Produkowane są również wkładki kompensacyjne platerowane obustronnie spoiwem. Do lutowania spieków ze stalowymi korpusami narzędzi, stosowane są najczęściej luty mosiężne oraz srebrne z niklem względnie manganem lub luty srebrne z przekładką miedzianą oraz topniki boraksowo- fluorkowe.

Lutowanie żeliwa
Lutowanie żeliw wykonuje się najczęściej przy naprawach odlewów. Do lutowania miękkiego tych materiałów stosuje się luty cynowo-ołowiowe o stosunkowo wysokiej zawartości cyny lub czystą cynę. Z uwagi na wrażliwość żeliw na przegrzanie (możliwość wydzielania się kruchego cementytu przy chłodzeniu) stosuje się niskotopliwe luty mosiężne i srebrne, często z dodatkiem niklu.
Lutowanie miedzi i jej stopów
Do lutowania miękkiego miedzi można stosować wszystkie gatunki lutów cynowo-ołowiowych, spoiwa ołowiowo-srebrne, ołowiowo-kadmowe, kadmowo-cynowe, stopy niskotopliwe itp. oraz topniki aktywne na osnowie chlorku cynku lub topniki niekorozyjne – kalafoniowe i niskokorozyjne – aktywowane. Do lutowania twardego miedzi można stosować spoiwa mosiężne, srebrne i miedziano-fosforowe. W przypadku tych ostatnich możliwe jest lutowanie beztopnikowe, gdyż zawarty w nich fosfor spełnia rolę topnika odtleniając miedź. Nieco trudniej lutowalne od czystej miedzi są jej stopy z cynkiem – mosiądze. Lutowanie miękkie tych stopów przeprowadza się podobnie jak lutowanie miedzi. Nie należy jednak stosować do tego celu spoiw z antymonem wywołującym kruchość połączeń (antymon tworzy z cynkiem kruche fazy). Przy lutowaniu twardym mosiądzu stosuje się te same spoiwa (za wyjątkiem oczywiście lutów mosiężnych) jak przy lutowaniu miedzi.
Lutowanie niklu i jego stopów
Do lutowania miękkiego niklu i jego stopów zaleca się stosowanie spoiw cynowo-ołowiowych o zawartości 40–60% Sn oraz topników takich, jak do lutowania stali. Dzięki stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia niklu i jego stopów, do lutowania można stosować prawie wszystkie luty twarde, za wyjątkiem stopów zawierających fosfor, aluminium i magnez powodujących znaczną kruchość lutowin. Szczególnie dobre własności połączeń można uzyskać stosując spoiwa miedziane, mosiężne, niskotopliwe srebrne (z krzemem lub cyną) oraz żaroodporne luty niklowe i palladowe.
Lutowanie aluminium i miedzi z aluminium
Do lutowania aluminium i jego stopów stosuje się spoiwo aluminiowe z dodatkiem krzemu (AlSi12) oraz odpowiedni topnik. Istnieją także możliwości połączenia miedzi ze stopami aluminium za pomocą lutu cynkowego z niewielką zawartością Al (AlZn98).