Uzyskanie optymalnej wytrzymałości w lutowanym złączu: 6 kroków

Aby uzyskać optymalną wytrzymałość w lutowanym złączu, zwykle przestrzegane są następujące etapy: 1. Projekt złącza 2. Czyszczenie łączników 3. Wybór strumienia 4. Wybór procesu lutowania 5. Po czyszczeniu i przeglądzie 6. Ogrzewanie Leczenie lutowanych komponentów.

Krok 1. Wspólny projekt:

Dwa główne rodzaje połączeń stosowanych do lutowania to LAP JOINT i BUTT JOINT. Zazwyczaj połączenia zakładkowe są poddawane obciążeniom ścinającym, podczas gdy złącza stykowe poddawane są obciążeniu rozciągającemu lub ściskającemu. Złącze SCARF jest czasami wybierane na podstawie wymagań serwisowych, takich jak wytrzymałość mechaniczna, szczelność i przewodnictwo elektryczne, a także na temat procesu lutowania, jakie należy zastosować, technik wytwarzania i liczby połączeń, które mają być wytwarzane.

Złącze kolankowe jest stosowane tam, gdzie siła jest najważniejsza. Takie połączenie może być zaprojektowane w celu zapewnienia wystarczającej powierzchni lutowania, aby uzyskać wytrzymałość połączenia równą wytrzymałości metalu macierzystego. Aby osiągnąć maksymalną wydajność połączenia, nakładanie się trzech wapieni wymaga grubości najcieńszego elementu. Zakładki większe niż to prowadzi do złych połączeń ze względu na niewystarczającą penetrację i włączanie itp.

Złącze zakładkowe jest również zalecane, gdy wymagana jest szczelność i dobre przewodnictwo elektryczne. Złącza okrążeń mają jednak tendencję do niezrównoważenia, co prowadzi do koncentracji naprężeń i niekorzystnie wpływa na wytrzymałość stawów. Należy dołożyć wszelkich starań, aby zapewnić zrównoważone połączenie zakładkowe, umożliwiające prawidłowe przenoszenie ładunku.

Złącze doczołowe może zapewnić gładkie połączenie o minimalnej grubości, jednak ponieważ zapewnia ograniczoną powierzchnię do lutowania twardego, a ponieważ wytrzymałość materiału wypełniającego jest zwykle mniejsza niż wytrzymałość metalu macierzystego, złącze stykowe nie zapewni 100 % Wspólna sprawność.

Szalik szalkowy to kompromis pomiędzy łączeniem zakładkowym a stawem czołowym, dzięki któremu można zachować gładki kontur złącza doczołowego, a jednocześnie zapewnić duży obszar połączenia stawu biodrowego. Zarówno połączenia szaliowe, jak i stykowe, wykonane prawidłowo ze stopów lutowniczych ze srebra są znacznie mocniejsze niż materiał podstawowy. Niestety, połączenia szalikowe są trudniejsze do utrzymania w wyrównaniu niż połączenia kwadratowe lub biodrowe.

Wspólne rozliczenie:

Odstęp między połączeniami a wytrzymałością na ścinanie połączeń lutowanych. Przerwa międzyzębna to odległość między powierzchniami. Jeśli szczelina wspólnego jest zbyt mała, nie pozwoli to na działanie kapilarne powodujące równomierny przepływ metalu wypełniacza w całym obszarze połączenia.

Jeśli jest zbyt duży, metal wypełniający może nie przepływać przez złącze, czego skutkiem jest lutowane złącze o niskiej wytrzymałości. Tam, gdzie wymagane są strumienie, stosowane odstępy są zwykle większe i mogą wynosić od 0-025 do 0 0635 mm. Dla dowolnej kombinacji metali macierzystych i wypełniacza, istnieje optymalny luz między połączeniami, jak wskazuje krzywa na ryc. 17.7.

Rys. 17.7 Prześwit między połączeniami a wytrzymałością na ścinanie połączeń lutowanych

Kiedy dla połączenia jeden element otacza drugi, tak jak w rurach teleskopowych, a człon wewnętrzny ma wyższy współczynnik rozszerzalności niż odstęp zostanie zmniejszony wraz ze wzrostem temperatury. W takim przypadku należy zastosować maksymalny dopuszczalny luz. Ponadto, podczas chłodzenia, człon wewnętrzny będzie się zaciskał, co może prowadzić do pęknięcia; dlatego ważne jest, aby wybrać odpowiedni materiał wypełniacza, tj. taki, który ma długi zakres temperatur między solidusem a likwidusem, mający powolny przepływ, tak aby mógł on łączyć duże szczeliny i zachowywać wystarczającą wytrzymałość, aby zapobiec pękaniu podczas chłodzenia.

Krok # 2. Czyszczenie wspólnych ścian:

W przypadku mocnych połączeń wysokiej jakości łączone części muszą być oczyszczone z oleju, brudu, tłuszczu i tlenków, w przeciwnym razie działanie kapilarne może nie nastąpić. Czyszczenie można wykonać mechanicznie lub chemicznie; ta ostatnia metoda daje jednak lepsze wyniki.

Czyszczenie mechaniczne polega na szczotkowaniu, piłowaniu, piaskowaniu, obróbce mechanicznej, szlifowaniu lub czyszczeniu wełną stalową. Gdy podczas obróbki stosowane są płyny obróbkowe, to należy je oczyścić chemicznie. Mechaniczne czyszczenie usuwa tlenki i łuski, a także zwiększa szorstkość współpracujących powierzchni, aby poprawić przepływ kapilarny i zwilżanie lutowanego metalu wypełniającego.

Chemiczne czyszczenie smaru, oleju, brudu itp. Wymaga zastosowania tetrachlorku węgla, trichloroetylenu lub fosforanu trisodowego; jednak tlenki usuwa się za pomocą kwasu azotowego lub siarkowego. Różnorodne środki czyszczące są sprzedawane do konkretnych zastosowań.

Krok # 3. Wybór strumienia:

Po oczyszczeniu przedmiotu obrabianego stosuje się topnik w celu ochrony powierzchni przed utlenianiem lub innym niepożądanym działaniem chemicznym podczas ogrzewania i lutowania. Topniki lutownicze są mieszaninami właściwymi dla wielu z nich w gradientach i są ogólnie dostępne w postaci proszku, pasty lub postaci płynnej.

Boraks był używany jako topnik do lutowania przez stulecia. Boraks i kwas borowy są redukowane przez chemicznie aktywne metale, takie jak chrom, tworząc borki o niskiej temperaturze topnienia. Jednak pozostałości topnika boraksowego po lutowaniu są często podobne do szkła i można je usunąć jedynie przez hartowanie (szok termiczny) lub ścierne lub chemiczne.

Topniki są najczęściej stosowane w postaci pasty lub płynu, ze względu na przypadek zastosowania na małe części i ich przyleganie w dowolnej pozycji. Często pomocne jest podgrzanie pasty przed aplikacją. Strumień reaguje z tlenem i po nasyceniu go traci swoją skuteczność.

Kontrolowana atmosfera lub próżnia są czasem wykorzystywane do zapobiegania utlenianiu podczas lutowania. Odkurzanie i niektóre atmosfery eliminują potrzebę strumienia. Gazy stosowane do tworzenia pożądanej atmosfery to dwutlenek węgla, tlenek węgla, azot i wodór lub poprzez zastosowanie gazów obojętnych, takich jak argon i hel. Odkurzacz jest szczególnie odpowiedni do lutowania metali takich jak tytan, cyrkon, kolumb, molibden i tantal.

Materiał wypełniacza i jego umieszczenie:

W klasyfikacji AWS materiały lutownicze są podzielone na siedem grup, a mianowicie stopy aluminium-krzem, stopy magnezu, stopy miedzi i fosforu, stopy miedzi i miedzi-cynku, stopy srebra, metale szlachetne (miedź i złoto) oraz materiały żaroodporne lub stopy niklu.

Skróty służą do identyfikacji tych materiałów wypełniających; B oznacza lutowanie, a RB oznacza, że ​​materiał wypełniający może być używany zarówno do lutowania jak i spawania. Zatem, w klasyfikacji RB CuZn-D, Cu i Zn odnoszą się do podstawowych składników wypełniacza (47% Cu, 42% Zn), podczas gdy D wskazuje, że zawiera również 11% Ni.

Niewątpliwie najpopularniejszą grupą materiałów lutowniczych są srebrne stopy, które czasami są błędnie nazywane srebrnymi lutami.

Czysta miedź jest szczególnie odpowiednia do lutowania pieców stalowych w atmosferze redukującej.

Materiały wypełniające odporne na ciepło są stosowane w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak turbiny gazowe i są często używane do lutowania części z wysokowartościowych stali nierdzewnych.

B Ag-10 zawierający 92% srebra i 8% miedzi oraz B Ag-13 zawierający 56% srebra, 42% miedzi i 2% niklu może zachować dobrą wytrzymałość do około 870 ° C.

BNi-1 zawierający 14% chromu, 3% boru, 4% krzemu, 4% żelaza, 75% niklu; a BNi-5 zawierający 19% chromu, 10% krzemu i 71% niklu może zachować swoje moce do prawie 1050 ° C.

Bor dodaje się do żaroodpornego materiału wypełniającego, ponieważ szybko dyfunduje w stalach nierdzewnych i żaroodpornych; sprzyja to zwilżaniu i rozprzestrzenianiu się.

Lutowane metale wypełniające są dostępne powszechnie w postaci drutu lub pręta; jednak czasami są one również dostępne jako arkusz, proszek i pasta, a nawet jako powierzchnia platerowana części do lutowania.

Umieszczenie metalu wypełniającego może wpływać na jakość połączenia. W przypadku powszechnie stosowanego połączenia zakładowego, metal wypełniający powinien być dostarczany na jednym końcu i umożliwiać przepływ przez połączenie całkowicie przez działanie kapilarne. Jeśli jest on zasilany z obu końców, może uwięzić powstające puste przestrzenie, które mogą drastycznie zmniejszyć wytrzymałość połączenia. Można jednak pamiętać, że metal wypełniający nie może płynąć przez działanie kapilarne do ślepego złącza.

Krok # 4. Wybór procesu lutowania:

Chociaż istnieje wiele procesów lutowania twardego, ale te o aktualnym zastosowaniu przemysłowym i znaczeniu obejmują:

1. Lutowanie palnika.

2. Lutowanie pieca.

3. Lutowanie zanurzeniowe.

4. Lutowanie indukcyjne.

5. Lutowanie rezystancyjne.

6. Lutowanie w podczerwieni.

Inne procesy lutowania obejmują lutowanie blokowe, lutowanie ultradźwiękowe z użyciem miedzianego łuku węglowego, egzotermiczne lutowanie, proces łuku gazowo-wolframowego i proces spawania łukiem plazmowym.

1. Lutowanie palnika:

Lutowanie za pomocą palnika odbywa się poprzez ogrzewanie części przy użyciu ogólnie płomienia tlenowoacetylenowego za pomocą zwykłego palnika do spawania gazowego. Ręczne lutowanie palnikiem jest prawdopodobnie najszerzej stosowaną metodą lutowania. Zastosowany płomień jest neutralny lub nieznacznie redukuje.

Lutowato-szpachlujący metal może być wytwarzany w złączu w postaci pierścieni, podkładek, pasków, bryłek, proszku itp. Lub może być podawany z ręcznego metalu wypełniającego. W tym ostatnim przypadku metal wypełniający jest dotykany do złącza, gdy strumień staje się ciekły i klarowny jako woda. Ciepło jest przekazywane do metalu wypełniającego przez metal macierzysty, a nie płomień.

Lutowanie palnikiem stosuje się, gdy część przeznaczona do lutowania jest zbyt duża, ma nietypowy kształt lub nie może być ogrzewana innymi metodami. Ręczne lutowanie palnika jest szczególnie użyteczne w przypadku zespołów obejmujących odcinki nierównych mas i do prac naprawczych.

2. Lutowanie pieca:

Lutowanie w piecu odbywa się poprzez umieszczenie w piecu oczyszczonych, samonastawnych, samozatrzaskujących i zmontowanych części z lutowanym materiałem wypełniającym, uprzednio uformowanym w postaci drutu, folii, opiłków, brył, proszku, pasty lub taśmy. Piece mają zwykle rezystancję elektryczną z automatyczną regulacją temperatury, dzięki czemu można je zaprogramować na cykle ogrzewania i chłodzenia.

Lutowanie w piecu często odbywa się bez użycia topnika, jednak czasami stosuje się gazy obojętne, takie jak argon i hel, w celu uzyskania specjalnych właściwości.

Lutowanie piecowe może być również wykorzystane do lutowania próżniowego, które jest szeroko stosowane w przemyśle lotniczym i wytwarzaniu materiałów jądrowych, gdy metale reaktywne są łączone lub gdy uwięzione topniki nie są tolerowane.

Lutowanie pieca można również wykonać za pomocą przenośnika taśmowego, jak pokazano na ryc. 17.8, którego prędkość reguluje czas nagrzewania.

Lutowanie piecowe najlepiej nadaje się do części o dość jednolitej masie, choć może być stosowane do lutowania części wszystkich rozmiarów mających wiele połączeń i ukrytych połączeń.

3. Lutowanie zanurzeniowe:

Lutowanie zanurzeniowe uzyskuje się przez zanurzenie czystych i zmontowanych części w stopionej kąpieli zawartej w odpowiednim naczyniu. Istnieją dwie metody lutowania zanurzeniowego; lutowanie kąpieli chemicznej kąpieli i lutowanie kąpieli kąpieli stopionego metalu.

W kąpieli chemicznej zanurzamy lutem twardym metal, w odpowiedniej postaci wstępnie go umieszczamy, a zestaw zanurza się w kąpieli ze stopionej soli, która działa jak strumień. Kąpiel zapewnia wymagane ciepło i niezbędną ochronę przed utlenianiem. Kąpiel solna znajduje się w piecu, jak pokazano na ryc. 17.9. Piec jest ogrzewany oporem elektrycznym lub utratą I ² R w samej kąpieli.

Zwykle części, które mają być lutowane są wstępnie podgrzewane w piecu z cyrkulacją powietrza przed zanurzeniem w kąpieli solnej.

W procesie lutowania rozpływowego kąpieli części zanurza się w kąpieli ze stopionego metalu wypełniającego do lutowania zawartego w naczyniu. Pokrywę topnika utrzymuje się na powierzchni kąpieli ze stopionego metalu. Stopiony materiał lutowniczy wpływa do złącza, które ma być lutowane za pomocą działania kapilarnego. Proces ten jest w dużej mierze ograniczony do lutowania małych części, na przykład drutów lub wąskich pasków metalu.

Ze względu na równomierne nagrzewanie części lutowane zanurzeniowo zniekształcają się mniej niż części lutowane palnikiem. Proces ten najlepiej nadaje się do umiarkowanych do wysokich serii produkcyjnych, ponieważ oprzyrządowanie jest dość skomplikowane.

Do lutowania małych i średnich części z wieloma lub ukrytymi fugami preferowane jest lutowanie twarde. Jest również dobrze przystosowany do części o nieregularnym kształcie. Chociaż proces ten może być stosowany do wszystkich metali, które mogą być lutowane, ale szczególnie nadaje się do łączenia metali, które mają temperatury topnienia bardzo zbliżone do temperatury lutowania, na przykład aluminium.

4. Lutowanie indukcyjne:

W indukcji Ciepło lutowania uzyskuje się poprzez elektryczną indukcję prądu wirowego o wysokiej częstotliwości (5000 do 5000 000 Hz) do pracy z chłodzonej wodą cewki o pożądanym kształcie, która otacza pracę.

Głębokość grzania może być określona przez zastosowaną częstotliwość: źródło prądu wysokiej częstotliwości wytwarza nagrzewanie skóry w częściach, podczas gdy prąd o niższej częstotliwości powoduje głębsze nagrzewanie i dlatego jest używany do lutowania cięższych odcinków. Ogrzewanie do pożądanej temperatury zwykle trwa od 10 do 60 sekund.

Strumień lutowniczy może być lub może nie być używany. Szybkie szybkości nagrzewania indukcyjnego lutowania sprawiają, że nadaje się on do lutowania stopami metali napełniających, które mają tendencję do parowania lub segregacji.

Kontrolowane dostarczanie ciepła wraz z szybkim tempem nagrzewania i trybem automatycznym sprawiają, że proces ten jest procesem o wysokiej wydajności, który może być stosowany na otwartym powietrzu. Wadą lutowania indukcyjnego jest jednak to, że ciepło może nie być jednorodne.

5. Lutowanie rezystancyjne:

Przy lutowaniu rezystancyjnym elementy poddawane lutowaniu są częścią obwodu elektrycznego. Tak więc wymagane ciepło do lutowania uzyskuje się przez opór przepływu prądu przez złącze, które ma być lutowane.

Części do lutowania są utrzymywane pomiędzy dwiema elektrodami, podczas gdy właściwy prąd przepływa pod wymaganym przyłożonym ciśnieniem. Stosowane elektrody mogą być wykonane z węgla, grafitu, metali ogniotrwałych lub stopów miedzi zgodnie z wymaganą przewodnością. Zwykle stosuje się prąd zmienny o wysokim natężeniu i niskim napięciu.

Stosuje się strumienie o wymaganej przewodności. W związku z tym normalne strumienie lutowania, które są izolatorami, gdy są chłodne i suche, mogą nie być przydatne. Przy lutowaniu rezystancyjnym metal wypełniający jest zwykle wstępnie umieszczany, chociaż w szczególnych przypadkach można zastosować podawanie czołowe.

Lutowanie rezystancyjne jest zwykle stosowane do produkcji małoseryjnej, gdzie ogrzewanie jest zlokalizowane w miejscu lutowania.

6. Lutowanie w podczerwieni:

Przy lutowaniu w podczerwieni ciepło uzyskiwane jest z lamp podczerwonych, które mogą dostarczać do 5000 watów energii promieniowania. Promienie ciepła mogą być skoncentrowane w pożądanym miejscu za pomocą reflektorów koncentrujących promieniowanie.

Przy lutowaniu w podczerwieni części do lutowania mogą być utrzymywane w powietrzu lub w atmosferze obojętnej lub w próżni. W przypadku lutowania w atmosferze obojętnej lub próżni, zmontowane części mogą być umieszczone w obudowie lub zespół i lampa podczerwieni mogą być zamknięte. Części są następnie podgrzewane do pożądanej temperatury, jak wskazano za pomocą termopar. Fig. 17.10 pokazuje układ do lutowania na podczerwień; części są przesuwane na płyty chłodzące po lutowaniu.

Lutowanie w podczerwieni odbywa się w trybie automatycznym i nie nadaje się do ręcznego stosowania. Zwykle części, które mają być lutowane są samozatrzaskujące, a materiał wypełniający jest wstępnie umieszczony w złączu.

Krok # 5. Po czyszczeniu i kontroli:

Konieczne jest usunięcie pozostałości topnika po zakończeniu lutowania, w przeciwnym razie części mogą ulec korozji. Zasadniczo strumień można usunąć gorącą bieżącą wodą. Jeśli to nie służy, można użyć niskociśnieniowej pary żywej.

Jeśli pozostałości strumienia są twarde i lepkie, może dojść do szoku termicznego poprzez hartowanie w celu zerwania i usunięcia. Jeśli części uległy przegrzaniu podczas lutowania twardego, wówczas potrzebna jest kąpiel chemiczna z neutralizującym spłukiwaniem wody.

Kontrola części lutowanych może obejmować kontrolę wzrokową, testowanie, testowanie szczelności, badanie penetrantem płynnym, badanie ultradźwiękowe i radiograficzne.

W przypadku kontroli wizualnej najlepiej jest mieć standardową próbkę do porównania, aby wiedzieć, co jest dopuszczalne.

Testy niszczące, takie jak test odrywania, test skręcania i testy naprężania i ścinania, mogą być również stosowane w przypadku kilku pierwszych części, a kontrole na miejscu wykonywane są tak często, jak to konieczne.

Etap # 6. Obróbka cieplna elementów lutowanych:

Obróbkę cieplną można prowadzić podczas lutowania twardego lub po jego zakończeniu. W pierwszym przypadku zastosowany metal wypełniający jest taki, że zestala się powyżej wymaganej temperatury obróbki cieplnej, podczas gdy w tym ostatnim przypadku materiał wypełniacza powinien być taki, aby zestalał się w tej samej temperaturze, jaka jest wymagana do obróbki cieplnej.