ii kolokvijum tvrdo lemljenje

VISOKA TEHNIČKA SKOLA

SADRŽAJ:

1. UVOD................................................................................................................................2

2. OBRADA LEMLJENJA........................................................................................................ 32.1. Principi nastajanja zalemljenog spoja..................................................................... 42.2. Karakteristične temperature................................................................................... 42.3. Vrste zalemljenih spojeva........................................................................................ 4

3. POSTUPCI LEMLJENJA...................................................................................................... 63.1. Talasno lemljenje...................................................................................................... 63.2. Lemljenje u pećima................................................................................................... 73.3. Infracrveno lemljenje................................................................................................ 73.4. Indukciono lemljenje.................................................................................................83.5. Ultrazvučno lemljenje............................................................................................... 83.6. Lemljenje umakanjem.............................................................................................. 93.7. Lemljenje bakarnim alatom...................................................................................... 103.8. Lemljenje toplim vazduhom......................................................................................103.9. Elektrootporno lemljenje.......................................................................................... 113.10. Gasno lemljenje, lemljenje plamenom................................................................... 123.11. Srebrno lemljenje.................................................................................................... 123.12. Zavarivanje lemljenjem.......................................................................................... 13

4. ZAKLJUČAK………............................................................................................................... 145. LITERATURA.........…………................................................................................................. 15

1


1. UVOD

Lemljenje je proces spajanja metala, gdje se dodatni materijal zagrijava i raspoređuje kapilarnim putem između dva ili više blisko postavljenih radnih komada. Dodatni material se zagrijava malo iznad svoje temperature otapanja (liquidus), tokom čega je zaštićen pogodnim okruženjem, najčešće topiteljem. Nakon toga se razlijeva preko osnovnog materijala (pojam poznat kao kvašenje) i onda se hladi, kako bi izvršio spajanje radnih komada.

Lemljenje je postupak kojim se metalni ili nemetalni delovi spajaju rastopljenim dodatnim materijalom u nerazdvojivu celinu. Pri lemljenju se osnovni materijal ne topi jer ima višu tačku topljenja od dodatnog materijala.

Uz kovačko i livačko zavarivanje, lemljenje je jedan od najstarijih postupaka spajanja metala. Staro je koliko i dobijanje i prerada materijala (oko 5000-6000 godina). U početku je lemljenje korišćeno za spajanje delova nakita od zlata i platine, a kasnije od srebra. Danas se lemljenje koristi u masovnoj proizvodnji za spajanje čelika, aluminijuma i raznih drugih materijala. Široko se primenjuje u automobilskoj, avio i elektronskoj industriji. Razvijeno je lemljenje Zr, Ti, Be, metala sa visokom tačkom topljenja, kompozitnih materijala, kao i međusobno spajanje keramike i metala.

2


2. OBRADA LEMLJENJA

S obzirom na karakteristike lema razlikuju se dve vrste lemljenja: Lemljenje mekim lemom i Lemljenje tvrdim lemom.

Meko lemljenje se izvodi lako topljivim lemovima. Od mekih lemova najviše u primeni su lemovi od kalaja (Sn) i olova (Pb). Meki lemovi imaju čvrstoću Rm=50-70 Mpa. Koristi se uglavnom za spojeve bez velikih napona u eksploataciji, a da pri tome radna temperatura ne prelazi 100°C.

Tvrdo lemljenje izvodi se sa bakarnim lemovima, pri čemu se dobijaju vrlo čvrsti spojevi. Od tvrdih lemova najčešće su u primeni elektrolitički bakar i fosforni bakar, koji daju vrlo čvrste spojeve, zatim bakarno-cinkovni, srebrni, aluminijumski i drugi lemovi za lemljenje crnih i obojenih metala i legura. Tvrdi lem ima visoku čvrstoću Rm=500MPa i može se koristiti za radne temperature preko 200°C.

Prednosti lemljenja su: Ekonomična izrada složenih sklopova sa više delova, Povoljna raspodela napona i povoljan prelaz toplote, Mogućnost spajanja metala sa nemetalima, Mogućnost spajanja vrlo tankih na debele predmete, Mogućnost spajanja različitih metala u spoj, Mogućnost spajanja poroznih materijala, Mogućnost spajanja vlaknastih i kompozitnih materijala, Zbog nižih radnih temperatura i svojstava dodatnih materijala kod zalemljenih

spojeva su niži zaostali naponi, nema porasta zrna, obično nema kristalnih transformacija, pa su neka svojstva zalemljenih spojeva povoljnija i

Postižu se precizne proizvodne tolerancije.

Nedostaci lemljenja su: Statička i dinamička čvrstoća zalemljenog spoja niže su u odnosu na zavareni spoj Relativno visoka cena dodatnih materijala za lemljenje.

Materijali za lemlljenje su: lemovi, topitelji, zaštitni gasovi (zaštitna atmosfera).

Lemovi su čisti materijali, legure ili nemetali u obliku žice, štapa, lima, oblikovanih elemenata zrna, čestica lema u topljenju.

3


Topitelji su nemetalni materijali. Oni se nanose na površine koje treba lemiti posle dobrog čišćenja, da bi se odstranili postojeći oksidni slojevi i sprečilo stvarnje novih, poboljšala kapilarna svojstva i kvalitet spoja. Topitelji mogu biti u čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju, a bitne osobine su im:

Mala gustina, da bi mogli da isplivaju na površinu tečnog lema, Temperatura topljenja bar 20-40°C niža od temperature lema.

Pri lemljenju gvožđa mekim lemom koriste se dezoksidatori: cink-hlorid ZnCl2 i amonijum-hlorid NH2Cl ili njihove smeše. Za lemljenje bakra i mesinga kao dezoksidator upotrebljava se kalafonijum, a za lemljenje olova i lako topljivih legura - stearin. Za tvrdo lemljenje koriste se bezvodni boraks, natrijum tetraborat i borna kiselina, kao i jedinjenja na bazi fluora i hlora.

Zaštitni gasovi pri zagrevanju štite od oksidacije površine spoja lema. Sa istom svrhom se primenjuje i lemljenje u vakuumu.

2.1. Principi nastajanja zalemljenog spoja

Pri lemljenju se javljaju razne fizičke pojave: Difuzija materijala lema u osnovi materijala, Adhezione sile između lema i površine osnovnog materijala, Kohezione sile između atoma, Kvašenje površine lemom, Površinski napon i Kapilarno delovanje.

Pri lemljenju se osnovni materijal zagreva, ali se ne topi. Dodatni materijal se topi, jer ima nižu tačku topljenja od osnovnog materijala, kvasi lemljene površine, ulazi u zazor kapilarnim kvašenjem, rastopina se kristališe i ostvaruje zalemljeni spoj.

2.2. Karakteristične temperature

Radna temperatura je najniža temperatura predmeta na mestu lemljenja. Zavisi od vrste lema i viša je od solidus temperature lema.

Ako je radna temperatura iznad 450°C, tada se govori o tvrdom lemljenju, a ako je ispod tada se govori o mekom lemljenju. Kada se lemi pri temperaturama iznad 900°C, tada imamo visokotemperaturno lemljenje.

2.3. Vrste zalemljenih spojeva

Zalemnjeni spojevi se u pravilu izrađuju tako da budu opterećeni na smicanje ili bar jednim svojim delom da bude opterećen na smicanje. U situacijama kada treba obezbediti sučeoni spoj obično se dodaju pločice. Na slici 1. prikazano je nekoliko različitih tipova zalemljenih spojeva sa ocenom od loš do odličan.

4


Slika 1. Tipovi spojeva za lemljenje

Ako je neophodno da se obezbedi sučeoni spoj ili ugaoni spoj, pogodna su rešenja prikazana na slici 2.

Slika 2. Sučeoni spoj sa jezičkom i žljebom (levo) i ugaoni spoj (desno)

5


3. POSTUPCI LEMLJENJA

U zavisnosti od obima proizvodnje i materijala koriste se postupci lemljenja: Talasno, U pećima, Infracrveno, Indukciono, Ultrazvučno, Umakanjem, Bakarnim alatom, Toplim vazduhom, Elektrootporno, Gasno i Srebrno.

3.1. Talasno lemljenje

Talasno lemljenje je postupak koji se primenjuje kod lemljenja elektronskih komponenata na štampane ploče u cilju njihovog električnog povezivanja. Naziv je potekao od toga što se rastopljeni lem drži u rezervoarima, a štampana ploča sa utisnutim komponentama prelazi preko rastopljenog lema koji se pumpom talasa ili teče kaskadno. Lem kvasi metalne delove štampane ploče koji nisi zaštićeni lakom i formira pouzdanu mehaničku i električnu vezu. Standardne mašine za talasno lemljenje imaju četiri zone:

Zona uklanjanja oksida sa površina koje se leme, Zona predgrevanja, Zona lemljenja i Zona završnog čišćenja.

Rezervoar sa rastopljenim lemom na svojoj povšini ima oblik stojećeg talasa. Kada se ploča kreće preko rezervoara, lem je kvasi sa donje strane i lepi se za ploču i nožice elektronskih komponenata.

Slika 3. Mašina za talasno lemljenje

6


3.2. Lemljenje u pećima

Postupak se najčešće odnosi na štampane ploče i elektronske komponente, a primenjuje se tako što se na štampane ploče, na kojima se nalaze elektronske komponente, nanese pasta za lemljenje. Potom se ploča konvejerom provuče kroz peć. Za vreme prolaska ploče kroz zagrejanu peć metalne čestice koje se nalaze u pasti se tope i povezuju za ploču komponenata. Nakon hlađenja uspostavlja se jaka veza. Na slici 4. Prikazan je uređaj za lemljenje u pećima.

Slika 4. Uređaj za lemenjenje u pećima

3.3. Infracrveno lemljenje

Infracrveno lemljenje spada u grupu postupaka koji je veoma sličan sa lemljenjem u pećima. Kod uređaja za infracrveno lemljenje za sagorevanje se umesto konvencinalnog sistema sa vrelim vazduhom koriste infracrveni toplotni talasi. Na slici 5. prikazano je jedno od mnogih rešenja uređaja za infracrveno lemljenje. Stabilan i podesiv držač infracrvenog grejača omogućava precizno lemljenje. Kao sredstvo za zagrevanje koristi se infracrvena halogena lampa koja omogućava temperaturu lemljenja do 480°C. Pregrevanje se izvodi tamnom infracrvenom lampom.

Slika 5. Uređaj za infracrveno lemljenje

7


Pored klasičnih infracrvenih uređaja, postoje i mali uređaji za infracrveno lemljenje koji se koriste kao ručni alati za pojedinačnu proizvodnju. Oni koriste toplotu generisanu pomoću koncentrisanih infracrvenih zraka.

3.4. Indukciono lemljenje

Indukciono lemljenje koristi prednosti indukcionog zagrevanja, a to je brzina zagrevanja i mogućnost zagrevanja samo određene oblasti dela koji se zagreva. Za razliku od peći, indukciono zagrevanje dovodi toplotu samo gde je potrebna, u usku oblast u blizini mesta spajanja. Na ovaj način smanjuje se potreba za čišćenje posle lemljenja i deformacije izazvane zagrevanjem delova. Ovim postupkom se dobijaju čisti i uredni spojevi, pa se postupak koristi u elektro i elektronskoj industriji, prvenstveno za pojedinačne lemove. Na slici 6. prikazan je uređaj za indukciono lemljenje.

Slika 6. Uređaj za indukciono lemljenje

3.5. Ultrazvučno lemljenje

Ultrazvučno lemljenje je postupak koji se može primenjivati i kod nemagnetnih materijala korišćenjem toplote i energije zvuka koji oslobađa ultrazvučna glava alata za lemljenje. Alat za lemljenje se može izrađivati u različitim oblicima i veličinama. Prednosti ovakvog lemljenja su:

Povišen kvalitet zalemljenog spoja, Mogućnost primene lemljenja gde to drugim postupcima nije moguće, Nema prethodne pripreme površina, Nema kontaminacije površina i Nije potrebno naknadno završno čišćenje zalemljenog spoja.

8


Na slici 7. prikazan je uređaj za ultrazvučno lemljenje.

Slika 7. Uređaj za ultrazvučno lemljenje

3.6. Lemljenje umakanjem

Lemljenje umakanjem je postupak koji se koristi u veoma raznovrsnim aplikacijama. Metod se sastoji u tome da se prethodno očišćeni delovi potope u lonac sa istopljenim lemom, zadrže određeno vreme, a zatim izvade i ocede. Velika masa zagrejanog lema u loncu dovoljna je da podnese umakanje hladnijeg dela i da pri tome održi teperaturu lema na nivou dovoljnom za lemljenje. Proces se izvodi na najnižim mogućim temperaturama dovoljnim za lemljenje (40-65°C).

Na slici 8. prikazan je primer uređaja za lemljenje umakanjem.

Slika 8. Primer uređaja za lemljenje umakanjem

9


3.7. Lemljenje bakarnim alatom

Lemljenje bakarnim alatom je jedan od nejčešćih postupaka mekog lemljenja u pojedinačnoj proizvodnji. Bakarni alat može da bude grejan električnom strujom ili plamenom. Na slici 9. prikazane su različite vrste uređaja za lemljenje sa bakarnim alatom. Prve četiri slike se odnose na bakarne alate grejane električnom strujom, a ostale dve slike prikazuju alate koji se zagrevaju plamenom. .

Slika 9. Lemljenje bakarnima alatom

3.8. Lemljenje toplim vazduhom

Napredna tehnologija stanica sa toplim vazduhom osigurava veliku preciznost prilikom lemljenja i odlemljivanja komponenti. Mlaznice sa toplim vazduhom, sa ugrađenom pločom za zagrevanje obezbeđuju brzo i sigurno topljenje veznog elementa. Ugrađeni vakuum podizač unutar mlaznice omogućava postavljanje i uklanjanje komponenti bez ošećenja ploče i vodova (slika 10.)

Slika 10. Uređaj za lemljenje i odlemljivanje toplim vazduhom

10


3.9. Elektrootporno lemljenje

Elektrootporno lemljenje se zasniva na lokalnom veoma brzom zagrevanju radnih predmeta i rastapanju lema propuštanjem električne struje preko elektroda na radne predmete. Zbog dobrog kontakta elektroda i radnog predmeta i zbog relativno velikog poprečnog preseka radnih predmeta, najveći deo toplote generiše se na mestu dodira radnih predmeta koje treba spojiti. Dodatni metal dodaje se u zonu spoja, topi se i po hlađenju nastaje zalemljeni spoj. U zavisnosti od pristupačnosti koriste se različiti postupci formiranja električnog kola od kojih su neki prikazani na slici 11.

Slika 11. Neki primeri elektrootpornog lemljenja i uređaja

Prednosti elektrootpornog lemljenja su: Zagrevanje je trenutno i usmereno na zonu lemljenja, Mnogostruko je brže od zagrevanja bakarnim alatom, Delovi se posle lemljenja hlade vrlo brzo, Elektrode za lemljenje traju dva-tri puta duže od konvencionalnih bakarnih alata, Nije potrebna posebna obuka lemljenja, Odličan rad u ograničenom prostoru, Efikasan i štedi struju i Manje opasan za rad od rada sa bakarnim alatom.

11


3.10. Gasno lemljenje, lemljenje plamenom

Gasno lemljenje se ubraja u grupu postupaka tvrdog lemljenja. Kao izvor toplote koristi se spoljni omotač plamena pri sagorevanju sledećih gasova ili njihovih mešavina:

Acetilen, Prirodni gas, Propan, Butan i Vodonik.

Sagorevanje gorivnog gasa može se obavljati vazduhom ili uz pomoć kiseonika.

Slika 12. Opreme za gasno lemljenje

3.11. Srebrno lemljenje

Metalni delovi se spajaju ovim postupkom na temperaturi iznad 450 °C, ali ispod temperature topljenja samih delova. Pri lemljenju se koristi dodatni materijal legura srebra po čemu je postupak dobio ime. Dobiju se najbolji rezultati u pogledu nosivosti spoja, a za ostvarivanje spoja nije potreban razmak između delova. Ovaj postupak se koristi za lemljenje ugljeničnih, niskolegiranih i nerđajućih čelika, legura Al, Cu i Mg. Gorionici su isti kao za zavarivanje, a postupak može da bude ručni ili poluautomatski. Primer opreme za gasno lemljenje prikazan je na slici 12.

12


3.12. Zavarivanje lemljenjem

Tvrdo lemljenje, koje koristi oksi-acetilenski plamen za zagrevanje od bronzane ili mesingane žice u prisustvu topitelja, primenjeno za povezivanje čeličnih delova naziva se zavarivanje lemljenjem. Kod ovog postupka kapilarne pojave nemaju značaj, za razliku od srebrnog lemljenja. Temperatura lema kreće se u granicama 870°C-980°C, što je znatno niže od temperature topljenja osnovnog materijala (npr. 1600°C, za neke obične čelike). Da bi se postupak zavarivanja lemljenjem realizovao, osnovni materijal na mestu spoja mora biti čist, a zazor delova može biti do 0.5 mm. Kao topitelji obično se koriste mase bazirane na boraksu. Lemovi se isporučuju u oblik materijala za zavarivanje (žica prečnika 3 mm.) Široko su rasprostranjeni sledeći lemovi : . .

srebro-nikl, zatezne čvrstoće 586 MPa, radna temperatura lemljenja 677°C - 950°C, a koristi se za ugljenične i legirane čelike i većinu metala, izuzev Al,

bronza, zatezna čvrstoća 414 MPa, radna temperatura 870°C, koristi se za bakar, čelik, galvanizovane metale i druge metale izuzev aluminijuma i

mesing, neobložene mesingane žice, ali zahtevaju dodatne topitelje.

Na slici 13. prikazan je lemljenjem zavaren spoj T spoj. Dodatni lem povećava poprečni presek i ojačava ga.

Slika 13. Lemljenjem zavaren T spoj

13


4. ZAKLJUČAK

Da li ste znali da plastične cevi i spojevi gotovo uvek sadrže milione Legionella bakterija koje su uzrok Legionarske bolesti? Legionarska bolest je atipična i ozbiljna forma plućne bolesti, izazvana inhalacijom kapljica vode koji sadrže Legionella pneumophilia bakterije. Laboratorijski testovi su pokazali da zalemljene bakarne cevi sadrže daleko manju koncentraciju ovih bakterija, stoga su sigurnije za vas i vašu porodicu.

Lemljenje se može upotrebljavati u nisko-budžetnim popravkama, ali i u visoko-produktivnim procesima. Lemljenje je proces sa niskim troškovima ulaganja u opremu. Ima izuzetne mogućnosti automatizacije u velikoserijskoj proizvodnji, uz upotrebu paste, prstenova i žice. Lemljenje nije samo bolji mehanički proces, već je i bolje financijsko rešenje.

Lemiti je jednostavno. Sigurno je potrebno manje od jednog sata za obuku osobe koja će, nakon toga, sposobna izvršiti osnovne operacije lemljenja. Jednostavnost procesa lemljenja omogućava preduzećima fleksibilnost u svojim proizvodnim procesima, kao i da sa lakoćom pronađu radnu snagu.

14


5. LITERATURA

1. Zavarivanje i zavarene konstrukcije, Beograd 2005.2. M. Rakin: Zavarivanje i srodni postupci, Beograd 1976 god.3. Pitanja sa odgovorima iz kurseva „Tehnologije zavarivanja“.4. D. Stamenković, M.Đurđanović, D. Mitić: Zavarivanje postupkom “FSW” WELDING

PROCESS 2006 god. Izlagano na Međunarodnoj konferenciji "Zavarivanje 2006", Zlatibor 2006 god.

5. Web adresa: www.google.comwww.wikipedia.org

15

ii kolokvijum tvrdo lemljenje

Documents