Łączenie metalu za pomocą lutowania twardego i spawania

Łączenie metalu za pomocą lutowania twardego i spawania

Istnieje kilka metod łączenia metali, w tym spawanie, lutowanie twarde i lutowanie twarde. Jaka jest różnica między spawaniem a lutowaniem? Jaka jest różnica między lutowaniem twardym a lutowaniem twardym? Przyjrzyjmy się różnicom i zaletom komparatywnym, a także typowym zastosowaniom. Ta dyskusja pogłębi twoje zrozumienie łączenia metali i pomoże ci zidentyfikować optymalne podejście do twojej aplikacji.

JAK DZIAŁA LUTOWANIE


A połączenie lutowane wykonana jest w zupełnie inny sposób niż złącze spawane. Pierwsza duża różnica dotyczy temperatury - lutowanie nie powoduje stopienia metali nieszlachetnych. Oznacza to, że temperatury lutowania są zawsze niższe niż temperatury topnienia metali nieszlachetnych. Temperatury lutowania są również znacznie niższe niż temperatury spawania tych samych metali nieszlachetnych, przy mniejszym zużyciu energii.

Jeśli lutowanie nie powoduje stopienia metali nieszlachetnych, w jaki sposób je łączy? Działa poprzez tworzenie metalurgicznego połączenia między spoiwem a powierzchniami dwóch łączonych metali. Zasada, według której spoiwo jest przeciągane przez złącze w celu wytworzenia tego połączenia, to działanie kapilarne. Podczas operacji lutowania, stosuje się ciepło w szerokim zakresie do metali nieszlachetnych. Następnie spoiwo styka się z rozgrzanymi częściami. Jest natychmiast topiony pod wpływem ciepła w metalach nieszlachetnych i całkowicie przepuszczany przez połączenie kapilarne. Tak powstaje połączenie lutowane.

Zastosowania do lutowania twardego obejmują elektronikę / elektryczność, lotnictwo, motoryzację, HVAC / R, budownictwo i inne. Przykłady obejmują systemy klimatyzacji samochodów, bardzo czułe łopatki turbin odrzutowych, komponenty satelitów i elegancką biżuterię. Lutowanie zapewnia znaczną przewagę w zastosowaniach wymagających łączenia różnych metali nieszlachetnych, w tym miedzi i stali, a także niemetali, takich jak węglik wolframu, tlenek glinu, grafit i diament.

Zalety porównawcze. Po pierwsze, połączenie lutowane to mocne połączenie. Prawidłowo wykonane złącze lutowane twarde (takie jak złącze spawane) będzie w wielu przypadkach równie mocne lub mocniejsze niż łączone metale. Po drugie, złącze wykonuje się w stosunkowo niskich temperaturach, w zakresie od około 1150 ° F do 1600 ° F (620 ° C do 870 ° C).

Co najważniejsze, metale nieszlachetne nigdy nie są topione. Ponieważ metale nieszlachetne nie są topione, zazwyczaj zachowują większość swoich właściwości fizycznych. Ta integralność metalu nieszlachetnego jest charakterystyczna dla wszystkich połączeń lutowanych twardych, w tym połączeń o przekroju cienkim i grubym. Ponadto niższe ciepło minimalizuje ryzyko odkształcenia lub wypaczenia metalu. Weź również pod uwagę, że niższe temperatury wymagają mniej ciepła - znaczący czynnik oszczędnościowy.

Inną ważną zaletą lutowania twardego jest łatwość łączenia różnych metali za pomocą topnika lub stopów z rdzeniem topnikowym / powlekanymi. Jeśli nie musisz topić metali nieszlachetnych, aby je połączyć, nie ma znaczenia, czy mają one bardzo różne temperatury topnienia. Lutowanie stali do miedzi jest równie łatwe, jak w przypadku stali do stali. Spawanie to inna historia, ponieważ musisz stopić metale nieszlachetne, aby je stopić. Oznacza to, że jeśli spróbujesz spawać miedź (temperatura topnienia 1981 ° F / 1083 ° C) ze stalą (temperatura topnienia 2500 ° F / 1370 ° C), musisz zastosować raczej wyrafinowane i drogie techniki spawania. Całkowita łatwość łączenia różnych metali za pomocą konwencjonalnych procedur lutowania twardego oznacza, że ​​możesz wybrać metale najlepiej dostosowane do funkcji zespołu, wiedząc, że nie będziesz mieć problemu z ich połączeniem, niezależnie od tego, jak bardzo różnią się one temperaturami topnienia.

Ponadto, a połączenie lutowane ma gładki, korzystny wygląd. Istnieje porównanie między małym, zgrabnym wywinięciem lutowanego złącza a grubym, nieregularnym ściegiem złącza spawanego. Ta cecha jest szczególnie ważna w przypadku spoin na produktach konsumenckich, gdzie wygląd ma kluczowe znaczenie. Złącze lutowane może być prawie zawsze używane „tak jak jest”, bez konieczności wykonywania jakichkolwiek operacji wykańczających - kolejna oszczędność kosztów.

Lutowanie twarde oferuje kolejną istotną przewagę nad spawaniem, ponieważ operatorzy zwykle mogą szybciej zdobyć umiejętności lutowania niż umiejętności spawalnicze. Przyczyna tkwi w nieodłącznej różnicy między tymi dwoma procesami. Liniowe złącze spawane musi być śledzone z precyzyjną synchronizacją doprowadzania ciepła i osadzania spoiwa. Z drugiej strony złącze lutowane ma tendencję do „tworzenia się” w wyniku działania kapilarnego. W rzeczywistości znaczna część umiejętności związanych z lutowaniem twardym jest zakorzeniona w projektowaniu i inżynierii złącza. Względna szybkość szkolenia wysoko wykwalifikowanych operatorów jest ważnym czynnikiem kosztowym.

Wreszcie, lutowanie twarde metali jest stosunkowo łatwy do zautomatyzowania. Charakterystyka procesu lutowania - szerokie zastosowanie ciepła i łatwość pozycjonowania spoiwa - pomagają wyeliminować potencjalne problemy. Istnieje wiele sposobów automatycznego podgrzewania złącza, wiele form lutu twardego i wiele sposobów ich osadzania, dzięki czemu operację lutowania można łatwo zautomatyzować dla prawie każdego poziomu produkcji.

JAK DZIAŁA SPAWANIE

Spawanie łączy metale przez stapianie i stapianie ich ze sobą, zazwyczaj z dodatkiem spoiwa spawalniczego. Wykonane połączenia są mocne - zwykle tak mocne, jak łączone metale, a nawet mocniejsze. Aby stopić metale, należy zastosować skoncentrowane ciepło bezpośrednio w obszarze połączenia. Ciepło to musi mieć wysoką temperaturę, aby stopić metale nieszlachetne (łączone metale) i spoiwa. Dlatego temperatury spawania rozpoczynają się w temperaturze topnienia metali nieszlachetnych.

Spawanie jest na ogół odpowiednie do łączenia dużych zespołów, w których obie metalowe sekcje są stosunkowo grube (0.5 ”/ 12.7 mm) i są połączone w jednym punkcie. Ponieważ ścieg złącza spawanego jest nieregularny, nie jest zwykle stosowany w produktach wymagających połączeń kosmetycznych. Zastosowania obejmują transport, budownictwo, produkcję i warsztaty naprawcze. Przykładami są zespoły robotów oraz produkcja zbiorników ciśnieniowych, mostów, konstrukcji budowlanych, samolotów, wagonów i torów kolejowych, rurociągów i nie tylko.

Zalety porównawcze. Ponieważ ciepło spawania jest intensywne, zwykle jest zlokalizowane i precyzyjne; niepraktyczne jest stosowanie go równomiernie na dużym obszarze. Ten konkretny aspekt ma swoje zalety. Na przykład, jeśli chcesz połączyć dwa małe paski metalu w jednym punkcie, praktyczne jest zgrzewanie oporowe. Jest to szybki i ekonomiczny sposób na setki tysięcy mocnych i trwałych połączeń.

Jeśli jednak połączenie jest liniowe, a nie precyzyjne, pojawiają się problemy. Wadą może być miejscowe ciepło spawania. Na przykład, jeśli chcesz spawać doczołowo dwa kawałki metalu, zacznij od ukosowania krawędzi metalowych elementów, aby zapewnić miejsce na spoiwo spawalnicze. Następnie spawasz, najpierw podgrzewając jeden koniec obszaru złącza do temperatury topnienia, a następnie powoli przesuwając ciepło wzdłuż linii złącza, osadzając spoiwo w synchronizacji z temperaturą. Jest to typowa, konwencjonalna operacja spawania. Prawidłowo wykonane złącze spawane jest co najmniej tak wytrzymałe, jak łączone metale.

Jednak to podejście do spawania liniowego ma wady. Połączenia są wykonywane w wysokich temperaturach - wystarczająco wysokich, aby topić zarówno metale nieszlachetne, jak i spoiwo. Te wysokie temperatury mogą powodować problemy, w tym możliwe odkształcenia i wypaczenia metali nieszlachetnych lub naprężenia wokół obszaru spoiny. Zagrożenia te są minimalne, gdy łączone metale są grube, ale mogą stać się problemami, gdy metale podstawowe są cienkimi odcinkami. Wysokie temperatury są również drogie, ponieważ ciepło jest energią, a energia kosztuje. Im więcej ciepła potrzeba do wykonania złącza, tym więcej będzie kosztowało wytworzenie złącza.

Teraz rozważ zautomatyzowany proces spawania. Co się stanie, jeśli dołączysz nie do jednego zespołu, ale do setek lub tysięcy zespołów? Spawanie z natury stwarza problemy w automatyzacji. Połączenie zgrzewane oporowo wykonane w jednym punkcie jest stosunkowo łatwe do zautomatyzowania. Jednak gdy punkt stanie się linią - złączem liniowym - ponownie, należy narysować linię. Możliwe jest zautomatyzowanie tej operacji śledzenia, na przykład przesuwanie linii mufy obok stacji grzewczej i automatyczne podawanie drutu z dużych szpul. Jest to jednak złożona i wymagająca konfiguracja, gwarantowana tylko wtedy, gdy masz duże serie produkcyjne identycznych części.

Należy pamiętać, że techniki spawania są stale ulepszane. Można spawać na zasadach produkcyjnych za pomocą wiązki elektronów, rozładowania kondensatora, tarcia i innymi metodami. Te wyrafinowane procesy zwykle wymagają specjalistycznego i drogiego sprzętu oraz skomplikowanych, czasochłonnych konfiguracji. Zastanów się, czy są one praktyczne w przypadku krótszych serii produkcyjnych, zmian w konfiguracji zespołu lub typowych codziennych wymagań dotyczących łączenia metali.

Wybór odpowiedniego procesu łączenia metali
Jeśli potrzebujesz połączeń, które są zarówno trwałe, jak i mocne, prawdopodobnie zawęzisz rozważania dotyczące łączenia metalu do spawania w porównaniu do spawania mosiężnictwo. Zarówno spawanie, jak i lutowanie twarde wykorzystują ciepło i spoiwa. Oba mogą być wykonywane na zasadach produkcyjnych. Na tym jednak podobieństwo się kończy. Działają inaczej, więc pamiętaj o tych kwestiach dotyczących lutowania twardego i spawania:

Rozmiar zestawu
Grubość profili z metalu nieszlachetnego
Wymagania dotyczące połączeń punktowych lub liniowych
Łączone metale
Wymagana ostateczna ilość montażowa
Inne opcje? Połączenia mocowane mechanicznie (gwintowane, toczone lub nitowane) generalnie nie mają porównania z połączeniami lutowanymi pod względem wytrzymałości, odporności na wstrząsy i wibracje ani szczelności. Klejenie i lutowanie zapewnią trwałe połączenia, ale generalnie żadna z nich nie zapewnia wytrzymałości połączenia lutowanego - równej lub większej niż same metale nieszlachetne. Z reguły nie mogą też wytwarzać złączy odpornych na temperatury powyżej 200 ° F (93 ° C). Gdy potrzebujesz trwałych, solidnych połączeń metal-metal, lutowanie jest silnym konkurentem.