materiały ścierne
materiały spawalnicze
urządzenia spawalnicze

Lutowanie to jedna z szeroko stosowanych metod łączenia elementów metalowych. Powszechnie jest zwykle kojarzona z elektroniką i elektrotechniką, bywa jednak również stosowana do łączenia większych elementów, od rur w systemach centralnego ogrzewania, przez różnego typu zbiorniki, aż po wykonywanie obróbek blacharskich przy kryciu dachu czy zakładaniu rynien. Lutowanie jest ponadto wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych, gdzie połączenia są wykonywane za pomocą robotów i wyspecjalizowanych pieców lutowniczych. W procesie lutowania poza odpowiednimi urządzeniami oraz wysokiej jakości materiałami tworzącymi spoinę, czyli lutami, niezbędne są także substancje, które zapewnią ochronę rozgrzanego metalu przed wpływem czynników zewnętrznych. Funkcję tę wypełniają topniki do lutowania. Zobaczmy, z jakimi rodzajami topników możemy się zetknąć oraz sprawdźmy, czym powinny się one charakteryzować.

Rola topników w procesie lutowania

Lutowanie wykorzystuje możliwość łączenia dwóch metalowych powierzchni, za pośrednictwem lutu – substancji pośredniczącej, która przywiera do obu materiałów. Lut zmienia swój stan skupienia, ulegając upłynnieniu w efekcie rozgrzania części, które mają zostać połączone. Cząsteczki tworzącego go materiału zwilżają lutowane powierzchnię i rozpływają się po nich w postaci cienkiej i jednolitej powłoki, utrzymującej obie substancje za sprawą adhezji. Stopiony lut spaja się z podłożem dzięki dyfuzji. Atomy substancji tworzących lut przenikają w głąb sieci krystalicznej spajanych metali, zwykle wzdłuż stykających się powierzchni oraz między poszczególnymi ziarnami. Połączenia, w których ma zastosowanie wyłącznie siła adhezji, są mniej trwałe niż te, gdzie doszło do dyfuzji.

Wykonanie dobrego połączenia lutowanego wiąże się z koniecznością rozgrzania powierzchni obu metali oraz upłynnieniem lutu. Prowadzi to do niebezpieczeństwa tworzenia się tlenków oraz przenikania do spoiny rozmaitych zanieczyszczeń. Powoduje to osłabienie połączenia oraz zmienia jego właściwości. Niezbędna jest zatem odpowiednia ochrona lutowanego obszaru.

Metodą na wyeliminowanie wpływu różnych zanieczyszczeń jest stosowanie topników. Są to substancje, które usuwają z rozgrzanego lutu i łączonych powierzchni wszelkiego rodzaju obce substancje, a dodatkowo nie dopuszczają do nich gazów znajdujących się w bezpośrednim otoczeniu, m.in. tlenu atmosferycznego.

Działanie i cechy topników do lutowania

Topniki to substancje, które topią się w niższych temperaturach niż lut, a jednocześnie są od niego mniej gęste i lżejsze. Powoduje to, że topnik rozgrzewa się i upłynnia znacznie wcześniej, a następnie ma zdolność do wypływania na powierzchnię lutu oraz rozpływania się po niej. Topnik powinien wypełniać całą wierzchnią warstwę nanoszonego lutu, w tym wszystkie szczeliny. Dzięki swoim właściwościom topnik wiąże substancje, które mogłyby być potencjalnymi zanieczyszczeniami albo sprawia, że ulegają one rozpuszczeniu. Ważne by topnik nie wchodził w reakcje chemiczne ani z łączonymi powierzchniami, ani z samym lutem, a także był łatwy do usunięcia po zakończeniu lutowania.

Ze względu na wysoką temperaturę niezbędną przy lutowaniu topniki powinny zachowywać swoje właściwości niezależnie do tego, jak bardzo są rozgrzane. Z powodu konieczności zachowania wymogów bezpieczeństwa istotne jest również to, by nie wydzielały szkodliwych gazów. Bardzo ważną cechą topników jest ponadto zdolność do polepszania zwilżalności rozgrzanego lutu, czyli jego zdolności do rozpływania się po lutowanych powierzchniach. Dobrze również, gdy dzięki swoim właściwościom mogą one poprawiać kontakt termiczny między metalami a lutem, prowadząc do bardziej równomiernego rozgrzewania się wszystkich elementów.

Topniki są często bardzo złożonymi chemicznie substancjami. W ich składzie znajduje się kilka grup niezbędnych dla osiągnięcia odpowiedniego efektu. Najważniejszą funkcję pełnią tu aktywatory i związki transportujące. Te pierwsze są odpowiedzialne za chemiczne rozpuszczanie i usuwanie zanieczyszczeń. Wykorzystuje się tu zarówno środki o wysokiej aktywności, które działają bardzo intensywnie także w niższych temperaturach, np. kwas fosforowy czy hydrochlorowy, a także chlorek cynku albo amonu, jak i mniej aktywne. Przykładem takich substancji mogą być choćby kwasy organiczne czy karboksylowe lub dikarboksylowe.

Substancje transportujące znajdujące się w składzie topników mają za zadanie równomierne przekazywanie ciepła na całej powierzchni, przenoszenie substancji powstających w wyniku reakcji chemicznych pojawiających się w efekcie działania aktywatorów ku powierzchni, a ponadto tworzenie bariery dla gazów atmosferycznych. W roli substancji transportujących mogą być wykorzystywane żywice naturalne albo syntetyczne, a także glicerol, gliceryna, glikole i poliglikole.

Ważną rolę w składzie topnika odrywają też rozpuszczalniki, które poprawiają penetrację całej lutowanej powierzchni przez topnik. Znaczenie mają również różne dodatki, którymi mogą być w zależności od potrzeb substancje zagęszczające lub upłynniające, jak również inhibitory korozji czy rozmaite barwniki.

Rodzaje i zastosowania topników

Topniki mogą występować w postaci ciekłej, również jako żel, a także jako ciało stałe lub specjalna pasta. Występują trzy rodzaje topników, dzielone w zależności od składu chemicznego. Możemy mieć do czynienia z topnikami żywicznymi, wykorzystującymi jako substancję transportową kalafonię lub żywicę, a także organicznymi, w wariancie rozpuszczalnym w wodzie lub nie, oraz nieorganicznymi, w których za wypełnianie funkcji transportowej odpowiadają sole (np. chlorek amonu), kwasy (m.in. fosforowy) albo zasady (choćby amoniak).

Topniki występują w kilku różnych rodzajach. Najpopularniejsza jest kalafonia, którą oznacza się zwykle symbolem R od angielskiego Rosin. Topniki tego rodzaju składają się wyłącznie z naturalnej żywicy pochodzącej z drzew iglastych i pozbawionej zawartości terpentyny, która jest łączona jedynie z rozpuszczalnikiem, np. alkoholu etylowym. Kalafonia występuje w postaci topnika twardego i nadaje się do powierzchni, które nie potrzebują aktywnego czyszczenia i są łatwolutowalne. Plusami korzystania z topnika typu R jest to, że jest bardzo łatwy do usunięcia i nie ma działania korozyjnego.

Topniki RMA (Rosin Mildly Activated), czyli średnio aktywowane mają w swoim składzie poza kalafonią i rozpuszczalnikiem również aktywator. W wielu przypadkach w tej roli występuje kwas dikarboksylowy, np. bursztynowy. Choć ich działanie jest silniejsze niż w przypadku czystej kalafonii, są one stosunkowo łagodne i nie grożą pojawieniem się korozji. Topniki RMA mogą być używane z miedzią, cyną czy niklem, a także z niektórymi stopami mosiądzu.

Topnik RA (Rosin Activated) to kalafonia połączona z silnym aktywatorem. W tym przypadku w składzie topnika znajduje się najczęściej aktywator halogenkowy, np. halogenoalkanowy albo aminy alifatyczne. Topnik z aktywowanej kalafonii sprawdza się przy nieco trudniejszych materiałach i silniej zanieczyszczonych powierzchniach. Ze względu na działanie korozyjne powinien być usuwany z lutowanych powierzchni. Topniki RA sprawdzą się choćby podczas lutowania powierzchni z mosiądzu, niklu, cyny i miedzi.

Topniki typu WS (Water Soluble), czyli wodorozpuszczalne. W ich składzie połączono kwas organiczny, rozpuszczalnik oraz tiksotrop (zagęszczacz). Topniki WS mają silne działanie korozyjne, dlatego muszą być usuwane po lutowaniu. Topniki tego typu nadają się m.in. do lutowania miedzi czy cyny, a także miękkiej stali oraz niektórych rodzajów stali nierdzewnej.

strony internetowe interclick.pl