Co ma wspólnego lut z drzewem? Pojęcia te wydają się być całkiem rozbieżne, jednak w rzeczywistości coś je łączy. Odpowiedź na to pytanie znajduje się na końcu artykułu.
Kilka słów o lutowaniu
Należy zacząć od tego, że lutowanie jest procesem łączenia najczęściej dwóch materiałów metalowych, natomiast rzadziej metalowego z niemetalowym, takim jak na przykład tlenek glinu Al2O3, będącym ceramikiem stosowanym jako materiał ogniotrwały i izolator dla wysokich napięć.
Spoiwem łączącym powyższe tworzywa jest roztopiony metal zwany lutem, a powstałe połączenie nazywane jest lutowiną. Metoda ta znana była już w starożytności, w Egipcie służyła do wyrobu biżuterii, m.in. do łączenia złota ze srebrem za pomocą lutu miedzianego. Podkreślenia wymaga fakt, że w trakcie lutowania łączone elementy nie są nadtapiane, jak ma to miejsce w przypadku spawania.
Topnieniu ulega jedynie spoiwo, po to aby za pomocą dyfuzji (wnikania cząstek) i przyczepności połączyć zespalane materiały. Lut musi mieć temperaturę topnienia znacznie niższą od łączonych elementów. Jest to technika wszechobecna w przemyśle elektronicznym, ale także przy lutowaniu rurociągów tytułowym lutem LM60K.
Pierwszy przykład należy do lutowania miękkiego, drugi zaś do lutowania twardego. Różnica wynika z temperatury lutowania, czyli temperatury umożliwiającej stopienie materiału lutowniczego. I tak dla lutowania miękkiego temperatura topnienia wynosi maksymalnie 450°C, a przy twardym jest w granicach 450-2000°C.
Czym jest lut LM60K?
Luty twarde zaliczają się do połączeń o dużej trwałości. Lut z czystej miedzi (Cu) ma wysoką temperaturę topnienia (1083°C), czyli temperatura lutowania musi być od niej wyższa i waha się w granicach 1100-1200°C. Ze względu na wysoką wartość komplikuje ona możliwości połączeń pod względem procesu technologicznego i dlatego stosuje się stopy, czyli dodawanie innych pierwiastków, które zmieniają właściwości pierwotnego materiału.
Właśnie takim stopem jest lut LM60K, gdzie głównym dodatkiem jest cynk (Sn), obniżający temperaturę topnienia do 875-895°C i zwiększający lejność, co ma niebagatelne znaczenie.
Stop miedzi i cynku to mosiądz, dlatego lut LM60K jest w grupie lutów mosiężnych. Jednak nie ma w świecie tak, że jak coś się dostaje, to otrzymuje się wyłącznie czysty zysk. Tak samo jest z cynkiem, który faktycznie obniża temperaturę topnienia, ale w wyniku i tak wysokiej temperatury zaczyna intensywnie parować, co w połączeniu z tlenem jest trujące.
Nie dość, że w efekcie parowania go ubywa, to jeszcze przez to zostawia porowatą strukturę połączenia, w konsekwencji czego lutowina jest krucha. Dlatego ostatnim pożądanym dodatkiem jest krzem. W wyniku reakcji chemicznej tworzy on szczelną, gładką warstwę na połączeniu, dzięki czemu jest ono wytrzymałe.
Lut LM60K jest wykorzystywany do łączenia stali i żeliwa. Dla poprawy lutowania stosuje się także substancję zwaną topnikiem. W przypadku LM60K jest nim topnik T-2, który usuwa tlenki, zapobiega ich powstaniu, ogólnie oczyszcza lut, ułatwia topnienie i zwiększa jego lejność.
Zastosowanie lutu LM60K
Lutem LM60K lutuje się rurociągi, aparaturę w postaci metalowych orurowań, a także jest to dobry materiał do grzejników, w szczególności tych żeliwnych. Stowarzyszenie niemieckie DVGW dopuściło go do lutowania rur ocynkowanych na wodę, ale z zastrzeżeniem, że tylko z przeznaczeniem do wody zimnej.
Ze względu na wysoką wytrzymałość i przez niższą temperaturę w procesie spajania niż w spawaniu, lutowanie to stosuje się w tworzeniu ram rowerowych, a nawet motocyklowych. Niższa temperatura łączenia powoduje mniejszą deformację elementów, przez co jest większa precyzja łączenia i bardziej estetyczny wygląd.
Ważne zjawisko zwane kapilarnym
Lut LM60K zazwyczaj jest sprzedawany do wyboru w paru kilkumilimetrowych średnicach w postaci nawiniętych drutów lub prętów o zadanej długości. Dla takiego typu lutowania używa się zwykle lutownicy gazowej na przykład na propan butan, z palnikiem acetylenowo-tlenowym czy indukcji elektrycznej.
Przygotowane do lutowania elementy muszą być oczyszczone, usytuowane jak najbliżej siebie i posmarowane topikiem. Podgrzewa się je do stosownej temperatury lutowania, a pomiędzy nimi rozprowadza się topiący lut. Lutowowanie jest ciekawym procesem, bo można lutować w różnych niestandardowych pozycjach, nawet “do góry nogami”, tzn. że lut na przykład dostanie się w szczelinę nałożonych na siebie rur o różnych średnicach wbrew grawitacji.
Dzieje się tak dzięki zjawisku kapilarnemu, które występuje także w przyrodzie ożywionej na przykład u roślin. Wysokie drzewa ze swoimi cienkimi naczyniami transportują wodę na bardzo duże wysokości, tak samo jak ma to miejsce w przypadku przemieszczania się lutu pomiędzy dwoma blisko siebie położonymi materiałami.
