Lemljenje
Lemljenje je proces spajanja nerazdvojivim spojem dva metalna dela pomoću otopine trećeg metala, tzv. lema. Lem je metal ili smesa metala niske tačke topljenja. Lemilom (lemilicom) se lem rastapa dok je u kontaktu sa lemnim mestom. Meko lemljenje je spajanje pomoću rastaljenog dodatnog materijala ili lema, čije je talište niže od tališta osnovnog materijala koji se spaja, a iznosi ispod 350°C (temperatura topljenja olova Pb je 327,46°C). S druge strane, tvrdo lemljenje se spaja s temperaturom lema višom od 350 do 1000°C. Rastopljeni lem natapa spoj, lemilo se povlači, a lem posle hlađenja obrazuje električnu i mehaničku vezu komponenti spoja. Lemljenje se može izvoditi ručno ili automatski. Pri automatskom lemljenju štampana ploča sa komponentama se potapa u basen rastopljenog lema na nekoliko sekundi, a potom izvlači. Posle hlađenja, sve komponente su zalemljene na ploču.
Lemljeni se spojevi postižu fizičkom promenom materijala na mestu spoja. Atomi rastopljenog lema difuzijom ulaze u površinski sloj spojnih delova, te se stvara legura lema i spojnih delova. Da bi legiranje bilo uspešno, površine spojnih delova treba zagrejati na radnu temperaturu lemljenja koja mora biti nešto viša od temperature očvršćavanja za lem. Lemiti se mogu metalni delovi različitih tališta, ali uz uslov da im je talište barem 50 ˚C više od talište lema. Lemiti se mogu i nemetalni delovi, ako im se površina prethodno metalizira.
Područje taljenja nekog lema je područje temperatura od početka taljenja, do potpuno rastopljenog stanja. Pod radnom temperaturom podrazumeva se najniža temperatura površine izratka na mestu lema, na kojoj temperaturi se lem može umrežiti, proširivati i vezati na osnovni materijal izratka. Radna temperatura mora uvek biti viša od temperature očvršćavanja. Preko granične površine lem/osnovni materijal odvija se izmena mesta atoma, a time i difuzija (legiranje). Zbog toga površine lemljenja moraju biti po mogućnosti glatke (dubina hrapavosti ne preko 20 μm) i dobro očišćene. Da bi se odstranili još postojeći površinski tanki slojevi i da bi lem mogao dobro umrežiti površinu lemljenja, upotrebljavaju se otopine soli (DIN 8511). Upotrebljavaju se i zaštitni plinovi, koji sprečavaju ili smanjuju mogućnost oksidacije površine lemljenja, pre nego što se dostigne radna temperatura.[1]
Prednosti i nedostaci mekog lemljenja[uredi | uredi izvor]
Prednosti:[2]
- uticaj temperature na osnovni materijal je manji nego kod zavarivanja;
- kontrola procesa je vrlo dobra;
- upotrebom više lemova mogu se dobiti složene strukture;
- potrebno je manje energije nego kod zavarivanja;
- može se koristiti za spajanje delova različite debljine i tankih delova;
- dobra toplotna i električna provodljivost;
- moguće spajanje velikih površina;
- pogodno za serijsku proizvodnju komponenti malih razmera.
Nedostaci:
- čvrstoća spojeva dobijenih mekim lemljenjem je ograničena
- mala otpornost na visoke temperature;
- lemovi delomično sadrže skupe plemenite metale;
- postoji opasnost od pojave elektrolitske korozije;
- u odnosu na zavarivanje priprema površina spoja može biti skuplja.
Lemljeni spoj[uredi | uredi izvor]
Lemljeni spoj se može postići na dva načina: lemljeni spoj postignut bez šava z i lemljeni spoj sa šavom.
Lemljeni spoj sa vazdušnošću[uredi | uredi izvor]
Dva su dela preklopljena tako da dužina preklopa ne bude manja od 4 do 6 s, gde je s debljina materijala koji se lemi. Između površina delova mora postojati dovoljna vazdušnost z koja će osigurati kapilarno prodiranje lema. Vazdušnonost zavisi od vrste lema, vrste metala spojnih delova, te od oblika i veličine površina na mestu spoja i najčešče je od 0,02 do 0,4 milimetra.
Tako je na primer za meko lemljenje čeličnih delova kalajnim lemom potrebna vazdušnost z manja od 0,1 mm, a ako su delovi od bakra i njegovih legura, tada je vazdušnost z od 0,1 do 0,2 mm. Pri tvrdom lemljenju čeličnih delova s mesinganim lemom potrebna je vazdušnost z od 0,05 do 0,25 mm, a za srebrni je lem vazdušnost z od 0,02 do 0,15 mm. Ako se tvrdo leme delovi od bakra i njegovih legura, za mesingani je lem vazdušnost z od 0,1 do 0,4 mm, a za srebrni je lem zračnost z od 0,05 do 0,25 mm. Pri lemljenju delova od aluminijuma i njegovih legura, za meko lemljenje potrebna je vazdušnost z manja od 0,2 mm, a za tvrdo lemljenje manja od 0,6 mm.
Lemljeni spoj sa šavom[uredi | uredi izvor]
Lemljenje sa šavom oblik je lemljena sličan elektrolučnom zavarivanju, tako da se ponekad govori o zavarivačkom lemljenju. Krajevi delova obrade se tako da buduće spojno mesto ima oblik šava V, polovipnog V, Y, X ili slično i postave se jedan do drugog na razmak veći od 0,5 mm. Rastopljenim se lemom popunjava razmak između krajeva spojnih delova.
Uslovi za dobru čvrstoću spoja[uredi | uredi izvor]
Da bi lemljeni spoj imao dobru čvrstoću, treba ispuniti sledeće uslove:
- površine spojnih delova moraju biti metalno čiste i jednolično glatke (hrapavost površine do 20 µm);
- površine delova moraju biti zagrejane na radnu temperaturu lemljenja.
Čvrstoća se lemljenih površina u preciznoj mehanici se proverava samo u slučajevima znatnijih opterećenja. Češće se proverava odrezna čvrstoća, a ređe vlačna. Provera se sprovede prema lomnoj čvrstoći izabranog lema i pretpostavljenoj nosivoj površini lemnoga mesta. Pri proveri odrezne čvrstoće mora se predvideti koeficijent sigurnosti spoja (k ˃ 2). Uobičajeno je u preciznoj mehanici: k = 10 za meko lemljene spojeve i k = 4 do 6 za tvrdo lemljene spojeve.
| Vrsta lema | Lomna odrezna čvrstoća lema τL (N/mm²) |
|---|---|
| Kalajni lem | 15 do 85 |
| Cinkov lem | do 120 |
| Mesingani lem | 150 do 250 |
| Srebrni lem | 150 do 280 |
| Bakarni lem | 140 do 200 |
| Aluminijumski lem | približna čvrstoća spojnih delova |
Najvažniji postupci lemljenja[uredi | uredi izvor]
Za postizanje lemljenog spoja najčešće se primjenjuju ovi postupci:
- lemljenje lemilom (električnim ili grejanim u plamenu);
- lemljenje plinskim plamenom;
- lemljenje u pećima (električnoj, plinskoj, mufolnoj);
- lemljenje u kupci lema;
- elektrootporno lemljenje
- elektroindukcijsko lemljenje,
- ultrazvučno lemljenje,
- lasersko lemljenje i drugi.
Čvrstoća lemnoga spoja najviše zavisi od čvrstoće lema i o uspešnosti površinskoga legiranja, ali se ne sme zanemariti ni uticaj oblika lemnoga spoja koji se bira prema vrsti i veličini opterećenja, potrebnoj sigurnosti spoja i obliku spojnih delova. Mogući su mnogobrojni oblici lemnoga spoja.
Plameno lemljenje[uredi | uredi izvor]
Mesta spajanja se ugreju plamenikom ili plinskim napravama. Pre ili posle zagrevanja prisloni se lem na mesto spoja ili ulaže u sastav. Ovaj postupak prikladan je i za meko lemljenje i za tvrdo lemljenje.[3]
Lemljenje pomoću lemila[uredi | uredi izvor]
Vruće, rukom ili mašinski vođeno lemilo (električno ili plinski grejano) ugreje mesto lemljenja. Lem se prisloni ili se površine lemljenja pre toga pokalajišu. Lem se pri tome otapa i spaja oba dela. Taj postupak dolazi u obzir samo za meko lemljenje.
Lemljenje uronjavanjem[uredi | uredi izvor]
Pre lemljenja moraju se odgovarajućim pastama ili rastopinama obraditi mesta koja moraju ostati nezalemljena. Delovi koji se spajaju urone se tada, u položaju u kojem moraju biti spojeni lemljenjem, u rastaljeni lem i na taj način se ugreju. Lem tada prodire u mesta spoja i spaja oba dela. Ovaj postupak prikladan je i za meko lemljenje i za tvrdo lemljenje.
Lemljenje u peći[uredi | uredi izvor]
Lem se dodaje mestu spajanja, a delovi se ugreju u plinskoj ili električnoj prolaznoj peći, u kojoj se obavi lemljenje. Ovaj postupak prikladan je i za meko lemljenje i za tvrdo lemljenje.
Otporno lemljenje[uredi | uredi izvor]
Mesto koje se spaja ugreje se, slično kao kod elektrootpornog zavarivanja, sabijanjem u kleštima ili na mašinama za elektrootporno lemljenje. Prethodno se ulaže lem. Ovaj postupak prikladan je i za meko lemljenje i za tvrdo lemljenje.
Materijali mekog lema[uredi | uredi izvor]
Meki lem je legura olova i kalaja uz dodatak 0,5 - 3,5% antimona (Pb + Sn + Sb). Odnos olovo kalaj zavisi o nameni lema. Za limarske radove koristi se lem sa većim sadržajem olova (i do 90%). Za lemljenje posuđa koristi se lem sa 90% kalaja i 1,3% antimona, jer preko 9% olovo je otrovno. (Za meko lemljenje teških metala (željezni, bakarni, nikalski materijali) dolaze u obzir olovno kalajni lemovi (PbSn lem) prema DIN 1707. Lemovi za lake metale (aluminijum i aluminijske legure) prema DIN 8512 sastoje se uglavnom od kalaja, cinka i kadmijuma. Kadmijum snižava tačku topljenja.
Podela[uredi | uredi izvor]
Svi lemovi se prema nameni i sastavu dele u 3 grupe:
- meki lemovi,
- tvrdi lemovi,
- aluminijski lemovi (meki aluminjski lemovi i tvrdi aluminjski lemovi).
Vrsta lema bira se prema postupku lemljenja, vrsti materijala spojnih delova, a katkad i prema posebnim zahtevima koje mora ispunjavati lemni spoj. Od lemova se najčešće traže ova svojstva: određena temperatura tališta, sposobnost legiranja s metalima spojnih delova i određena čvrstoća. Katkada se zahteva da lem ima određenu električnu provodljivost (elektronika i elektrotehnika), hemijsku otpornost (hemijska i prehrambena industrija) i određenu boju (ukrasni predmeti).
| Vrste lema | Oznaka lema | tL (˚C) |
|---|---|---|
| Meki kalajni lemovi | S. Sn 20 | 275 |
| S. Sn 30 | 249 | |
| S. Sn 40 | 223 | |
| S. Sn 60 | 185 | |
| S. Sn 75 | 185 | |
| Tvrdi mesingani lemovi | S. Cu 85 Zn | 1 020 |
| S. Cu 60 Zn | 900 | |
| S. Cu 48 Zn | 870 | |
| S. Cu 42 Zn | 845 | |
| Tvrdi srebrni lemovi | S. Cu 55 Zn Ag 8 | 870 |
| S. Cu 55 Zn Ag 12 | 830 | |
| S. Cu 55 Zn Ag 8 Cd | 730 | |
| S. Cu 55 Zn Ag 12 Cd | 700 | |
| Aluminijumski lemovi | L – Al Si 12 | 590 |
| L – Zn Al 15 | 430 | |
| L – Sn Zn 10 | 210 | |
| L – Sn Pb Zn | 220 |
Meki lemovi[uredi | uredi izvor]
Za meko se lemljenje najčešće koriste kositreni lemovi s različitim odnosom kalaja i olova, oznake S. Sn X, pri čemu S označava da je to spojni materijal, a X je postotak kalaja u njemu. Kalajni lemovi za lemljenje limene ambalaže u prehrambenoj industriji ne smiju zbog zdravstvenih razloga (zbog otrovnosti olova) sadržati više od 10% olova.
Za lemljenje elektroničkih komponenata i drugih na više temperature osetljivih delova, često se koriste meki lemovi izrazito niskih tališta kao na primer:
- Rose-legura sastava 50% Bi + 25% Sn + 25% Pb (tL = 94 ˚C);
- Vudova legura sastava 50% Bi + 25% Pb + 12,5% Sn + 12,5% Cd (tL = 70 ˚C).
Uobičajeni lemovi za manualno lemnjenje u elektrotehnici/elektronici[uredi | uredi izvor]
Olovni[uredi | uredi izvor]
- Sn60Pb40 kalaj 60%, olovo 40 %
- Sn63Pb37 kalaj 63%, olovo 37 %
Bezolovni[uredi | uredi izvor]
- Sn99.7Cu0.3 kalaj 99,7%, bakar 0,3%
- Sn99Ag0.3Cu0.7 kalaj 99%, srebro 0,3%, bakar 0,7%
Tvrdi lemovi[uredi | uredi izvor]
Tvrdi se lemovi dele na: teško topljive (tL = 875 do 1 100 ˚C) i lako taljive (tL = 450 do 875 ˚C). Od tvrdih su lemova po HRN-u normirani mjedeni lemovi sastava Cu + Zn, opće oznake S. Cu X Zn (X je postotak Cu) i srebrni lemovi sastava Cu + Zn + Ag u kojima može biti od 8 do 50 % Ag. Njihova je HRN oznaka S. Cu X Zn Ag X (dva X-a postotci su bakra i srebra). Srebrni su lemovi najkvalitetniji (imaju veću čvrstoću, bolju električnu i toplotnu provodljivost i hemijsku otpornost), ali su skuplji od mesinganih lemova. Uz mesingane i srebrne lemove, koriste se i bakarni lemovi od 86 do 99,90% Cu, koji su normirani po DIN-u.
Aluminijumski lemovi[uredi | uredi izvor]
Aluminijumski lemovi služe za lemljenje aluminijuma i aluminijumskih legura i mogu biti meki lemovi sastava na primer: Sn + Zn, Zn + Al i Cd + Zn, i tvrdi sastava na primer: Al + Si i Al + Si + Sn. Aluminijski su lemovi normirani po DIN-u (na primer L – Sn Zn 10 i L – Al Si 10).
Lemovi mogu imati ove oblike: lemna žica ili šipka, lemna traka ili folija, lemni prsten, lemna kupka i lem u obliku praha. Lemne žice i šipke mogu u jezgri sadržavati sredstvo za hemijsko čišćenje.
Osnove oblikovanja[uredi | uredi izvor]
Proširenja vazdušnosti raspora na pojedinim mestima, između delova koji se spajaju, smanjuju kapilarno delovanje, a suženja štete protoku oksidima obogaćenog rastopa. Naročito su kritična suženja koja se nadovezuju na proširenja vazdušnosti raspora. Brazde od obrade, koje teku normalno na tok lemljenja, sprečavaju tečenje ako su dublje od 0,05 do 0,1 h (visina). Brazde u smeru tečenja deluju kao kanali i potpomažu tečenje, tako da se češće i posebno izrađuju, ako se na primer traži tačan centričan položaj delova koji se spajaju.
Limovi[uredi | uredi izvor]
Čeoni spojevi nisu prikladni zbog svoje male površine lemljenja. Najbolji su preklopni spojevi i spojevi s podmetačima. Zakošenjem preklopnih sastavnih delova u spoju ili podmetača na mestu spajanja lemljenjem, blaže se skreće tok sila, a time se povećava čvrstoća. Korisna je dužina preklopa l = 3 do 4 s (debljina lima).
Cijevi[uredi | uredi izvor]
Čeone spojeve najbolje je tvrdo lemiti. Kupasta izrada krajeva povećava površinu lemljenja. Cevi debljine zida ispod 2 mm i cevi koje treba meko lemiti, spajaju se dodatnim prstenom ili se na jednom kraju prošire da bi se dobio preklopni spoj.
Okrugle šipke[uredi | uredi izvor]
Čeono lemljenje krajeva okruglih šipki se ne preporučuje. Bolje je da se krajevi šipke ulože u provrt, koji ostavlja vazdušnost za ulaz lema.
Spremnici[uredi | uredi izvor]
Za lemljenje posuda ili spremnika, vrede slična pravila kao za limove. Lemljene posude se mogu računati kao zavarene. Posebni standardi definišu maksimalne debljine zidova i vrednosti.
Čvrstoća[uredi | uredi izvor]
Meko lemljenim spojevima dinamička čvrstoća brzo pada i ne treba ih izlagati dinamičkim naprezanjima. Koeficijenti sigurnosti se uzimaju od 2 do 4.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ "Elementi strojeva", Karl-Heinz Decker, Tehnička knjiga Zagreb, 1975.
- ^ [1] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (28. фебруар 2017) "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
- ^ [2] Архивирано на сајту Wayback Machine (31. januar 2012) "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Desoldering guide Arhivirano na sajtu Wayback Machine (11. januar 2010)
- A short video explanation of how solder works
- Soldering 101 (Archived)
